Лабораторный практикум по курсу «Системы электроснабжения» включает в себя лабораторные работы.
Лаборатория состоит из трех идентичных лабораторных установок, каждая из которых представляет собой физическую модель типовой системы электроснабжения промышленного предприятия (СЭПП) и предназначена для учебной работы студентов. В лаборатории могут одновременно работать три бригады студентов. Каждая бригада выполняет все лабораторные работы на одной и той же установке, закрепленной на весь цикл работ.
Лабораторный практикум предполагает собой комплексное изучение режимов работы типовой системы электроснабжения. При этом результаты предшествующих работ используются при проведении последующих.
На каждой лабораторной установке моделируется суточный цикл функционирования типовой системы электроснабжения. Установки отличаются между собой параметрами режимов (графиками нагрузок), что обеспечивает самостоятельность работы каждой бригады студентов и многообразие результатов.
Мнемосхема установки, приведенная на ее лицевой панели, включает в себя следующие элементы типовой СЭПП (рис. 1):
1) главную понизительную подстанцию (ГПП) 110/10 кВ, состоящую из трансформаторов T1, T2 номинальной мощностью по 10000 кВА и распределительного устройства (РУ) 10 кВ. Есть возможность ручного или автоматического по времени суток переключения анцапф РПН трансформатора T2;
2) цеховую трансформаторную подстанцию 10/0,4 кВ, с трансформаторами ТЗ и Т4 номинальной мощностью по 1000 кВА. Трансформатор Т4 оснащен устройством переключения отпаек без возбуждения (ПБВ);
3) синхронный двигатель СДН-10-1250, имеющий ручную регулировку возбуждения;
4) батареи силовых конденсаторов на номинальное напряжение 10,5 кВ (БК1 и БК2) и на напряжение 0,4 кВ (БКЗ и БК4). Имеется возможность ручного или автоматического по времени суток включения и отключения батареи. Мощность батарей задается тумблерами, расположенными под их мнемосимволами на схеме;
5) силовой пункт СП в цеховой сети 380/220 В, к которому подключена нелинейная нагрузка S3, вызывающая появление на шинах СП высших гармоник напряжения;
6) фильтрокомпенсирующее устройство ФКУ, предназначенное для уменьшения уровня высших гармоник напряжения на шинах СП.
На мнемосхеме размещены следующие измерительные приборы:
Рис. 1. Схема лабораторной установки
V1 - щитовой киловольтметр для измерения напряжения с высокой стороны трансформатора ГПП T2 (на линии раздела балансовой принадлежности сетей);
V2 - киловольтметр для контроля напряжения на шинах РУ 10 кВ;
V3 - вольтметр для контроля напряжения на шинах РУ 380/220 В цеховой ТП;
V4 - вольтметр для контроля напряжения на шинах 220 В силового пункта;
СП - универсальный самопишущий прибор, клеммы подключения которого выведены на гнезда «Измерит. аппаратура», размещенные на лицевой панели установки;
А1 - А3 - щитовые амперметры, служащие для контроля токов в моделируемой сети.
Параметры моделируемых элементов приведены в табл.1.
График нагрузки S2 цеховой ТП моделируется близким к реальному. Он программно задан и всегда один и тот же для конкретной установки (на разных установках графики S2отличаются).
Остальные потребители 10 кВ ГПП (кроме приведенной на мнемосхеме цеховой ТП) представлены обобщенной нагрузкой S1,график которой задан жесткой программой. Нагрузка синхронного двигателя, подключенного к шинам 10 кВ ГПП, неизменна во времени.
В моделируемой сети 0,4/0,23 кВ представлен на мнемосхеме один из силовых пунктов СП с нелинейной нагрузкой (однофазный выпрямитель), которая искажает кривую напряжения. Для компенсации гармоник установлено фильтрокомпенсирующее устройство ФКУ, которое подключают тумблером, расположенным на лицевой панели. На лицевую панель выведены клеммы для измерения напряжения на шинах СП, а также токов в нелинейной нагрузке и ФКУ.
Все органы управления установкой расположены на лицевой панели. В нижнем левом углу панели установлен автомат включения питания. Рядом с изображением коммутационных аппаратов установлены кнопки включения (черная кнопка) и отключения (красная кнопка) этих аппаратов. Сигнальные лампы показывают положение коммутационного аппарата. Измерительные приборы, размещенные на лицевой панели, служат для измерения токов в линиях и напряжений на шинах 10,5 и 0,4 кВ. Активная и реактивная энергия в цепях Т2 и Т4 измеряется индукционными счетчиками, установленными внутри стенда. Счетчики снабжены датчиками числа оборотов их дисков. Рядом с мнемосимволом трансформатора Т2 расположены кнопки переключения анцапф трансформатора и сигнальные лампы.
Таблица 1
Параметры элементов системы электроснабжения, моделируемой на лабораторной установке
| Обозначение на мнемо-схеме (рис.1) | Тип | Номинальное напряжение | Параметры |
| Т1, Т2 | ТДН- 10000/110 | 115/11 | Sн = 10000 кВА, DPхх = 27 кВт, DPкз= 74 кВт, Uк= 10,5%, Iхх = 0,9 %; Ступени РПН: +5 %, +2,5 %, 0, -2,5 %, -5 % |
| ТЗ, Т4 | ТМЗ- 1000/10 | 10/0,4 | Sн = 1000 кВА, DPхх = 2,4 кВт, DPкз= 12,2 кВт, Uк= 5,5%, Iхх = 2 %; T0=1,5ч, Vm=55°С, Ступени ПБВ: +5 %, +2,5 %, 0, -2,5 %, -5 % |
| БК1 БК2 | 10/5 | Qн = 4´350=1400 квар (каждая батарея имеет 4 ступени по 350 квар) | |
| БКЗ БК4 | УКЛ-0,38 | 0,4 | Qн = 210+105+42+3×21=420 квар; |
| Кабель, питающий Т4 | АСБ- 10(3х50) | 10,5 | Iдд = 140 А; R0 = 0,62 Ом/км; Х0 = 0,09 Ом/км; l = 1 км; Т0 =15 мин; Vдд=45°С |
| СД | СДН-10-1250 | Pн = 1250 кВт; cos jн = 0,9; K3 = 0,8; | |
| ФКУ | 0,4 | Фильтр 3-й гармоники |
Тумблеры «Мощность БК» и переключатель «Реактивная мощность СД» предназначены для задания величины генерируемой реактивной мощности конденсаторных батарей и синхронного двигателя соответственно (мощность указана в квар). Переключателем «Отпайка Т4» устанавливают отпайку трансформатора Т4. В центральной части лицевой панели расположены органы управления режимами работы всей установки: кнопка «Пуск» - для запуска установки в исходное положение; кнопка «Сброс» - для возврата установки в исходное положение; кнопка «Остановка» - фиксирование какого-либо режима установки; цифровое табло - для контроля модельного времени суток. Коммутационное поле, расположенное в правом верхнем углу, предназначено для задания автоматического режима работы элементов схемы. В лабораторной установке возможно автоматическое по времени суток переключение анцапф трансформатора Т2, а также включение и отключение трансформатора ТЗ и конденсаторных батарей БК1, БК2, БКЗ, БК4.
Лабораторная установка имеет два режима работы.
1. При включении питания - режим подготовки (исходный режим). В этом режиме задают начальные условия (включение и отключение соответствующих элементов системы); устанавливают программу работы по времени суток устройства РПН трансформатора Т2; трансформатора ТЗ и конденсаторных батарей БК1, БК2, БКЗ, БК4 (на коммутационном поле). Подключают и настраивают необходимые измерительные приборы, а также проверяют готовность установки к «прогонке» суточного цикла.
2. При нажатии кнопки «Пуск» включается процесс моделирования нагрузок суточного цикла. Загорается цифра 01 на цифровом табло, и происходит подача питания на моделируемую схему, которая до этого была обесточена.
Суточный цикл работы системы электроснабжения моделируется за 12 мин (1 час работы реальной системы соответствует 30 секундам на установке). Модельное время суток в часах показывается на цифровом табло.
По окончании суточного цикла установка автоматически возвращается в исходный режим. При необходимости установку можно вернуть в исходный режим принудительным нажатием «Сброс». Кнопкой «Остановка» останавливают программу моделирования суточного цикла.
Шкалы всех амперметров и вольтметров на лицевой панели стенда проградуированы в действительных величинах. Эти приборы используют для визуального контроля параметров режима моделируемой системы.
Для проведения необходимых измерений при выполнении лабораторных работ имеется самопишущий прибор СП. Схема подключения измерительных трансформаторов тока, трансформаторов напряжения и самопишущего прибора показана на рис. 2. Гнезда «Измерительная аппаратура» (ИА) расположены на лицевой панели установки.
Рис.2. Схема подключения трансформаторов тока, трансформаторов
напряжения и самопишущего прибора
Масштабы всех величин приведены в табл. 2.
При выполнении ряда измерений используют дополнительную аппаратуру (осциллограф, измеритель нелинейных искажений и др.).
Таблица 2
Масштабы модели
| Наименование | Обозначение | Единица измерения | Числовые значения | |
| Масштаб времени | mt | 
| ||
| Масштабы счетчиков электроэнергии | Wh1 | mаэ | 
| |
| Varh1 | mрэ | 
| ||
| Wh2 | mаэ |
| 35(70) | |
| Varh2 | mрэ |
| ||
| Масштабы измерительных трансформаторов напряжения (рис.2) | ТН1 | mu | 
| |
| ТН2 | mu |
| ||
| ТН3 | mu |
| ||
| ТТ1 | mI | 
| ||
| ТТ2 | mI |
| ||
| ТТ3 | mI |
| ||
| Масштаб блока определения перегрева кабеля (рис.2) | БОТ | mV | 
|
Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ УСТАНОВКИ И
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫМОДЕЛИРУЕМОЙ
СИСТЕМЫЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение конструкции лабораторной установки, принципа ее работы и параметров моделируемых элементов СЭПП.
Исследование режима работы моделируемой СЭПП на суточном интервале времени и определение параметров режимов.
1.2. ВВЕДЕНИЕ
Основные номинальные параметры моделируемых элементов СЭПП приведены в табл. 1. Для трехфазных силовых трансформаторов в практических расчетах используют следующие параметры при замещении трансформатора Г-образной однолинейной эквивалентной схемой (рис. З):
U1, U2 - фазные напряжения, приведенные к одной ступени напряжения;
I1, I2 - токи первичной и вторичной обмоток трансформатора;
- ток холостого хода трансформатора;
- индуктивная составляющая сопротивления
ветви намагничивания;
- активная составляющая сопротивления
ветви намагничивания;
- активное сопротивление трансформатора, Ом;
- индуктивное сопротивление
трансформатора, Ом;
- нагрузочные
потери в трансформаторе, кВт;
- коэффициент загрузки.
- потери напряжения в трансформаторе, В.
 |
Рис. 3
Основная особенность режимов работы СЭПП на длительных циклах времени (сутки, неделя, год) - их изменчивость, что обусловлено изменчивостью электрических нагрузок. Режимы СЭПП характеризуются параметрами двух типов: текущие и интегральные за время Т. К текущим параметрам относятся значение токов, напряжений, мощностей в узлах сети, изменяющиеся во времени. К интегральным за время Т - средние значения токов, напряжений, мощностей, их дисперсии, потери электроэнергии и др.
На суточных интервалах времени текущие значения параметров режимов СЭПП принято представлять в форме суточных графиков (тока, напряжения, мощности и др.) их осредненных значений на последовательных интервалах, равных 30 или 60 мин.
Интегральные параметры, например для графика тока,
; 
где: n - число интервалов q в суточном графике тока;
IЭ - среднеквадратическое значение графика тока.
Потери электроэнергии в линии с сопротивлением R за время Т:
Потери электроэнергии в трансформаторе за время Т:
1.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ(ЗАДАНИЕ)
1.3.1. Изучить конструкцию лабораторной установки. Рассчитать все сопротивления эквивалентной схемы для трансформаторов Т2 и Т4.
1.3.2. Подготовиться к регистрации графиков активных и реактивных нагрузок, заготовить табл. 3 в двух экземплярах (для трансформаторов Т2 и Т4).
Таблица 3