ТИУ, режимы электроэнергетических систем (лабораторные работы)

Работа №1 Измерение параметров установившегося режима электрической сети с односторонним питанием

Цель работы:

– изучить факторы, влияющие на значения режимных параметров линии электропередачи (активной и реактивной мощностей, токов и напряжений);

– изучить методики расчета установившихся режимов работы сетей с односторонним питанием;

– сопоставить данные расчетных и экспериментальныхзначений.

Порядок выполнения работы:

1) Собрать схему лабораторных испытаний рис. 1. (ВСЕ модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!). Схема представляет собой сеть с радиальным питанием. Источник питания 1, представляющий собой сеть бесконечной мощности, через понижающий трансформатор 2 и модуль измерителя мощности 3, питает линию электропередачи 4. От подстанции, расположенной на противоположном (приемном) конце линии 4, отходят две линии электропередачи 5 и 6, каждая из которых питает своих потребителей 7 и 8 соответственно. В качестве нагрузки 7 рекомендуется использовать модуль активной нагрузки, а в качестве нагрузки 8, модуль осветительной нагрузки. Схема соединения обоих модулей – звезда без нулевого провода. Для измерений режимных параметров используются датчики токов и напряжений. При этом, датчики токов включаются последовательно в измеряемую цепь фазы А, а датчики напряжения – на напряжение фазы А (измерения производятся относительно нейтрали силового трансформатора).

2) Установить параметры линии электропередач: а) максимальное значение продольной составляющей (переключатель SA1 в положение 3); б) отключение поперечной составляющей (переключатели SA2, SA3 в положение 1). Установить переключатель SA1 модуля активной нагрузки в положение 1.

3) На персональном компьютере запустить программный комплекс «DeltaProfi» (Пуск – Программы – Лабораторный комплекс – DeltaProfi). Открыть лабораторную работу командой «Работы – Передача и качество ЭЭ – Работа №1 Измерение параметров установившегося режима электрической сети с односторонним питанием».

4) Включить питание стенда.

5) Включить выключатель модуля трехфазной сети (кнопка SB1 на лицевой панели модуля трехфазной сети).

6) Запустить программу в работу кнопкой «Пуск» или командой главного меню «Управление – Пуск» или горячей клавишей F5.

7) В таблицу 1 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК, а также, величину линейного напряжения, активной и реактивной мощности потребляемой из сети по показаниям модуля измерителя мощности.

8) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети.

9) Изменить длину линии электропередачи 4, переведя переключатель SA1 в положение 1.

Таблица 1

10) Нажать кнопку «Вкл» модуля трехфазной сети. В таблицу 1 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК, а также, величину линейного напряжения, активной и реактивной мощности потребляемой из сети по показаниям модуля измерителя мощности.

11) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети. Отключить питание стенда.

12) Вернуть переключатель SA1 линии 4 в исходное (третье – 3) положение.

13) Изменить напряжение питания сети с 220В на 127В (переключившись на другие отпайки силового трансформатора).

14) Включить питание стенда. Нажать кнопку «Вкл» модуля трехфазной сети. В таблицу 1 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК, а также, величину линейного напряжения, активной и реактивной мощности потребляемой из сети по показаниям модуля измерителя мощности.

15) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети. Изменить напряжение питания сети с 127В на 220В (переключившись на другие отпайки силового трансформатора). Изменить величину активной нагрузки в соответствии с индивидуальным заданием.

16) Нажать кнопку «Вкл» модуля трехфазной сети. В таблицу 1 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК, а также, величину линейного напряжения, активной и реактивной мощности потребляемой из сети по показаниям модуля измерителя мощности.

17) Остановить программу кнопкой «Стоп», командой главного меню «Управление – Стоп» или горячей клавишей F6. Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети. Отключить питание стенда.

18) Проанализировать полученные данные: определить, как влияет величина нагрузки, напряжение питания и длинна линий электропередач на напряжения в узлах сети, величины перетоков активных и реактивных мощностей по линиям электропередач. Объяснить, почему суммарная мощность, потребляемая из сети больше суммарной мощности нагрузки, а также разницу между мощностями в начале и в конце ЛЭП 5 и 6.

19) Оформить отчет по лабораторной работе.

Работа №2 Влияние поперечных емкостных составляющих линий электропередач на режим работы распределительных сетей

Цель работы:

– изучить влияние емкостной составляющей линий электропередач на величины режимных параметров: напряжений, токов, активных и реактивныхмощностей.

Порядок выполнения работы:

1) Собрать схему лабораторных испытаний рис. 1. (ВСЕ модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!). Схема представляет собой сеть с радиальным питанием. Источник питания 1, представляющий собой сеть бесконечной мощности, через понижающий трансформатор 2 и модуль измерителя мощности 3, питает линию электропередачи 4. От подстанции, расположенной на противоположном (приемном) конце линии 4, отходят две линии электропередачи 5 и 6, каждая из которых питает своих потребителей 7 и 8 соответственно. В качестве нагрузки 7 рекомендуется использовать модуль активной нагрузки, а в качестве нагрузки 8, модуль осветительной нагрузки. Схема соединения обоих модулей – звезда без нулевого провода. Для измерений режимных параметров используются датчики токов и напряжений. При этом, датчики токов включаются последовательно в измеряемую цепь фазы А, а датчики напряжения – на напряжение фазы А (измерения производятся относительно нейтрали силового трансформатора).

2) Установить параметры линии электропередач: а) максимальное значение продольной составляющей (переключатель SA1 в положение 3); б) максимальное значение поперечной составляющей (переключатель SA2, SA3 в положение 3). Установить переключатель SA1 модуля активной нагрузки в положение 1. Нейтраль трансформатора оставить не заземленной (режим работы с изолированной нейтралью).

3) На персональном компьютере запустить программный комплекс «DeltaProfi» (Пуск – Программы – Лабораторный комплекс – DeltaProfi). Открыть лабораторную работу командой «Работы – Передача и качество ЭЭ – Работа №2 Влияние емкостных составляющих ЛЭП на режим работы сети».

4) Включить питание стенда и нажать кнопку «Вкл» модуля трехфазной сети. Запустить программу в работу кнопкой «Пуск» или командой главного меню «Управление – Пуск» или горячей клавишей F5.

5) Записать показания измерительных приборов: напряжения в узлах сети, величины перетоков активных и реактивных мощностей по линиям электропередач, величину активной и реактивной мощности, потребляемой из сети.

6) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети.

7) Отключить стенд.

8) Перевести переключатели SA2, SA3 модулей линий электропередач в положение №1 (емкостная составляющая отключена).

9) Включить питание стенда и нажать кнопку «Вкл» модуля трехфазной сети.

10) Записать показания измерительных приборов.

11) Остановить программу кнопкой «Стоп», командой главного меню «Управление – Стоп» или горячей клавишей F6. Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети. Отключить питание стенда.

12) Проанализировать полученные данные: определить, как влияет наличие и величина емкостной составляющей на величину напряжений в узлах сети. Объяснить, почему изменяется величина активной и реактивной мощности, потребляемой из сети.

13) Оформить отчет по лабораторной работе.

Работа №3 Измерение параметров установившегося режима электрической сети с двусторонним питанием

Цель работы:

– исследовать влияние на параметров линий электропередач (длина, номинальное напряжение) и параметров нагрузки в отдельных узлах на величины режимных параметров в кольцевой сети (напряжения в узлах, перетоки активной и реактивной мощности, потери).

Порядок выполнения работы:

1) Собрать схему лабораторных испытаний рис. 2. (ВСЕ модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!). Схема представляет собой кольцевую сеть в которой источник питания 1, представляющий собой энергосистему бесконечной мощности, через понижающий трансформатор 2 и модуль измерителя мощности 3, подает питание на узловую подстанцию с отходящими линиями 4 и 5. На подстанциях с противоположных концов линий электропередач 4 и 5 имеется активная 7 и осветительная 8 нагрузки. Кроме того, эти подстанции связанны между собой линией электропередачи 6, тем самым создавая кольцевую сеть. В качестве нагрузки 7 рекомендуется использовать модуль активной нагрузки, а в качестве нагрузки 8, модуль осветительной нагрузки. Схема соединения обоих модулей – звезда без нулевого провода. Для измерений режимных параметров используются датчики токов и напряжений. При этом, датчики токов включаются последовательно в измеряемую цепь фазы А, а датчики напряжения – на напряжение фазы А (измерения производятся относительно нейтрали силового трансформатора).

2) Установить параметры линии электропередач: а) максимальное значение продольной составляющей (переключатель SA1 в положение 3); б) отключение поперечной составляющей (переключатели SA2, SA3 в положение 1). Установить переключатель SA1 модуля активной нагрузки в положение 1.

3) На персональном компьютере запустить программный комплекс «DeltaProfi» (Пуск – Программы – Лабораторный комплекс – DeltaProfi). Открыть лабораторную работу командой «Работы – Передача и качество ЭЭ – Работа №3 Измерение параметров установившегося режима электрической сети с двусторонним питанием».

4) Включить питание стенда.

5) Включить выключатель модуля трехфазной сети (кнопка SB1 на лицевой панели модуля трехфазной сети).

6) Запустить программу в работу кнопкой «Пуск» или командой главного меню «Управление – Пуск» или горячей клавишей F5.

7) В таблицу 2 записать показания измерительных приборов  на мнемосхемеПК. Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети.

8) Изменить длину линии электропередачи 5, переведя переключатель SA1 в положение 1.

Таблица 2

9) Включить выключатель модуля трехфазной сети (кнопка SB1 на лицевой панели модуля трехфазной сети). В таблицу 2 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК.

10) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети. Отключить питание стенда.

11) Вернуть переключатель SA1 линии 5 в исходное (третье – 3) положение.

12) Изменить напряжение питания сети с 220В на 127В (переключившись на другие отпайки силового трансформатора).

13) Включить питание стенда. Включить выключатель модуля трехфазной сети (кнопка SB1 на лицевой панели модуля трехфазной сети).

14) В таблицу 2 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК.

15) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети. Изменить напряжение питания сети с 127В на 220В (переключившись на другие отпайки силового трансформатора). Изменить величину активной нагрузки в соответствии с индивидуальным заданием. Включить выключатель модуля трехфазной сети (кнопка SB1 на лицевой панели модуля трехфазной сети).

16) В таблицу 2 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК.

17) Остановить программу кнопкой «Стоп», командой главного меню «Управление – Стоп» или горячей клавишей F6. Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети. Отключить питание стенда.

18) Проанализировать полученные данные: определить, как влияют величины сопротивлений линий электропередач (их длина) на напряжения в узлах сети, перетоки активных и реактивных мощностей по линиям электропередач. Объяснить, от чего зависит направление перетоков мощности в кольцевой сети.

19) Рассчитать потери активной мощности, объяснить причины их возникновения и предложить мероприятия, направленные на снижение их величины.

20) Оформить отчет по лабораторной работе.

Работа №4 Потери электрической энергии в распределительных сетях

Цель работы:

– определить факторы, влияющие на величину потерь активной и реактивной мощности в распределительной сети;

– изучить зависимость потерь мощности от величины нагрузки и еехарактера;

– изучить влияние номинального напряжения распределительной сети на величину потерь активной и реактивной мощности.

Порядок выполнения работы:

1) Собрать схему лабораторных испытаний рис. 3. (ВСЕ модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!). Схема представляет собой сеть с радиальным питанием. Источник питания 1, представляющий собой сеть бесконечной мощности, через понижающий трансформатор 2 и модуль измерителя мощности 3, питает линию электропередачи 4, работающую на активную нагрузку 5. В качестве нагрузки используется модуль активной нагрузки, схема соединения - звезда без нулевого провода. Для измерений режимных параметров линии электропередачи используются датчики токов и напряжений. При этом, датчики токов включаются последовательно в измеряемую цепь фазы А, а датчики напряжения – на напряжение фазы А (измерения производятся относительно нейтрали силового трансформатора). Мощность со стороны первичной обмотки трансформатора измеряется с помощью универсального измерителя мощности 3.

2) Установить параметры линии электропередач: а) максимальное значение продольной составляющей (переключатель SA1 в положение 3); б) отключить поперечную составляющую (переключатель SA2, SA3 в положение 1). Установить переключатель SA1 модуля активной нагрузки в положение 1. Нейтраль трансформатора оставить не заземленной (режим работы с изолированной нейтралью).

3) На персональном компьютере запустить программный комплекс «DeltaProfi» (Пуск – Программы – Лабораторный комплекс – DeltaProfi). Открыть лабораторную работу командой «Работы – Передача и качество ЭЭ – Работа №4 Потери электрической энергии в распределительных сетях».

4) Включить питание стенда.

5) Включить выключатель модуля трехфазной сети (кнопка SB1 на лицевой панели модуля трехфазной сети).

6) Запустить программу в работу кнопкой «Пуск» или командой главного меню «Управление – Пуск» или горячей клавишей F5.

7) В таблицу 3 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК.

8) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети. Отключить питание стенда.

9) По полученным результатам рассчитать величину потерь активной и реактивной мощности в линии электропередачи. Результаты расчета занести в таблицу 3.

Таблица 3

10) Повторить испытания при двух других значениях нагрузки (минимальное и среднее значение). В таблицу 3 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК.

11) По полученным результатам рассчитать величины потерь активной и реактивной мощности в линии электропередачи. Результаты расчета занести в таблицу 3. Построить график зависимости потерь от величины нагрузки и объяснить полученную зависимость.

12) Перевести электропередачу на пониженное напряжение (127В вместо 220В). Для этого, переключиться на отпайки силового трансформатора с меньшим напряжением на вторичной обмотке.

13) Установить переключатель SA1 модуля активной нагрузки в положение 1

14) Включить питание стенда и нажать кнопку «Вкл» модуля трехфазной сети.

Продолжение таблицы 3

15) В таблицу 3 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК.

16) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети.

17) Отключить питание стенда.

18) По полученным результатам рассчитать величину потерь активной и реактивной мощности в линии электропередачи. Результаты расчета занести в таблицу 3.

19) Сравнить полученные значения потерь с потерями при работе линии электропередачи на более высоком напряжении и сделать соответствующие выводы.

20) Восстановить напряжение электропередачи 220В.

21) Установить переключатель величины активной нагрузки в положение 1.

22) Провести испытания при двух различных значениях длинны линии электропередачи (переключатель SA1 модуля линии электропередачи). В таблицу 3 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК.

23) Остановить программу кнопкой «Стоп», командой главного меню «Управление – Стоп» или горячей клавишей F6. Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети. Отключить питание стенда.

24) Рассчитать потери мощности в линии электропередачи , а также, соответствующие им значения cos Ô. Сделать выводы о влиянии длины линии электропередачи на потери мощности в сети.

25) Оформить отчет по лабораторной работе.

Работа №5 Регулирование напряжения путем поперечной компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторной батареи

Цель работы:

– изучить влияние поперечной емкостной компенсации на величину напряжений в узлах распределительной сети.

Порядок выполнения работы:

1) Собрать схему лабораторных испытаний рис. 4. (ВСЕ модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!). Схема представляет собой линию электропередачи с радиальным питанием. Источник питания (модуль трехфазной сети) 1, представляющий собой сеть бесконечной мощности, через понижающий трансформатор 2 питает линию электропередачи 3, работающую в режиме холостого хода (без нагрузки). Измеритель мощности 4 предназначен для измерения линейного напряжения на шинахпотребителя.

2) Установить параметры линии электропередачи: а) минимальное значение продольной составляющей (переключатель SA1 в положение 1); б) отключить поперечную составляющую (переключатели SA2, SA3 в положение 1). Нейтраль трансформатора оставить не заземленной (режим работы с изолированной нейтралью).

3) Включить питание стенда и нажать кнопку «Вкл» модуля трехфазной сети.

4) Перевести модуль измерителя мощности в режим измерения линейных напряжений. Записать величину напряжения электропередачи при работе в режиме холостого хода.

5) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети.

6) Отключить питание стенда.

7) Собрать схему лабораторных испытаний рис. 5. (ВСЕ модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!), представляющую собой линию электропередачи, работающую на активную нагрузку 5.

8) Установить переключатель SA1 величины активной нагрузки в положение 1.

9) Включить питание стенда и нажать кнопку «Вкл» модуля трехфазной сети.

10) Перевести модуль измерителя мощности в режим измерения линейных напряжений. Записать величину напряжения электропередачи в режиме работы на индуктивную нагрузку.

11) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети.

12) Отключить питание стенда.

13) Собрать схему лабораторных испытаний рис. 6. (ВСЕ модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!), представляющую собой линию электропередачи с устройством поперечной емкостной компенсации 6, работающую на активную нагрузку 5. В качестве устройства поперечной емкостной компенсации (конденсаторной батареи) использовать модуль емкостной нагрузки. Переключатель величины емкости конденсаторной батареи SA1 установить в положение 5.

14) Включить питание стенда и нажать кнопку «Вкл» модуля трехфазной сети

15) Перевести модуль измерителя мощности в режим измерения линейных напряжений. Записать величину напряжения электропередачи с устройством поперечной емкостной компенсации в режиме работы на индуктивную нагрузку.

16) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети.

17) Отключить питание стенда.

18) По полученным результатам заполнить таблицу 4 (за номинальное напряжение электропередачи принять величину напряжения в режиме холостогохода), сделать вывод о влиянии поперечной емкостной компенсации на величины напряжений в узлах распределительной сети и параметры качества электрической энергии (величину длительного отклонения напряжения).

19) Оформить отчет по лабораторной работе.

Таблица 4

Работа №6 Исследование режима работы электрической сети, питающей двигательную нагрузку

Цель работы:

– исследовать влияние двигательной нагрузки на режим работы электрической сети.

В работе приять

– номинальная мощность двигателя – 100 Вт, мощность х.х. – 10 Вт.

Порядок выполнения работы:

1) Собрать схему лабораторных испытаний рис. 7. (ВСЕ модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!). Схема представляет собой сеть с радиальным питанием. Источник питания 1, представляющий собой сеть бесконечной мощности (модуль трехфазной сети), через понижающий трансформатор 2 (модуль однофазных трансформаторов) и модуль измерителя мощности 3, питает линию электропередачи 4, работающую на двигательную нагрузку 5 (модуль электромашинной нагрузки). В качестве нагрузки используется трехфазный асинхронный двигатель АД. На одном валу с АД находится двигатель постоянного тока ДПТ, создающий нагрузочный момент. Регулировка величины нагрузки осуществляется с помощью изменения величины активного сопротивления 6, включенного в якорную цепь ДПТ. В качестве активного сопротивления 6 используется сопротивление RP1 модуля добавочных сопротивлений. Обмотка возбуждения LM двигателя постоянного тока подключена к выходу постоянного напряжения регулировочного автотрансформатора (модуль автотрансформатора). Для измерения режимных параметров линии электропередачи используются датчики токов и напряжений. При этом, датчики токов включаются последовательно в измеряемую цепь фазы А, а датчики напряжения – на напряжение фазы А (измерения производятся относительно нейтрали силового трансформатора). Кроме того, измеряется постоянное напряжение на обмотке возбуждения ДПТ (канал измерения А6). Режимные параметры (ток, напряжение, активная и реактивная мощность), на стороне вторичной обмотки понижающего трансформатора измеряются с помощью универсального измерительного прибора 3 (модуль измерителя мощности).

2) Установить параметры линии электропередач: а) максимальное значение продольной составляющей (переключатель SA1 в положение 3); б) отключить поперечную составляющую (переключатель SA2, SA3 в положение 1). Нейтраль трансформатора оставить не заземленной (режим работы с изолированной нейтралью). Установить максимально возможную величину активного сопротивления в цепи якоря ДПТ.

3) На персональном компьютере запустить   программный комплекс «DeltaProfi» (Пуск – Программы – Лабораторный комплекс – DeltaProfi). Открыть лабораторную работу командой «Работы – Передача и качество ЭЭ – Работа №6 Исследование режима работы двигательной нагрузки».

4) Запустить программу в работу кнопкой «Пуск» или командой главного меню «Управление – Пуск» или горячей клавишей F5.

5) Включить питание стенда.

6) Включить выключатель модуля трехфазной сети (кнопка SB1 на лицевой панели модуля трехфазной сети).

7) Плавно увеличивая напряжение на выходе автотрансформатора, установить на обмотке возбуждения ДПТ постоянное напряжение 220В (следить по показаниям на мнемосхеме ПК).

8) В таблицу 5 записать показания измерительных приборов на мнемосхеме ПК.

Таблица 5

9) По измеренным данным рассчитать величину потерь активной и реактивной мощности в линии электропередачи, падение напряжения и расчетный коэффициент мощности нагрузки. Результаты расчета занести в таблицу 5.

10) Изменяя величину нагрузки сопротивлением 6 в якорной цепи ДПТ, снять зависимость режимных параметров от величины нагрузки. Измеренные и расчетные значения заносить в таблицу 5.

11) Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети. Отключить питание стенда.

12) Исследовать влияние длины линии электропередачи на режим работы двигательной нагрузки. Для этого, изменить длину линии электропередачи с помощью переключателя SA1 и провести испытания в соответствии сп.5-11.

13) Остановить программу кнопкой «Стоп», командой главного меню «Управление – Стоп» или горячей клавишей F6. Нажать кнопку «Откл» модуля трехфазной сети. Отключить питание стенда.

14) Обработать полученные результаты, сделать выводы и оформить отчет по работе.