Учебное пособие Номер государственной регистрации электронного издания в фгуп нтц информрегистр 0321300817
 Скачать 6.46 Mb.
|
|
Tree-Phase Transformer (Two Windings) к примеру 2.2. 76 Пример 2.4 Определить параметры Т-образной схемы замещения трехобмо- точного трансформатора ТМТН номинальной мощностью 10000 кВА, напряжением 35/10,5/6,3 кВ для моделирования в программе MAT- LAB по каталожным данным отечественных заводов-изготовителей. Каталожные данные приведены в таблице 2.11. Расчет выполнить ме- тодом относительных единиц. Таблица 2.11 – Каталожные данные трансформатора ТМТН-10000/35 Номинальное напряже- ние обмоток, кВ U к , % ΔР кз , кВт ΔР хх , кВт I х , % ВН СН НН В – С В – Н С – Н 35 10,5 6,3 16,5 8 7,2 75 18 0,85 Решение Вначале определим напряжения короткого замыкания каждой из обмоток трансформатора по формулам (2.15). ; 65 , 8 ) 2 , 7 8 5 , 16 ( 5 , 0 U % кв ; 85 , 7 ) 8 2 , 7 5 , 16 ( 5 , 0 U % кс 0 ) 5 , 16 8 2 , 7 ( 5 , 0 U % кн Расчет параметров проведем в табличной форме, по формулам, приведенным в таблице 2.8. Результаты расчета приведены в таблице 2.12, а на рисунке 2.19 показан фрагмент окна настроек параметров блока Tree-Phase Trans- former (Three Windings) для трансформатора с параметрами, рассчи- танными в данном примере. 77 Таблица 2.12 – Расчет параметров Т-образной схемы замещения трансформатора ТМТН-10000/35 для моделирования в программе MATLAB Параметр трансформатора Расчетные значения, о.е. Активное сопротив- ление обмоток 00375 , 0 10 10000 2 10 75 S P 2 1 R R R 3 3 нт кз 3 * 2 * 1 Полное сопротивле- ние обмоток ; 0865 , 0 100 65 , 8 Z Z в * 1 ; 0785 , 0 100 85 , 7 Z Z с * 2 0 Z Z н * 3 Индуктивное сопро- тивление обмоток ; 0864 , 0 00375 , 0 0865 , 0 X X 2 2 * в * 1 ; 0784 , 0 00375 , 0 0785 , 0 X X 2 2 * с * 2 0 X X * н * 3 Индуктивность об- моток ; 0864 , 0 X L * 1 * 1 ; 0784 , 0 X L * 2 * 2 0 X L * 3 * 3 Активное сопротив- ление цепи намагни- чивания 6 , 555 10 18 10 10000 R 3 3 * Индуктивность цепи намагничивания 65 , 117 85 , 0 100 L Рисунок 2.19 – Фрагмент окна настроек параметров блока Tree-Phase Transformer (Three Windings) к примеру 2. 78 2.3 Электрические нагрузки При моделировании системы электроснабжения потребители электроэнергии рассматриваются в качестве нагрузок. Электрической нагрузкой в соответствии с ГОСТ 19431-84 называется мощность, по- требляемая электроустановкой в установленный момент времени. На переменном токе различают полную, активную и реактивную нагруз- ки. Часто понятие нагрузки распространяется также на электрический ток (токовая нагрузка), а иногда и на электрическое сопротивление (например, в виде сопротивления задается допустимая нагрузка вто- ричных цепей трансформаторов тока). Нагрузка линий задается в следующем виде: активной мощно- стью Р, реактивной мощностью Q, полной мощностью S или током I. Потребителями электрической энергии в сельских районах являются: – жилые дома в сельских населенных пунктах, фермерские хо- зяйства, частные подворья; – школы, больницы, клубы, магазины, пекарни, детские сады и другие предприятия, обслуживающие население; – производственные потребители хозяйств (животноводческие фермы, теплицы, мельницы, зерноочистительные пункты, хранилища сельскохозяйственных продуктов, пункты и предприятия для после- уборочной обработки зерна, насосные станции, оросительные систе- мы, предприятия по первичной обработке и хранению сельскохозяй- ственной продукции и др.); – предприятия агропромышленного комплекса (крупные птице- фабрики, консервные заводы, мясокомбинаты, хлебоприемные пунк- ты). Для характеристик потребляемой мощности пользуются сле- дующими понятиями: 1. Номинальная активная мощность приѐмника электроэнер- гии – это мощность, указанная на заводской табличке или в паспорте приѐмника электроэнергии (для источника света – на колбе или цоко- ле), при которой приемник электроэнергии должен работать. Номи- нальная мощность светильников с лампами накаливания совпадает с потребляемой мощностью, а светильников с разрядными лампами с мощностью только ламп (без учета потерь мощности в пускорегули- рующих устройствах). Номинальная мощность электродвигателя – 79 это мощность на валу при номинальной продолжительности включе- ния. 2. Под номинальной реактивной мощностью приемника элек- троэнергии понимают реактивную мощность, потребляемую им из сети (знак плюс) или отдаваемую в сеть (знак минус) при номиналь- ной активной мощности и номинальном напряжении. 3. Установленная мощность – это сумма номинальных мощно- стей однородных электроприемников. 4. Присоединѐнная мощность – это мощность, которую по- требляет из сети потребитель при полной его нагрузке. Присоединен- ная мощность равна установленной для всех электроприемников, кроме электродвигателей. Для электродвигателей присоединенная мощность зависит от коэффициента загрузки рабочей машины, коэф- фициента полезного действия и коэффициента мощности. 5. Средняя активная мощность группы электроприемников t W ср , (2.17) где W – расход электроэнергии за рассматриваемый отрезок време- ни t. Чаще всего необходимо знать среднюю мощность за смену Р ср см и за год Р ср.г см см см ср t W Р ; (2.18) 8760 W t W г г г г ср (2.19) 6. Коэффициент использования активной мощности одного (К иа ) или группы (К иа ) электроприемников представляет собой отно- шение средней активной мощности отдельного приемника или груп- пы приемников за наиболее загруженную смену к номинальной мощ- ности ном см ср иа Р Р к ; (2.20) 80 n 1 i номi n 1 i смi ср иа P P (2.21) Пропускную способность системы электроснабжения и номи- нальную мощность источников электроэнергии выбирают по макси- мальному или определѐнному по некоторому среднему за определѐн- ный промежуток времени значению нагрузки, которое называется расчетной нагрузкой. Расчетные активная Р р , реактивная Q р и полнаяS р мощности оп- ределяются по выражениям, известным из курса ТОЭ p ном р cos U 3 Р ; (2.22) Q p = P p ∙tgφ p ; (2.23) 2 p 2 p p Q P S (2.24) Из-за сложности определения расчетных cosφ p и tgφ p допускает- ся их принимать равными средним значениям cosφ p = cosφ ср , tgφ p = tgφ ср 2.3.1 Графики электрических нагрузок Электрическая нагрузка – величина непрерывно изменяющаяся: одни потребители включаются, другие отключаются, изменяется мощность, потребляемая электродвигателями из сети, растѐт уровень электрификации быта. Изменения нагрузки во времени принято изо- бражать в виде графика нагрузки. График нагрузки – это зависимость активной, реактивной или полной мощности от времени. Графики нагрузки строят суточные (изменение нагрузки от 0 до 24 часов) и годовые (от 0 до 8760 часов). Суточные графики строятся на действующих объектах по пока- заниям счетчиков активной и реактивной энергии, производимым каждый час. Графики дают среднее значение нагрузок в течение часа и должны строиться ступенями (рис. 2.20, а, б). Для суточного графика характерны следующие величины: 81 а б в Рисунок 2.20 – Построение годового упорядоченного графика нагрузок коммунально-бытовых потребителей (в) по характерным графикам зимнего (а) и летнего (б) дня 82 – максимум активной нагрузки Р м , – максимум реактивной нагрузкиQ м ; – коэффициент мощности максимума tgφ = Q м /Р м ; – суточный расход активной энергии W сут ; – суточный расход реактивной энергии V сут ; – коэффициент заполнения суточного графика активной энергии м сут м ср с зап Р 24 W Р Р k (2.25) Годовые графики строятся для упрощения анализа в виде упорядоченной диаграммы по убывающим ординатам активной и реактивной нагрузок в течение года. Поэтому эти графики называют графиком продолжительности нагрузок. Приближенно годовой график можно построить по двум характерным суточным графикам: один – за летний день (июнь), а другой – за зимний день (декабрь), как показано на рисунке 2.20, а, б. При этом условно можно принять, что продолжительность зимнего периода для сельских потребителей равна 200 суток, а летнего – 165 суток. Построение годового графика начинают с максимума и выполняют в порядке постепенного снижения мощностей, для чего через оба суточных графика проводят ряд горизонтальных линий, расстояние между которыми выбирают с желаемой точностью построения. На горизонтальных линиях на годовом графике откладывают времена, определяемые из выражения Т i = 200∙t ЗГ + 165∙t ЛГ , (2.26) где t ЗГ , t ЛГ – длительность нагрузки P i соответственно на зимнем и летнем суточном графике. Для годовых графиков характерны следующие величины: – максимумы нагрузки Р м , Q м ; – годовой расход активной и реактивной энергииW Г , V Г ; – число часов использованиямаксимума нагрузки м г м Р W Т ; (2.27) – средневзвешенный tgφ г г W V tg ; (2.28) 83 – коэффициенты заполнения годового графика активной энергии м г г зап Р 8760 W К (2.29) Зная графики нагрузки объекта, можно определить все величи- ны, необходимые для проектирования системы электроснабжения. В проектной практике принято определять наибольшую сред- нюю нагрузку за 0,5 часа, которая может иметь место на вводе к по- требителю электрической энергии и в электрической сети в расчет- ном году с вероятностью не ниже 0,95. Для определения расчетной нагрузки на графике берут участок, где в течение получаса мощность наибольшая. Если максимум нагрузки на графике длится менее полу- часа, то находится эквивалентная мощность по формуле n 2 1 n 2 n 2 2 2 1 2 1 экв t t t t Р t Р t Р , (2.30) где Р 1 , Р 2 , Р n – наибольшие нагрузки; t 1 , t 2 , t n – продолжительность действия нагрузок. 2.3.2 Способы представления нагрузок при расчетах систем электроснабжения Рассмотренные нами ранее элементы электрической сети явля- ются промежуточным звеном между источником энергии и нагруз- кой. Для моделирования системы электроснабжения важным аспек- том является правильное моделирование электрических нагрузок, в качестве которых рассматриваются потребители электрической энер- гии (отдельный электроприемник, группа приемников, узел нагрузки – комбинат, цех, завод, производственный комплекс, комплексная на- грузка на шинах трансформаторной подстанции и др.). Часто узел на- грузки приходится представлять в виде смешанной нагрузки. Выбор расчетных моделей нагрузки для описания ее узлов зави- сит от целей расчетов, рассматриваемой схемы, вида возмущения. Определение параметров узлов нагрузки значительно отличается от определения параметров других элементов электроснабжения, так как эти параметры не могут быть взяты непосредственно из каталогов и справочников, как, например, для линии электропередачи или транс- форматора. Чаще всего для моделирования режимов систем электроснабже- ния достаточно представить нагрузку в виде статической нагрузки. 84 Понятие смешанной статической нагрузки включает в себя всех потребителей электроэнергии: электродвигатели, электропечи, осве- щение, коммунально-бытовые потребители, емкости воздушных и кабельных линий, конденсаторные батареи т. п. [26]. Характеристикой каждого потребителя является потребляемая им активная (P) и реактивная (Q) мощности. Величина потребляемой мощности изменяется во времени и зависит от параметров режима – напряжения на зажимах электроприемника и частоты в электриче- ской сети, поэтому точное моделирование электрических нагрузок является сложной задачей. Процессы в узлах нагрузки оказывают влияние на работу сети в целом. Степень этого влияния зависит от характеристик нагрузки, под которыми обычно понимают зависимости потребляемой в узлах активной и реактивной мощностей, вращающего момента или силы тока от напряжения или частоты. Различают два вида характеристик нагрузок – статические и динамические. Зависимости изменения ак- тивной и реактивной мощности нагрузок при медленных изменениях напряжения и частоты носят название статических характеристик нагрузок по напряжению и по частоте. Статические характеристики нагрузки представляются в виде кривых Р =F 1 (U); Q = F 2 (U); Р =F 1 (f); Q = F 2 (f). Эти же зависимости, определенные при быстрых изменениях напряжения (например, при пуске двигателя, отключении генератора и пр.), называются динами- ческими характеристиками. Для примера на рисунке 2.21 приведены статические характери- стики по напряжению обобщенной нагрузки узла. Рисунок 2.21 – Статические характеристики узла нагрузок по напряжению P = F 1 (U) Q = F 2 (U) P, Q U 85 В нормальном режиме работы частота в сети является стабиль- ным параметром, и поэтому для анализа установившихся режимов системы электроснабжения большое значение имеют статические ха- рактеристики нагрузки по напряжению при постоянстве частоты. Степень изменения нагрузки при изменении подведенного к потребителю напряжения и частоты в сети называется регулирующим эффектом нагрузки. Как видно из рисунка 2.21, при изменении напряжения пропорционально напряжению изменяется потребляемая активная мощность, а реактивная мощность изменяется по более сложному закону. Статические характеристики отдельных видов нагрузки различны. Следует иметь в виду, что в сетях – на подстанциях или у потребителей – устанавливаются регулирующие напряжение устройства, которые в значительной мере снижают регулирующие эффекты нагрузки. При моделировании нагрузок в программе MAT- LAB следует помнить, что при отсутствии в модели регулирующих напряжение устройств у каждой нагрузки измеренные на модели значения мощностей нагрузок будут отличаться от первоначально заданных параметров нагрузок. Статические характеристики для каждого типа электрической нагрузки и их совокупностей могут быть получены эксперименталь- но. Однако в каждом конкретном случае это затруднительно, и чаще всего пользуются так называемыми типовыми характеристиками. Так, например, можно выделить статические характеристики асин- хронных двигателей малой, средней и большой мощности или стати- ческие характеристики определенного состава смешанной нагрузки. Полученные по таким нагрузкам статические характеристики обоб- щаются и представляются в виде математических моделей. Средние статические характеристики примерно соответствуют составу нагрузки, приведенному в таблице 2.13. Таблица 2.13 – Типовой состав обобщѐнной нагрузки № пп Примерный состав нагрузки, соответствующий типовым статическим характеристикам % 1 Крупные асинхронные двигатели 15 Мелкие асинхронные двигатели 35 2 Освещение и бытовые потребители 22 3 Электрические печи и ртутные выпрямители 11 4 Синхронные двигатели 9 5 Потери в сетях 8 86 При необходимости учета влияния отдельной двигательной на- грузки в программе MATLAB ее можно моделировать асинхронным или синхронным двигателями, моделирование которых мы здесь не рассматриваем. Как показано в [13], с достаточной для практических расчѐтов точностью типовые статические характеристики нагрузки описыва- ются полиномами второй степени 2 ном 2 ном 1 0 ном U U U U P ) U ( P ; 2 ном 2 ном 1 0 ном U U U U Q ) U ( Q , (2.31) где, P ном , Q ном – активная и реактивная мощности нагрузки, соответ- ствующие номинальному напряжению; U – текущее значение напря- жения; α, β – коэффициенты аппроксимирующих полиномов. Значения коэффициентов аппроксимирующих полиномов для типовых (обобщенных) статических характеристик приведены в таб- лице 2.14. Здесь типовая характеристика № 1 соответствует составу нагрузки таблицы 2.13, а типовая характеристика под № 2 соответст- вует нагрузке шин трансформаторных подстанций, питающих сель- скохозяйственные районы. Таблица 2.14 – Коэффициенты статических характеристик нагрузок № пп U ном , кВ α 0 α 1 α 2 β 0 β 1 β 2 1 6-10 0,83 -0,30 0,47 4,9 -10,1 6,2 2 6-10 -0,20 1,2 0 3,6 -8,9 5,3 3 110-220 0,83 -0,30 0,47 3,7 -7,0 4,3 В общем случае моделирование электрических нагрузок статическими характеристиками считается наиболее точным способом учета нагрузки. Для их получения требуются экспериментальные исследования, а для подбора типовых статических характеристик должен быть известен состав нагрузки, который может сильно изменяться во времени. При этом в расчетах необходимо учитывать действие регуляторов напряжения, что значительно усложняет расчеты, не представляется возможным и зачастую не является необходимым. |