ЛР
.pdfФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ» (МИИТ)
ТЯГОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ
(дополнительные разделы)
Руководство по выполнению лабораторных работ № 1,2
для студентов 5 курса
по специальности ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
МОСКВА — 2015
Лабораторная работа №1
ЭКОНОМИЧНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ПАРАЛЛЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ.
1. Цель работы
Определить оптимальное количество параллельно включенных транс-
форматоров на подстанции для заданного нагрузочного режима по минимуму суммарных потерь мощности в трансформаторах.
2. Задание на проведение лабораторной работы
Для трехтрансформаторной подстанции определить диапазоны нагру-
зок, при которых будут работать один, два или три трансформатора по кри-
терию минимум потерь мощности в трансформаторах. Построить графики потери мощности при одном включенном трансформаторе P1(S),при двух
P2(S), при трех P3(S). Графически и аналитически найти значения границы
(критичной) мощности Sк при которой следует включать (отключать) очеред-
ной трансформатор.
3. Основные теоретические положения
Рекомендуется перед началом работы ознакомиться с учебной и спра-
вочной литературой по прилагаемому списку [1 — 8].
Понижающие трансформаторы на подстанциях переменного тока и вы-
прямительные агрегаты на подстанциях постоянного тока должны иметь возможность раздельной и параллельной работы на тяговые шины подстан-
ции, а также должны соблюдаться следующие условия параллельной работы трансформаторов:
—группы соединения обмоток одинаковы, а соотношение между их номинальными мощностями не превышает 1:3;
—коэффициенты трансформации различаются не более чем на ± 0,5 %;
2
— напряжение короткого замыкания различаются не более чем на ± 10 %
среднего арифметического значения напряжения короткого замыкания включае-
мых на параллельную работу трансформаторов;
— произведена фазировка трансформаторов, [1].
Потери мощности происходят во всех звеньях электрической системы:
генераторах, линях электропередач, трансформаторах и др. В электрических расчетах рассматриваются не сами электротехнические установки, а их схе-
мы замещения, представляющие собой комбинации соединенных определен-
ным образом сопротивлений и проводимостей. Потери мощности, обуслов-
ленные нагревом проводников, определяются сопротивлениями, проводимо-
стями и квадратами протекающих по ним токов, согласно закона Джоуля — Ленца. Ток в сопротивлениях зависит от меняющихся во времени токов на-
грузок. Поэтому потери в сопротивлениях схемы замещения называют нагру-
зочными (переменными). Ток в проводимостях определяется подведенным к точке их присоединения напряжением, которое практически не зависит от тока нагрузки. Поэтому потери активной мощности в проводимостях относят к потерям холостого хода (условно постоянные).
Нагрузочные потери и потери холостого хода в трансформаторах со-
поставимы между собой. При большой нагрузке нагрузочные потери, как правило, больше потерь холостого хода, и наоборот, в режиме недогрузки потери холостого хода превышают потери в обмотках трансформатора. В по-
следнем случае имеет смысл отключать часть параллельно работающих трансформаторов, так как при этом снижаются суммарные потери в транс-
форматорах[2, 3].
Покажем порядок анализа потерь в трансформаторах на примере по-
нижающей подстанции с двумя одинаковыми двухобмоточными трансфор-
маторами.
Общие потери в каждом из трансформаторов равны сумме нагрузочных потерь (потерь в обмотках) Рн и потерь холостого хода (потерь в стали) Рх:
3
|
S2 |
|
Рн Рх.х. |
U 2 R Рx.x., |
(3.1) |
где: S — мощность нагрузки трансформаторов, кВА;
U — напряжение на трансформаторе, кВ;
R — активное сопротивление обмоток трансформатора Ом.
Рекомендуется все расчеты привести к напряжению первичной обмот-
ки трансформатора.
В лабораторной работе принимаем напряжение U равным номинально-
му напряжению первичной обмотки трансформатора (Uн) .
Запишем формулы потерь активной мощности в трансформаторах для случая работы одного трансформатора (ΔР1) и для случая, когда параллельно работают два трансформатора(ΔР2).
Р1 |
|
|
S2 |
|
R |
|
Р ; |
|
(3.2) |
||
|
U 2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
x.x. |
|
|
|||
|
|
|
ном |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р11 |
|
|
S2 |
|
|
R |
|
2 |
Р |
. |
(3.3) |
U 2 |
2 |
|
|||||||||
|
|
|
х.х. |
|
|
||||||
|
|
|
ном |
|
|
|
|
|
|
|
Если приравнять Р1 = Р2, то можно получить ту границу нагрузки Sк,
при которой потери мощности при одном и при двух трансформаторах рав-
ны. Следовательно, при нагрузке S меньшей Sк потери Р1 будут меньше, чем
Р2 и тогда выгодно отключать один из трансформаторов, и, наоборот, если S
больше, чем Sк, то выгодно держать оба трансформатора включенными.
Величину Sк определим из равенства Р1 = Р2, подставляя (3.2) и (3.3):
|
S2 |
|
|
|
S 2 |
|
R |
|
|
|
1 |
R |
Рx.x. |
|
1 |
|
|
2 Рх.х., |
(3.4) |
U 2 |
U 2 |
2 |
|||||||
|
ном |
|
|
|
ном |
|
|
|
|
4
или
|
|
|
S 2 |
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Рх.х.. |
(3.5) |
||
|
|
U |
2 |
2 |
|||||||
|
|
|
ном |
|
|
|
|
|
|
|
|
Откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
U |
|
|
|
2 |
Рх.х |
. |
(3.6) |
|||
ном |
|
|
|
|
|
||||||
1 |
|
|
|
|
R |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
В лабораторной работе требуется исследовать экономичность работы трехтрансформаторной подстанции. Для этого студенту необходимо само-
стоятельно определить потери активной мощности при трех включенных трансформаторах, и по аналогии с выводом формул (3.2) — (3.6), найти для трех трансформаторов Р3 и затем определить Sк — границу (критичной)
мощности, при которой следует включить (отключить) третий трансформа-
тор.
4.Порядок проведения работы
4.1По таблице 1. (приложение 1) в соответствии с последней цифрой учебного шифра определяются основные параметры и тип трансформатора.
4.2Определяются функции потерь активной мощности от мощности
нагрузки Рх(S), Р1(S), Р2(S), Р3(S) и строятся их графики [2].
4.3 Графически определяются критические мощности (Sк) при включе-
нии второго, а затем и третьего трансформатора.
4.4Аналитически определяются эти же мощности Sк и сравниваются с результатами по п. 4.3 [3].
4.5В выводах по работе следует указать, при какой нагрузке (выразить
в% от номинальной мощности трансформатора — 100 (S/Sтр) %) целесооб-
разно включить второй и третий трансформаторы.
4.6 Исследования целесообразно провести на ПЭВМ в интегрирован-
ной системе MATHCAD[4]
5
5. Содержание и оформление отчета
Отчет составляется в виде распечатки на ПЭВМ.
5.1Указываются цель и задачи лабораторной работы.
5.2Указываются исходные данные по работе.
5.3В отчете представляются расчетные формулы, таблицы, графики и проведенные расчеты.
5.4Указывается литература, используемая в исследованиях. В тексте отчета даются соответствующие ссылки на литературу.
5.5В конце отчета дать выводы.
В выполненных расчетах указывать единицы измерения соответст-
вующих величин. В отчете давать текстовые пояснения к проводимым расче-
там.
6.Контрольные вопросы
6.1Напишите формулу суммарных потерь активной мощности при двух работающих трансформаторах.
6.2То же для подстанции с четырьмя трансформаторами .
6.3От каких параметров трансформатора зависят потери активной и реактивной мощности в нем?
6.4От каких параметров трансформатора зависит нагрев его обмоток?
6.5Какие параметры трансформатора влияют на потери холостого хода?
6.6Параллельно одному трансформатору включили второй такой же:
— суммарные нагрузочные потери трансформатора увеличатся или
уменьшатся и во сколько раз?
— суммарные потери холостого хода трансформатора увеличатся или уменьшатся и во сколько раз?
6.7 Параллельно одному трансформатору подключили второй такой же.
Напряжение на вторичной обмотке увеличится или уменьшится?
6
Рекомендуемая литература по теме лабораторной работы
1.Правила устройства систем тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации ЦЭ-462. М.:МПС, 1997 — 77 с.
2.Караев Р.И. Волобринский С.Д. Ковалев И.Н. Электрические сети и энергосистемы. М.: Транспорт — 1988 — 326с.
3.Лыкин А.В. Электрические системы и сети. Уч. Пособие. Новоси-
бирск. Изд-во НГТУ, 2002 — 248с.
4. Серебряков А.С. Шумейко В.В. MATHCAD и решение задач элек-
тротехники. М.: Маршрут, 2005 — 240с.
7
Лабораторная работа № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ
И ТРЕХФАЗНО-ДВУХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРИ РАБОТЕ НА
НЕСИММЕТРИЧНУЮ НАГРУЗКУ
1. Цель работы:
Исследовать трехфазные симметричные и трехфазно-двухфазные трансформаторы для питания несимметричной нагрузки тяговой сети.
2. Задание на проведение лабораторной работы
Для тяговой подстанции системы электроснабжения 25 кВ выполнить сравнительный расчет несимметрии токов в первичных обмотках и потери мощности в трансформаторе при несимметричной нагрузке в тяговой сети для схем питания тяговой сети трехфазным трансформатором соединенным по схеме Y/Δ — 11, и с трехфазно-двухфазным трансформатором (схема Скотта). Построить для заданных схем питания зависимости несимметрии токов подстанции от соотношения нагрузок плеч питания.
3.Основные теоретические положения
3.1.Распределение токов в фазах трансформатора
Тяговые подстанции переменного тока являются источниками тока об-
ратной последовательности, и на действующих участков электрифицирован-
ных дорог осуществляется симметрирование токов в ВЛ110(220) кВ путем соответствующей фазировки тяговых подстанций при подключении их к ВЛ110(220) кВ [1].
Нормативные документы [2] предусматривает материальную ответст-
венность потребителей и энергоснабжающих организаций за неудовлегвори-
8
тельное качество электроэнергии и, в частности, за превышение допустимых значений несимметрии напряжения .
Степень несимметрии нагрузки в трехфазной системе зависит от схемы соединения обмоток трансформаторов подстанций.
А
В С
IA IB IC
|
Iа |
Iв |
|
Iс |
а |
в |
|
с |
|
Iл |
Iп |
|
К РУ районного |
|
|
|
|||
|
|
|
|
потребителя |
|
|
|
|
Рельс |
Рис. 1. Схема подключения трансформатора в тяговую сеть,
соединенного по схеме Y/Δ — 11
На электрических железных дорогах переменного тока системы 25кВ пи-
тание тяговой сети осуществляется от трехфазных трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Δ. Первичные обмотки таких трансформаторов соединя-
ется в «звезду», вторичные — в «треугольник» на напряжение 27,5 кВ (рис. 1).
Вывод трансформатора «с » «треугольника» подключается к тяговому рельсу, а
выводы «а и в» — к контактной сети слева и справа от подстанции. Однофазная тяговая нагрузка слева от подстанции питается током Iл, который протекает под действием напряжения Uа, нагрузка справа — ток Iп, который протекает под дей-
ствием напряжения Uс.
9
Векторная диаграмма фазных напряжений первичной обмотки UА, UВ, UС и диаграмма фазных напряжений шин 27,5 кВ, питающих тяговую на-
грузку Uа, Ub, Uс, представлены на рис. 2. Распределение токов нагрузок ме-
жду фазами «треугольника» определяется только сопротивлением этих фаз.
Из рис. 2 видно, что ток Iл, протекающий от «с» к «а» по двум параллельным ветвям, делится обратно пропорционально сопротивлениям этих ветвей (по
цепям «сва» |
1 |
|
Iл; и «са» |
2 |
Iл). Ток Iп , протекающий от «b» к «c» также де- |
||
|
|
|
|
||||
3 |
3 |
||||||
|
|
|
литься на два тока (по цепям «bac»
векторы токов, получим
13 Iп; «bc» 32 Iп). Складывая пофазно
I a |
2 |
I |
|
1 |
I |
п , I |
в = |
1 |
I |
|
1 |
I |
п ; I с |
1 |
I |
|
2 |
I |
п . |
(3.1) |
3 |
л |
|
|
л |
|
|
л |
|
||||||||||||
|
|
|
3 |
|
|
3 |
|
3 |
|
3 |
|
3 |
|
|
UB
UA UC
|
Ub |
л |
п |
1/3I |
1/3I |
|
а |
Uа |
Iл |
|
|
|
1 |
|
|
|
b |
|
/ |
|
||
2 |
|
|
3I |
||
|
|
|
|
л |
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
I |
|
||
|
|
|
п |
|
I |
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
IаIb |
|
|
|
|
|
|
|
Iп |
|
|
3 |
|
||
|
/ |
|
Iл |
|
1 |
|
|
||
|
|
|
3 |
|
|
|
/ |
|
|
Uа |
2 |
|
||
|
|
|
|
Uс
с
Iп Uс
Iл |
Iп |
Рис. 2 Распределение токов по фазам тяговой обмотки 27,5 кВ.
10