 |
|
Требования к содержанию и оформлению отчета
ЛаборатоРНАЯ РАБОТА №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БАЗЫ ДАННЫХ
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является:
· ознакомление студентов с электронными базами данных (БД) по элементам схем замещения электроэнергетических систем;
· привитие студентам навыков работы с электронными базами данных.
Задачей работы является:
· определение параметров схемы замещения электрической системы, варианты которой приведены в приложении, на основе использования БД;
· закрепление изученного теоретического материала по схемам замещения элементов электрических сетей;
· приобретение навыков составления матрицы узловой проводимости непосредственно по схеме замещения и расчета ее элементов.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Параметры схемы замещения воздушной линии электропередач.
В большинстве случаев можно полагать, что параметры линии электропередач – активное и реактивное сопротивления, активная и емкостная проводимость – равномерно распределены по ее длине. Для линии сравнительно небольшой длины распределенность параметров можно не учитывать и использовать сосредоточенные параметры – активное и реактивное сопротивления линии, активная и емкостная проводимость линии.
Воздушная линия электропередач напряжением 110 кВ и выше, длинной до 300-400 километров обычно представляются П-образной схемой замещения (рис. 1.1).
 |
Рис. 1.1. Схема замещения воздушной линии электропередач
Активное сопротивление определяется по формуле
rл=r0l , (1)
где r0 – удельное сопротивление, Ом/км, при температуре +200 С, l – длинна линии, км. Активное сопротивление проводов и кабелей при частоте 50 Гц обычно примерно равно омическому. При этом не учитывается явление поверхностного эффекта. Удельное сопротивление r0 для сталеалюминиевых и других проводов из цветных металлов определяется по таблице в зависимости от поперечного сечения. Для стальных проводов нельзя пренебрегать поверхностным эффектом, для них r0 зависит от сечения и протекающего тока и также находится по таблицам. При температуре провода, отличной от 200С сопротивление линии уточняется по соответствующим формулам.
Реактивное сопротивление определяется по следующим формулам
xл=x0l , (2)
где x0 – удельное реактивное сопротивление, Ом/км.
Активная проводимость линии соответствует двум видам потери активной мощности – от тока утечки через изоляторы и на корону.
Токи утечки через изоляторы малы, и потерями мощности в изоляторах можно пренебречь. В воздушных линиях напряжением 110 кВ и выше при определенных условиях напряженность электрического поля на поверхности провода возрастает и становится больше критической. Воздух вокруг провода интенсивно ионизируется, образуя свечение – корону. Короне соответствуют потери активной мощности. Наиболее радикальным средством снижение потерь мощности на корону является увеличение диаметра провода. В связи с этим задаются наименьшие допустимые сечения по короне: на 110 кВ – 70 мм. кв., 150 кВ – 120 мм. кв., 220 кВ – 240 мм. кв.
При расчете установившихся режимов сетей до 220 кВ активная проводимость практически не учитывается. В сетях с напряжением свыше 330 кВ при определении потерь мощности, при расчете оптимальных режимов необходимо учитывать потери на корону.
Обычно при этом учитываются различные виды зависимости потерь на корону от напряжения.
Емкостная проводимость линии bл обусловлена емкостями между проводами различных фаз и емкостью провод-земля и определяется следующим образом
bл=b0l (3)
где b0 – удельная емкостная проводимость, См/км, которая может быть определена по справочным таблицам или по следующей формуле
(4)
Для большинства расчетов в сетях 110-220 кВ линия электропередачи обычно представляется более простой схемой замещения (рис. 1.2., б). В этой схеме вместо емкостной проводимости (рис. 1.2., а) учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линии. Половина емкостной мощности линии, МВАр, равна
(5)
где Uф и U - фазное и междуфазное напряжение, кВ, Ic – емкостный ток на землю, Ic=Uфbл/2.
Из (4) следует, что мощность Qc, генерируемая линией, сильно зависит от напряжения. Чем выше напряжение, тем больше емкостная мощность.
Для воздушных линий напряжением 35 кВ и ниже емкостную мощность можно не учитывать (рис. 1.2., в.). Для кабельных линий напряжением меньше 10 кВ можно не учитывать также и реактивное сопротивление (рис. 1.2., г). Для напряжения больше 330 кВ при длине более 300-400 км для определения параметров П-образной схемы замещения учитывается равномерное распределение сопротивления и проводимостей вдоль линии.
a)
б)
 |
в)
г)
Рис. 1.2. Упрощенные схемы замещения линий электропередач
2.2. Параметры схемы замещения двухобмоточного трансформатора и автотрансформатора.
Двухобмоточный трансформатор можно представить в виде Г-образной схемы замещения, которая в упрощенном виде представлена на рис. 1.3.
 |
Рис. 1.3. Схема замещения двухобмоточного трансформатора
Здесь xт, rт – активное и реактивное сопротивления трансформаторов. Эти сопротивления равны сумме соответственно активных и реактивных сопротивлений первичной и приведенной к ней вторичной обмоток. При этом приведении сопротивление вторичной обмотки умножается на квадрат коэффициента трансформации. DPx +jDQx – потери холостого хода трансформатора заданные в виде дополнительной нагрузки. DPx – активные потери холостого хода, DQx – реактивные потери.
 |
Рис. 1.4. Схема замещения автотрансформатора
Аналогично может быть представлена схема замещения трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора (рис. 1.4). Здесь xт.в., rт.в., xт.с., rт.с., xт.н., rт.н. – реактивные и активные сопротивления соответственно обмоток высшего, среднего и низшего напряжения, DPx +jDQx – также потери холостого хода.
В данном лабораторном практикуме для хранения значений удельных параметров проводов и кабелей, каталожных данных трансформаторов и автотрансформаторов используется реляционная модель БД, содержащая каталоги: «ПРОВОДА», «ДВУХОБМОТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ», «АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ».
3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
3.1. Подготовительная работа.
3.1.1. Составить схему замещения исследуемой электрической системы (вариант задания см. Приложение 1).
3.1.2.Пронумеровать в произвольном порядке все узлы схемы замещения.
3.1.3.Подготовить в виде таблицы 1.1. исходные данные, требуемые для определения параметров схем замещения воздушных линий электропередач (ВЛ).
Таблица 1.1.
Исходные данные по ЛЭП
| Nн | Nк | Nпр | Uном, кВ | Сечение, кв.мм | Длина, км | Число цепей |
| 240/39 | ||||||
| … | … | … | … | … | … | … |
Здесь Nн и Nк – номера узлов, ограничивающих начало и конец ветви схемы замещения соответствующего элемента, в данном случае ВЛ.
Графа Nпр заполняется студентом в процессе выполнения лабораторной работы в классе персональных компьютеров по мере выборки данных, находящихся под соответствующим номером Nпр в каталоге «ПРОВОДА».
3.1.4.Подготовить в виде таблицы 1.2. исходные данные, требуемые для определения параметров схем замещения двухобмоточных трансформаторов.
Таблица 1.2.
Исходные данные по трансформаторам
| Nн | Nк | Nтр | Sном, МВ´А | Uв, кВ | Uн, кВ | Число трансформаторов |
| … | … | … | … | … | … | … |
Аналогично предыдущему случаю графа Nтр заполняется студентом по мере выборки данных, находящихся под соответствующим номером в каталоге «ДВУХОБМОТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ». При заполнении этой таблицы необходимо иметь в виду, что узел, ограничивающий ветвь схемы замещения со стороны высшего напряжения, всегда является началом ветви (Nн). Узел, ограничивающий эту ветвь со стороны низшего напряжения, ее конец (Nк).
3.1.5.Подготовить в виде таблицы 1.3. данные, требуемые для определения параметров схемы замещения автотрансформаторов.В данной таблице Nн и Nк – номера узлов, ограничивающие начало и конец каждой ветви трехлучевой звезды схемы замещения автотрансформатора. Номер начала Nн каждой из трех ветвей всегда соответствует стороне более высокого класса напряжения. Графа Nатр заполняется студентом по мере выборки данных, находящихся под соответствующим номером в каталоге «АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ».
Таблица 1.3.
Исходные данные по автотрансформаторам
| Nн | Nк | Nатр | Sном, МВ´А | Uв, кВ | Uс, кВ | Uн, кВ | Число автотрансформаторов |
| … | … | … | … | … | … | … |
3.1.6.Подготовить таблицу, отражающую структуру матрицы Y, отметив в ней ненулевые элементы.
3.1.7.Ответить на контрольные вопросы, содержащиеся в описании настоящей работы.
3.2. Работа с электронной базой данных.
Работа выполняется на персональном компьютере с помощью программы, содержащей подробные комментарии, упрощающие ее применение.
Запуск программы осуществляется командой С:\LAB\lab.exe.
Здесь С – имя диска, на котором в директории LAB записана программа с именем lab.exe.
На запрос программы об имени файла с исходными данными, следует ответить lab.dat – это имя файла, в котором размещена база данных, содержащая каталоги «ПРОВОДА», «ДВУХОБМОТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ», «АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ».
Кроме того, студент должен по своему усмотрению задать имя файла, в который будет записан результат выполнения работы.
Возможности данной программы определены содержанием меню, появляющимся на экране монитора:
МЕНЮ:
1-выбор провода
2-Выбор двухобмоточного трансформатора
3-Выбор автотрансформатора
4-Вывод данных по узлам и ветвям
5-расчет матрицы узловых проводимостей
6-Чтение данных из промежуточного файла
7-Сохранение данных в промежуточном файле
8-Запись данных в формате ЦДУ
0-Конец работы
В заглавии меню необходимо указать номер функции, которую студент намерен выполнить.
Рекомендуется следующий порядок работы:
3.2.1.Определить параметры схем замещения воздушных линий (ВЛ) электрической системы (функция 1). Для этого следует:
3.2.1.1. Найти номер провода Nпр, под которым в каталоге «ПРОВОДА» располагаются марки проводов ВЛ – ветвей схемы замещения исследуемой электрической системы;
3.2.1.2. Ввести взятые из табл. 1.1. номера начал (Nн) и концов (Nк) ветвей и соответствующие им номера проводов (Nпр). По достижении конца списка строк табл. 1.1. набрать число 999;
3.2.1.3. Ввести длину линий и число цепей, последовательно заполняя таблицу, появившуюся на экране монитора;
3.2.1.4. Проверить результаты определения параметров схем замещения ВЛ (R, X, Yc) высвеченные на экране.
3.2.2. Определить параметры схем замещения двухобмоточных трансформаторов подстанций электрических систем (функция 2). Для этого следует:
3.2.2.1. Найти номер Nтр под которым в каталоге «ДВУХОБМОТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ» находятся данные, соответствующие трансформаторным ветвям табл. 1.2;
3.2.2.2. Ввести взятые из табл. 1.2. номера узлов начал – обмотки высшего напряжения Nв и концов – обмотки низшего напряжения, соответствующие им номера Nтр из каталога «ДВУХОБМОТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ» и номинальное напряжение обмотки низшего напряжения Uн этих трансформаторов. По достижению конца списка ветвей-трансформаторов табл. 1.2. набрать число 999;
3.2.2.3. Ввести число трансформаторов на подстанциях из табл. 1.2. при этом на экране последовательно заполняется таблица с параметрами схем замещения трансформаторов подстанций;
3.2.2.4. Проверить результаты определения параметров схем замещения трансформаторов (R, X, Km, DPxx, DQxx), появившиеся на экране монитора.
3.Определить параметры схем замещения автотрансформаторов подстанций электрических систем (функция 3). Для этого следует:
3.2.3.1. Найти номера Nатр, под которыми в каталоге «АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ» располагаются данные, соответствующие автотрансформаторам табл. 1.3;
3.2.3.2. Ввести взятые из табл. 1.3. номера узлов начал – обмотки высшего напряжения Nв, нулевой точки схемы замещения автотрансформатора Nсрт номера узлов концов обмоток среднего и низшего напряжения (Nс, Nн), а также номера автотрансформаторов Nатр, под которыми они находятся в каталоге «АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ» и номинальное напряжение обмотки низшего напряжения Uн. По достижению конца списка строк табл. 1.2. набрать число 999;
3.2.3.3. Ввести число автотрансформаторов на подстанциях из табл. 1.3. При этом на экране последовательно заполняется таблица с параметрами схем замещения автотрансформаторов подстанций;
3.2.3.4. Проверить результаты определения параметров схем замещения автотрансформаторов, высвеченных на экране монитора.
3.2.4. Проверить (функция 4) полученные на основе использования база данных результаты определения параметров схем замещения заданной электрической системы по таблице «ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ», появившейся на экране.
На случай возможного прерывания работы программы, что бы не начинать ввод данных с «нуля», рекомендуется использовать функцию 7 меню – сохранение параметров схемы замещения электрической системы в промежуточном файле. При этом на соответствующий запрос программы требуется назвать имя промежуточного файла (любое), отличающегося от имени файла, в который будет записан результат выполнения работы.
3.2.5. Сформировать матрицу узловых проводимостей Y и рассчитать ее элементы (функция 5). Для этого следует:
3.2.5.1. Заполнить на экране монитора структуру матрицы Y, для чего ввести номера строк и столбцов соответствующих ненулевых элементов. По окончании вода всех ненулевых элементов набрать число 999, после чего программа производит проверку правильности заполнения структуры матрицы Y;
3.2.5.2. Расcчитать недиагональный элемент матрицы Y (i,j), отмеченный на экране монитора значком «?». Параметры всех ветвей схемы замещения электрической системы, требуемые для расчета, приведены здесь же;
3.2.5.3. Ввести в ПЭВМ расcчитанные активную G(i,j) и реактивную B(i,j) составляющие недиагонального элемента матрицы Y. Если погрешность ручного расчета превышает 0,8 %, студенту предоставляется две дополнительные попытки определить и ввести в ПЭВМ величины G(i,j) и B(i,j);
3.2.5.4. Рассчитать диагональный элемент матрицы Y (i,i), отмеченный на экране монитора значком «?». Требуемые для расчета данные приведены здесь же, в таблице «ПРОВОДИМОСТИ ВЕТВЕЙ»;
3.2.5.5. Ввести в ПЭВМ рассчитанные активную G(i,i) и реактивную B(i,i) составляющие данного диагонального элемента матрицы Y. Студенту предоставляется три попытки для определения величин G(i,i) и B(i,i), с погрешностью не превышающей 0,8%.
3.2.6.Закончить работу с программой (функция 0) и распечатать файл, в который записан результат выполнения работы, предварительно убрав из него (в режиме редактирования) все комментарии.
Требования к содержанию и оформлению отчета
Отчет должен быть продемонстрирован как на бумажном носителе, содержащем схемы замещения электрической сети и ее элементов, а также таблицы с параметрами данных элементов, так и в электронной форме в виде таблицы с параметрами ветвей электрической сети, сформировавшейся в процессе работы с программой lab.exe.