Файл: Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В071800 Электроэнергетика.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.03.2024
Просмотров: 36
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
НБК.
Для определения QНБК записывается функция годовых расчетных затрат
(3.1)
где Е – коэффициент отчислений от капиталовложений (нормативные отчисления, отчисления на эксплуатацию и восстановление оборудования). Числовое значение Е следует принять равным 0,223 о.е.;
КН – удельная стоимость конденсаторных установок низкого напряжения (6у.е./ квар);
Со – удельная стоимость потерь активной мощности (задается в пределах от 40 до 70 у.е./кВт);
Рн – удельные потери активной мощности в конденсаторных установках низкого напряжения принимаются равными 0,003 кВт/ квар;
RТЛ – приведенное к напряжению 10 кВ сопротивление трансформатора цеховой ТП и питающей его линии электропередачи:
. Величина этого сопротивления определяется по данным, приведенным в работе №1;
U – среднее напряжение на шинах ГПП;
Qm2 – наибольшая реактивная мощность трансформатора Т4 в период максимальной активной мощности нагрузки энергосистемы (для упрощения работы считаем, что трансформатор Т3 отключен и в расчетах не учитывается), определяется по графику нагрузки Т4. Принимаем время максимума нагрузки с 8 до 12 часов утра.
Мощность конденсаторной батареи определяется из уравнения
(3.2)
расчетное выражение имеет вид
(3.3)
Этап второй.
На этом этапе рассматривается задача нахождения оптимальных значений QВБК и QД (рисунок 3.3). Величина нескомпенсированной мощности, передаваемой через трансформатор Т4:
.
Функции годовых расчетных затрат для этого этапа расчета имеет вид
(3.4)
где КВ – удельная стоимость конденсаторных батарей высокого напряжения (5у.е./квар);
РКВ=0,002 кВт/квар – удельные потери в конденсаторных установках высокого напряжения;
К1=0,011 кВт/квар, К2=0,00019 кВт/квар2 – коэффициенты, характеризующие потери активной мощности нагрузки ЭЭС.
Математический минимум (экстремум) функции затрат с учетом условия баланса может быть определен при помощи метода Лагранжа. Обозначая коэффициент Лагранжа через , можно записать функцию Лагранжа следующим образом
(3.5)
где Qm1 – реактивная мощность нагрузки на шинах 10 кВ ГПП в период максимальной активной мощности нагрузки ЭЭС.
Мощность QВБК и QД определяются решением системы уравнений
. (3.6)
Решая данную систему уравнений, можно получить выражение для расчета QВБК и QД в общем виде
(3.7)
. (3.8)
Далее вычисляются установленные мощности конденсаторных батарей и наибольшая реактивная мощность СД. Отрицательные значения расчетных мощностей свидетельствует об отсутствии экономической целесообразности использования соответствующего источника реактивной мощности. Его значение принимается равным нулю. Величина QД не должна превышать допустимых значений по условиям нагрева статора и ротора СД с учетом его загрузки по активной мощности. Проверка СД по условиям нагрева в лабораторной работе не предусмотрено.
Полное использование всех КУ экономически обосновано в период максимальной нагрузки ЭЭС. При существенно изменяющемся графике реактивной мощности нагрузки требуется регулирование КУ. В лабораторной установке предусмотрено ручное дискретное регулирование конденсаторных батарей. Графики регулирования КУ строятся на основании оптимизационных расчетов с учетом требования ЭЭС (QЭ1, QЭ2). Регулирование КУ должно обеспечивать минимальные потери электроэнергии и требуемый уровень качества напряжения.
Для отдельного узла нагрузки, который исследуется в данной работе, оптимизация не требуется. Графики регулирования КУ в этом случае могут быть построены без расчетов. Основой для их построения являются графики реактивной нагрузки на шинах 10 кВ и 0,4 кВ. При построении графиков регулирования следует учесть:
3.4 Задание и порядок проведения работы
По графикам нагрузок для трансформаторов Т2 и Т4, построенным в работе №1, производим следующие расчеты:
3.4.1 Определим коэффициент мощности (естественный cos )
в часы максимальной нагрузки:
в часы минимальной нагрузки:
3.4.2 Экономически обоснованные реактивные мощности QЭ1, QЭ2 принимаем, исходя из оптимального режима работы энергосистемы в период ее максимальных и минимальных нагрузок:
где Рмакс. и Рмин. – активная мощность нагрузки на шинах 10 кВ ГПП в период максимальных и минимальных нагрузок трансформатора Т2.
3.4.3 Определим мощности НБК в часы максимума и минимума нагрузки
и 
по формуле (3.3). Полученные значения округляем до ближайшей возможной величины, указанной на мнемосхеме лабораторной установки (
; 
)
3.4.4 Определим по формуле (3.7) оптимальное значение реактивной мощности синхронного двигателя
3.4.5 Определим по формуле (3.8) значение реактивной мощности ВБК
и 
. В этих расчетах величина нескомпенсированной мощности, передаваемая через трансформатор Т4:
Полученные значения округляем до ближайшей возможной величины, указанной на мнемосхеме лабораторной установки (
; 
).
3.4.6 Проверим баланс реактивной мощности на шинах 10 кВ в часы максимума и минимума ЭЭС:
3.4.7 Построим график реактивной мощности Т2 и Т4 с учетом включения НБК и ВБК.
3.4.8 Определим коэффициент мощности после компенсации реактивной мощности в часы максимальной и минимальной нагрузки.
3.5 Отчет по работе
Отчет по работе должен содержать:
1 Графики нагрузок, снятые в работе №1 для трансформаторов Т2 и Т4.
2 Расчет и выбор НБК в часы максимальных и минимальных нагрузок.
3 Расчет и выбор ВБК в часы максимальных и минимальных нагрузок.
4 Расчет баланса реактивной мощности на шинах 10 кВ.
5 График реактивной мощности для Т2 после компенсации.
6 Коэффициенты мощности после компенсации реактивной мощности.
7 Выводы по работе.
3.6 Контрольные вопросы
1 Дать понятие реактивной мощности, пояснить ее физический смысл и особенности в сравнении с активной.
2 Чем определяются предельные значения реактивной мощности, которую может выдать в сеть синхронная машина?
3 Дать сравнительную характеристику источников реактивной мощности, используемых в СЭПП?
4 Каким образом реактивная мощность влияет на режим напряжения электрической сети?
5 Требования, предъявляемые ЭЭС к режиму реактивной мощности СЭПП?
6 Как оценивается экономический эффект внедрения расчетного оптимального режима компенсации нагрузок предприятия?
7 С какой целью выполняется регулирование мощностей компенсирующих устройств?
8 Перечислить и пояснить принцип построения графиков регулирования КУ?
9 Почему входные реактивные мощности задаются предприятием дифференцировано?
10 Что понимается под оптимизацией режима компенсации реактивных мощностей нагрузок?
4 Лабораторная работа № 4
Исследование режимов работы асинхронных двигателей и повышение соs в питающей сети
4.1 Цель работы
Исследовать статические, механические и рабочие характеристики асинхронных двигателей, изучить возможности повышения коэффициента мощности АД, а также повышения коэффициента мощности в питающей сети при помощи батарей силовых конденсаторов
4.2 Перечень оборудования
На лицевой панели стенда изображена мнемосхема лабораторной установки. Исследуемый АД имеет следующие параметры: UН=380 В; РН=1,7 кВт; cos н =0,79; Н=0,78; n=930 об/мин; схема соединения статорной обмотки Y/ - 380 /220 В. Для создания нагрузки на АД используется спаренный с ним генератор постоянного тока (UН=220 В; РН=1 кВт; n=1000 об/мин). Напряжение, подаваемое на АД, регулируется трехфазным поворотным автотрансформатором АТ (потенциал - регулятором). Конденсаторные батареи, установленные за панелью, соединены в треугольник и имеют три группы различной мощности.
4.3 Задание
Изучить схему лабораторного стенда, снять рабочие и статические характеристики АД, снять данные при индивидуальной компенсации реактивной мощности в питающей сети АД, провести опыт переключения обмоток АД с треугольника на звезду. Результаты опытов занести в таблицы и выразить в виде графиков. Дать пояснения по результатам лабораторной работы. Схема лабораторной установки приведена на рисунке 4.1.
4.4 Методические указания
Общие положения
Ниже приведены основные характеристики АД, которые в процессе выполнения лабораторной работы должны быть построены студентами по результатам опытов.
Статические характеристики. Условием, при котором обеспечивается устойчивый режим напряжения у потребителей и, следовательно, устойчивый режим работы самих потребителей, является равенство в точке потребления генерируемой и потребляемой реактивной мощности. При нарушении этого равенства возникает неустойчивый режим напряжения, которое может либо расти, либо снижаться.
Рисунок 4.1 – Схема лабораторной установки
АД – асинхронный двигатель; QF – вводный автоматический выключатель; PV, PA, PW, Pvar – вольтметр, амперметр, ваттметр, варметр; AT – автотрансформатор (потенциал-регулятор); KM – магнитный пускатель; SA1,SA2,SA3 – поворотные ключи для батарей конденсаторов; CB1, CB2, CB3 – батареи конденсаторов; SA5 – переключатель (ключ управления); Г – генератор постоянного тока (нагрузка двигателя); RR – регулируемый реостат в обмотке возбуждения генератора; SA6 – ключ управления генератором.
Потребляемая реактивная мощность определяется уровнем напряжения у потребителя и характеризуется так называемой статической характеристикой нагрузки, выражающей зависимость реактивной мощности от изменения напряжения.
В зависимости от напряжения и частоты изменяется величина потребляемой активной и реактивной мощностей. Так, например, уменьшение напряжения в сети до 80-85 % от номинального снижает реактивную нагрузку на 20-25 %. Однако при дальнейшем снижении напряжения возрастают потери реактивной мощности в индуктивных сопротивлениях асинхронных двигателей, трансформаторов и линий передачи, а также снижается зарядная компенсирующая мощность линии, конденсаторов. Поэтому величина реактивной мощности в сети будет лавинообразно увеличиваться, что
Для определения QНБК записывается функция годовых расчетных затрат
(3.1)где Е – коэффициент отчислений от капиталовложений (нормативные отчисления, отчисления на эксплуатацию и восстановление оборудования). Числовое значение Е следует принять равным 0,223 о.е.;
КН – удельная стоимость конденсаторных установок низкого напряжения (6у.е./ квар);
Со – удельная стоимость потерь активной мощности (задается в пределах от 40 до 70 у.е./кВт);
Рн – удельные потери активной мощности в конденсаторных установках низкого напряжения принимаются равными 0,003 кВт/ квар;
RТЛ – приведенное к напряжению 10 кВ сопротивление трансформатора цеховой ТП и питающей его линии электропередачи:
. Величина этого сопротивления определяется по данным, приведенным в работе №1;U – среднее напряжение на шинах ГПП;
Qm2 – наибольшая реактивная мощность трансформатора Т4 в период максимальной активной мощности нагрузки энергосистемы (для упрощения работы считаем, что трансформатор Т3 отключен и в расчетах не учитывается), определяется по графику нагрузки Т4. Принимаем время максимума нагрузки с 8 до 12 часов утра.
Мощность конденсаторной батареи определяется из уравнения
(3.2)расчетное выражение имеет вид
(3.3)Этап второй.
На этом этапе рассматривается задача нахождения оптимальных значений QВБК и QД (рисунок 3.3). Величина нескомпенсированной мощности, передаваемой через трансформатор Т4:
. Функции годовых расчетных затрат для этого этапа расчета имеет вид
(3.4)где КВ – удельная стоимость конденсаторных батарей высокого напряжения (5у.е./квар);
РКВ=0,002 кВт/квар – удельные потери в конденсаторных установках высокого напряжения;
К1=0,011 кВт/квар, К2=0,00019 кВт/квар2 – коэффициенты, характеризующие потери активной мощности нагрузки ЭЭС.
Математический минимум (экстремум) функции затрат с учетом условия баланса может быть определен при помощи метода Лагранжа. Обозначая коэффициент Лагранжа через , можно записать функцию Лагранжа следующим образом
(3.5)где Qm1 – реактивная мощность нагрузки на шинах 10 кВ ГПП в период максимальной активной мощности нагрузки ЭЭС.
Мощность QВБК и QД определяются решением системы уравнений
. (3.6)Решая данную систему уравнений, можно получить выражение для расчета QВБК и QД в общем виде
(3.7) . (3.8)Далее вычисляются установленные мощности конденсаторных батарей и наибольшая реактивная мощность СД. Отрицательные значения расчетных мощностей свидетельствует об отсутствии экономической целесообразности использования соответствующего источника реактивной мощности. Его значение принимается равным нулю. Величина QД не должна превышать допустимых значений по условиям нагрева статора и ротора СД с учетом его загрузки по активной мощности. Проверка СД по условиям нагрева в лабораторной работе не предусмотрено.
Полное использование всех КУ экономически обосновано в период максимальной нагрузки ЭЭС. При существенно изменяющемся графике реактивной мощности нагрузки требуется регулирование КУ. В лабораторной установке предусмотрено ручное дискретное регулирование конденсаторных батарей. Графики регулирования КУ строятся на основании оптимизационных расчетов с учетом требования ЭЭС (QЭ1, QЭ2). Регулирование КУ должно обеспечивать минимальные потери электроэнергии и требуемый уровень качества напряжения.
Для отдельного узла нагрузки, который исследуется в данной работе, оптимизация не требуется. Графики регулирования КУ в этом случае могут быть построены без расчетов. Основой для их построения являются графики реактивной нагрузки на шинах 10 кВ и 0,4 кВ. При построении графиков регулирования следует учесть:
-
В период максимальной активной мощности нагрузки ЭЭС потребление реактивной мощности из системы не должно превосходить величину QЭ1. -
В период минимальной нагрузки потребляемая реактивная мощность из системы должна быть не меньшей, чем QЭ2.
3.4 Задание и порядок проведения работы
По графикам нагрузок для трансформаторов Т2 и Т4, построенным в работе №1, производим следующие расчеты:
3.4.1 Определим коэффициент мощности (естественный cos )
в часы максимальной нагрузки:
в часы минимальной нагрузки:
3.4.2 Экономически обоснованные реактивные мощности
QЭ1, QЭ2 принимаем, исходя из оптимального режима работы энергосистемы в период ее максимальных и минимальных нагрузок: где Рмакс. и Рмин. – активная мощность нагрузки на шинах 10 кВ ГПП в период максимальных и минимальных нагрузок трансформатора Т2.
3.4.3 Определим мощности НБК в часы максимума и минимума нагрузки
и по формуле (3.3). Полученные значения округляем до ближайшей возможной величины, указанной на мнемосхеме лабораторной установки ( ; )3.4.4 Определим по формуле (3.7) оптимальное значение реактивной мощности синхронного двигателя
3.4.5 Определим по формуле (3.8) значение реактивной мощности ВБК
и . В этих расчетах величина нескомпенсированной мощности, передаваемая через трансформатор Т4: Полученные значения округляем до ближайшей возможной величины, указанной на мнемосхеме лабораторной установки (
; ).3.4.6 Проверим баланс реактивной мощности на шинах 10 кВ в часы максимума и минимума ЭЭС:
3.4.7 Построим график реактивной мощности Т2 и Т4 с учетом включения НБК и ВБК.
3.4.8 Определим коэффициент мощности после компенсации реактивной мощности в часы максимальной и минимальной нагрузки.
3.5 Отчет по работе
Отчет по работе должен содержать:
1 Графики нагрузок, снятые в работе №1 для трансформаторов Т2 и Т4.
2 Расчет и выбор НБК в часы максимальных и минимальных нагрузок.
3 Расчет и выбор ВБК в часы максимальных и минимальных нагрузок.
4 Расчет баланса реактивной мощности на шинах 10 кВ.
5 График реактивной мощности для Т2 после компенсации.
6 Коэффициенты мощности после компенсации реактивной мощности.
7 Выводы по работе.
3.6 Контрольные вопросы
1 Дать понятие реактивной мощности, пояснить ее физический смысл и особенности в сравнении с активной.
2 Чем определяются предельные значения реактивной мощности, которую может выдать в сеть синхронная машина?
3 Дать сравнительную характеристику источников реактивной мощности, используемых в СЭПП?
4 Каким образом реактивная мощность влияет на режим напряжения электрической сети?
5 Требования, предъявляемые ЭЭС к режиму реактивной мощности СЭПП?
6 Как оценивается экономический эффект внедрения расчетного оптимального режима компенсации нагрузок предприятия?
7 С какой целью выполняется регулирование мощностей компенсирующих устройств?
8 Перечислить и пояснить принцип построения графиков регулирования КУ?
9 Почему входные реактивные мощности задаются предприятием дифференцировано?
10 Что понимается под оптимизацией режима компенсации реактивных мощностей нагрузок?
4 Лабораторная работа № 4
Исследование режимов работы асинхронных двигателей и повышение соs в питающей сети
4.1 Цель работы
Исследовать статические, механические и рабочие характеристики асинхронных двигателей, изучить возможности повышения коэффициента мощности АД, а также повышения коэффициента мощности в питающей сети при помощи батарей силовых конденсаторов
4.2 Перечень оборудования
На лицевой панели стенда изображена мнемосхема лабораторной установки. Исследуемый АД имеет следующие параметры: UН=380 В; РН=1,7 кВт; cos н =0,79; Н=0,78; n=930 об/мин; схема соединения статорной обмотки Y/ - 380 /220 В. Для создания нагрузки на АД используется спаренный с ним генератор постоянного тока (UН=220 В; РН=1 кВт; n=1000 об/мин). Напряжение, подаваемое на АД, регулируется трехфазным поворотным автотрансформатором АТ (потенциал - регулятором). Конденсаторные батареи, установленные за панелью, соединены в треугольник и имеют три группы различной мощности.
4.3 Задание
Изучить схему лабораторного стенда, снять рабочие и статические характеристики АД, снять данные при индивидуальной компенсации реактивной мощности в питающей сети АД, провести опыт переключения обмоток АД с треугольника на звезду. Результаты опытов занести в таблицы и выразить в виде графиков. Дать пояснения по результатам лабораторной работы. Схема лабораторной установки приведена на рисунке 4.1.
4.4 Методические указания
Общие положения
Ниже приведены основные характеристики АД, которые в процессе выполнения лабораторной работы должны быть построены студентами по результатам опытов.
Статические характеристики. Условием, при котором обеспечивается устойчивый режим напряжения у потребителей и, следовательно, устойчивый режим работы самих потребителей, является равенство в точке потребления генерируемой и потребляемой реактивной мощности. При нарушении этого равенства возникает неустойчивый режим напряжения, которое может либо расти, либо снижаться.
Рисунок 4.1 – Схема лабораторной установки
АД – асинхронный двигатель; QF – вводный автоматический выключатель; PV, PA, PW, Pvar – вольтметр, амперметр, ваттметр, варметр; AT – автотрансформатор (потенциал-регулятор); KM – магнитный пускатель; SA1,SA2,SA3 – поворотные ключи для батарей конденсаторов; CB1, CB2, CB3 – батареи конденсаторов; SA5 – переключатель (ключ управления); Г – генератор постоянного тока (нагрузка двигателя); RR – регулируемый реостат в обмотке возбуждения генератора; SA6 – ключ управления генератором.
Потребляемая реактивная мощность определяется уровнем напряжения у потребителя и характеризуется так называемой статической характеристикой нагрузки, выражающей зависимость реактивной мощности от изменения напряжения.
В зависимости от напряжения и частоты изменяется величина потребляемой активной и реактивной мощностей. Так, например, уменьшение напряжения в сети до 80-85 % от номинального снижает реактивную нагрузку на 20-25 %. Однако при дальнейшем снижении напряжения возрастают потери реактивной мощности в индуктивных сопротивлениях асинхронных двигателей, трансформаторов и линий передачи, а также снижается зарядная компенсирующая мощность линии, конденсаторов. Поэтому величина реактивной мощности в сети будет лавинообразно увеличиваться, что
