Лабораторная работа № 1

Исследование работы
простейшей системы передачи электрической энергии
в режиме трехфазного короткого замыкания

 Цель работы: освоение методики определения токов короткого замыкания в электроэнергетических системах путем моделирования в среде MatLAB.

Рабочее задание:

Подготовка к лабораторной работе

 

Подготовка к лабораторной работе предполагает:

– Используя рекомендованные для курса учебники, материал лекций и вспомогательной литературы, изучить теоретические основы вычисления токов короткого замыкания в системах передачи электрической энергии.

– По заданным в табл. 1 номинальным значениям напряжений источника, линии, напряжения нагрузки и ее мощности выбрать типы трансформаторов и линии электропередач простейшей системы, схема которой представлена на рис. 1.

Примечание. Схема составлена с учетом предположения, что источником электрической энергии для системы является генератор бесконечно большой мощности.

– Составить схему замещения простейшей цепи. Рекомендуется привести параметры элементов системы к линии электропередачи.

Рис. 1 – Схема электрической сети

Таблица 1

Номер варианта	U г, кВ	U л кВ	U н кВ	P, МВт	cos φ	l, км
1	6,6	500	38,5	100	0,6	200
2	10,5	330	38,5	125	0,65	250
3	6,3	220	11	32	0,7	170
4	11	115	6,6	16	0,75	130
5	6,6	115	10,5	16	0,8	220
6	10,5	500	6	120	0,85	250
7	6,3	330	15,75	200	0,9	100
8	11	230	6,6	200	0,95	150
9	11	115	6,6	16	0,62	100
10	10,5	115	38,5	25	0,67	200
11	6,3	500	10,5	125	0,72	250
12	15	330	6,6	200	0,77	100
13	8,5	220	6,6	200	0,82	150
14	11	115	6,6	40	0,87	200
15	6,6	115	11	40	0,92	150
16	8,5	500	11	125	0,97	200
17	11	330	6,6	200	0,6	250
18	10,5	220	8,5	200	0,65	200
19	6,6	115	11	63	0,7	140
20	11	115	6,6	63	0,75	250
21	11	500	10	125	0,8	100
22	10,5	330	15	200	0,85	150
23	6,6	220	11	40	0,9	160
24	6,6	115	11	80	0,95	150
25	11	115	6,6	15	0,62	200
26	10,5	500	38,5	250	0,67	150
27	6,3	330	11	200	0,72	220
28	6,6	220	11	40	0,77	200
29	6,3	115	10,5	10	0,82	250
30	11	115	6,6	10	0,87	150
31	6,3	500	38,5	250	0,92	170
32	10	330	38,5	125	0,97	130
33	11	220	6,6	40	0,6	170
34	10,5	115	6,6	63	0,65	180
35	6,6	115	11	63	0,7	230

 

– На основании паспортных данных элементов системы рассчитать параметры элементов для использования при моделировании. Следует обратить внимание на то, что в модели используются параметры элементов в абсолютных и относительных единицах. На рис. 2 представлена модель простейшей системы передачи электрической энергии

Рис. 2 – Модель простейшей системы передачи электрической энергии

Экспериментальные исследования

 

Экспериментальные исследования заключаются в следующем:

 

– Открыть файл модели простейшей системы передачи электрической энергии el_magn_lab1.

– Последовательно открывая окна параметров элементов модели электрической системы, ввести цифровые данные, полученные в результате предварительного расчета.

– При заполнении параметров выключателя установить его начальное положение «открыто». Время срабатывания выключателя установить равным 1 с.

– Запустить моделирование и дождаться его окончания.

– С помощью осциллографов проконтролировать законы изменения мгновенных значений токов и напряжений во времени.

– Запомнить полученные с помощью осциллографов кривые для дальнейшего анализа и составления отчета.

– Открыть файл модели простейшей системы передачи электрической энергии el_magn_lab1_1. Следует обратить внимание на то, что короткозамыкатель подключен к выходу второго трансформатора. Это сделано для того, чтобы проанализировать влияние параметров второго трансформатора на силу токов короткого замыкания.

Рис. 3 – Модель простейшей системы передачи электрической энергии

 

– Установить параметры элементов модели так, как это было сделано ранее (рис. 3).

– Запустить симуляцию модели и дождаться ее окончания.

– С помощью осциллографов проследить изменение токов и напряжений системы при коротком замыкании на шинах нагрузки.

– Запомнить графики изменения токов и напряжений элементов системы для дальнейшего анализа и составления отчета.

– По законам изменения токов, полученных с помощью осциллографов 1 и 3 определить действующие значения токов вторичной обмотки первого трансформатора и нагрузки. Полученные значения занести в таблицу зависимости токов от длины линии.

– Открыть окно параметров линии и уменьшить ее длину в два раза.

– Запустить симуляцию модели и по ее окончании измерить токи вторичной обмотки первого трансформатора и нагрузки. Полученные значения занести в таблицу.

– Открыть окно параметров линии, сначала восстановить прежнее значение длины, а затем увеличить его в два раза. Запустить симуляцию модели и измерить значения токов. Занести полученные значения в таблицу.

– Повторить подобные исследования, увеличивая длину линии в три, четыре и пять раз.

– Восстановить параметры элементов модели.

– Запустить симуляцию модели при расчетных значениях параметров второго трансформатора. Измерить значения токов короткого замыкания и занести в таблицу зависимости токов от сопротивления короткого замыкания. Значения сопротивлений записывать в относительных единицах. За базисное значение принять рассчитанное ранее сопротивление короткого замыкания.

– Открыть окно параметров второго трансформатора. Увеличить активные сопротивления и индуктивности первичной и вторичной обмоток трансформатора в два раза.

– Запустить симуляцию модели и по ее окончании измерить токи вторичной обмотки первого трансформатора и ток нагрузки. Занести полученные значения в таблицу.

– Повторить исследования, увеличивая значения сопротивления в 3, 4, 5 и 6 раз.

– По окончании исследований показать результаты преподавателю.

Обработка экспериментальных данных

 

Обработка предполагает следующие этапы:

– Проанализировать графики изменения токов и напряжений, полученные с помощью осциллографов при трехфазном коротком замыкании на шинах первичной обмотки второго трансформатора. Обратить внимание на изменение напряжения на выходе первого трансформатора в момент наступления короткого замыкания. Определить силу токов линии и нагрузки после нарушения режима работы. Сравнить полученные значения с результатами предварительных расчетов. Сделать выводы.

– Проанализировать графики изменения токов и напряжений, полученные с помощью осциллографов при трехфазном коротком замыкании на шинах нагрузки. Обратить внимание на изменение напряжений на входе и выходе линии в момент короткого замыкания. Определить силу токов линии и нагрузки после нарушения режима работы. Проанализировать результаты и сделать выводы.

– Построить графики зависимости токов трехфазного короткого замыкания при изменении длины линии и пояснить полученные зависимости.

– Построить графики зависимости токов трехфазного короткого замыкания при изменении параметров второго трансформатора и прокомментировать полученные зависимости.

 

Составление отчета