Методические указания к работе в лаборатории

К п. 1.

Для выполнения лабораторной работы предоставляется Simulink модель исследуемой сети с возможностью задания требуемых режимов сети.

В каждый элемент модели вводятся рассчитанные в предварительной подготовке значения параметров.

Ввод расчетных данных модели

Для задания или изменения параметров блоков модели необходимо дважды щелкнуть левой клавишей мыши, указав курсором на изображение блока. Откроется окно параметров данного блока. При вводе числового значения параметра следует иметь в виду, что в качестве десятичного разделителя должна использоваться точка, а не запятая.

После внесения изменений нужно воспользоваться кнопкой Apply для сохранения изменений. На рис. 3.3 в качестве примера показано окно параметров блока, моделирующего воздушную линию.

Рис. 3.3. Задание параметров блока Three–Phase Series RLC Branch

К п. 2.

Для проверки правильности расчета параметров элементов сети, токов и правильности построения векторных диаграмм необходимо провести симуляцию нормального режима и режимов коротких замыканий в двух, указанных на схеме рис. 3.1., точках.

Для задания требуемого вида КЗ необходимо в блоке 3–Phase Fault К 1 (К2) установить флажок напротив замыкающихся накоротко фаз. При установленном флажке напротив пункта Ground Fault производится замыкание указанных выше фаз на землю.

Нормальный режим

Рис. 3.4. Нормальный режим работы модели

Нормальный (нагрузочный) режим работы задается показанным на рис. 3.4 положением ключей схемы. Симуляция работы модели происходит в течение времени 0,1 с.

Измеряется амплитудное значение тока нагрузки на стороне ВН и НН трансформатора. Снимается осциллограмма и строятся векторные диаграммы нагрузочного режима.

Короткое замыкание за воздушной линией К1

Рис. 3.5. Короткое замыкание за воздушной линией

Режим КЗ за воздушной линией задается показанным на рис. 3.5 положением ключей схемы.

Измерения при трехфазном КЗ

Симуляция работы модели происходит в течение времени 0,4 с. Осциллограмма короткого замыкания отражает сочетание нормального режима работы на нагрузку с переходом в КЗ в момент времени 0,2 с (задаётся на элементе Step).

Измеряется амплитудное значение периодической составляющей тока КЗ в линии, ударный ток, постоянная времени затухания переходного процесса. Снимаются осциллограммы и векторные диаграммы фазных токов в линии.

Измерения при двухфазном (ВС) КЗ

Симуляция работы модели происходит в течение времени 0,4 с. КЗ происходит в момент времени 0,2 с.

Измеряется амплитудное значение периодической составляющей тока КЗ в фазах В и С линии. Снимаются осциллограмма и векторная диаграмма фазных токов в линии.

Измерения при однофазном (А) КЗ на землю.

Для моделирования однофазного КЗ на землю в схеме сети необходимо изменить элемент, моделирующий линию: вместо Трехфазной последовательной RLC–цепи (Three–Phase Series RLC Branch) применяется Трехфазная взаимная индуктивность (3–Phase Mutual Inductance Z1–Z0), поскольку в последнем случае возможно задание параметров нулевой последовательности линии. Описание блока 3–Phase Mutual Inductance Z1–Z0 приведено в разделе 6: «Методические указания к выполнению лабораторных работ №3 и №4».

А) Схема имеет чисто реактивный характер, трансформатор на холостом ходу

Симуляция работы модели происходит в течение времени 0,4 с. КЗ происходит в момент времени 0,2 с.

Измеряется амплитудное значение периодической составляющей полного тока в ответвлении КЗ (фаза А). Снимается осциллограмма токов в ответвлении КЗ.

Измеряется амплитудное значение периодической составляющей тока КЗ в фазах линии. Снимаются осциллограмма и векторная диаграмма токов в линии.

Б) Схема имеет чисто реактивный характер, трансформатор работает на нагрузку (учёт влияния нагрузки)

Трансформатор работает на мощность нагрузки P (табл.3.6), пересчитанную с учетом заданного значения P/P_ном.

Симуляция работы модели происходит в течение времени 0,4 с. КЗ происходит в момент времени 0,2 с.

Снимаются осциллограммы токов в линии в нормальном режиме работы на нагрузку с переходом в режим КЗ (К 1) в моменты времени 0,2 и 0,225 с. Объяснить отличия. Измеряется амплитудное значение периодической составляющей тока КЗ в фазах линии. Снимается векторная диаграмма токов в линии.

Полученные результаты сравнить с результатами предыдущего опыта и проанализировать влияние заданной нагрузки на комплексные значения полных фазных токов линии.

Повторить измерения пункта 2 Б) в предположении, что моделируемый трансформатор работает на номинальную нагрузку (мощность нагрузки P_ном).

Короткое замыкание на стороне НН трансформатора К2

Рис. 3.6. Короткое замыкание на стороне НН трансформатора

Режим короткого замыкания на стороне НН трансформатора задается показанным на рис. 3.6 положением ключей схемы.

Измерения при трехфазном КЗ

Симуляция работы модели происходит в течение времени 0,5 с, КЗ происходит в момент времени 0,2 с.

Измеряется амплитудное значение периодической составляющей тока КЗ на стороне НН трансформатора, ударный ток, постоянная времени затухания переходного процесса. Снимаются осциллограмма и векторная диаграмма фазных токов на стороне НН трансформатора.

Измерения при двухфазном КЗ (ВС)

Симуляция работы модели происходит в течение времени 0,5 с. КЗ происходит в момент времени 0,2 с.

А) трансформатор на холостом ходу

Измеряются амплитудные значения периодической составляющей фазных токов в линии и на стороне НН трансформатора. Снимаются соответствующие осциллограммы и векторные диаграммы.

Б) трансформатор работает на нагрузку

Трансформатор работает на мощность нагрузки P (табл.3.6), пересчитанную с учетом заданного значения P/P_ном.

Измеряются амплитудные значения периодической составляющей фазных токов в линии и на стороне НН трансформатора. Снимаются соответствующие осциллограммы.

Векторные диаграммы токов снимаются с двух сторон трансформатора, полученные результаты сравниваются с результатами предыдущего опыта и производится анализ влияния заданной нагрузки на комплексные значения полных фазных токов разных сторон трансформатора

Измерения повторяются при работе моделируемого трансформатора на номинальную нагрузку (мощность нагрузки P_ном).

Результаты, полученные при моделировании, сводятся в табл. 3.8.

Таблица 3.8. Результаты моделирования

Режим	Расчет	Осциллограмма

Результаты симуляции режимов сверяются с расчетом и рассчитываются погрешности электрических величин. Допустимой принять погрешность до 10%.

К п. 3.

Бросок намагничивающего тока моделируется в режиме опробования: напряжение подаётся на трансформатор когда выключатель на стороне НН отключен.

Рис. 3.7. Изменение модели электроэнергетической системы

Модель электроэнергетической системы для опробования трансформатора и тестирования защиты в режиме БНТ получается на основе рассмотренной модели внесением трёх изменений:

– на управляющий вход выключателя стороны ВН трансформатора подается сочетание сигналов, в соответствии с рис. 3.7;

– на управляющий вход выключателя стороны НН подается нулевой сигнал (выключатель отключен);

– в блоке трёхфазного трансформатора вводится учёт насыщающегося сердечника.

Симуляция работы модели происходит в течение времени 0,5 с, включение выключателя стороны ВН происходит в момент 0,06 с (также проверяется функционирование и для других моментов включения – 0,0633 с, 0,065 с и 0,0666 с).

Учёт насыщения сердечника трансформатора осуществляется заданием в среде Matlab характеристики намагничивания (рис. 3.8). Нелинейная характеристика в модели задается в виде кусочно–линейной зависимости между магнитным потоком сердечника и током намагничивания (рис. 3.8 а). В модели имеется возможность задания остаточного магнитного потока в сердечнике. В этом случае вторая точка нелинейной характеристики должна соответствовать нулевому току (рис. 3.8 б).

Рис. 3.8 Характеристика намагничивания сердечника трансформатора а) без учёта б) с учётом остаточного магнитного потока Ф0

Для моделирования БНТ в блоке трансформатора в строке Saturation characteristic [i1(pu) phi1(pu); i2 phi2; …] заданы параметры четырёх точек характеристики намагничивания:

Снимаются осциллограммы для различных моментов включения выключателя (0,06 с, 0,0633 с, 0,065 с и 0,0666 с), соответствующих разным фазам питающего напряжения. Необходимо проанализировать зависимость формы броска тока намагничивания в фазах от момента включения трансформатора под напряжение.

Анализ гармонического состава БНТ можно осуществить при соответствующей настройке осциллографа Scope, на вход которого подан необходимый ток. Для этого в окне настройки параметров осциллографа формат выводимых данных должен быть задан как Structure With Time. Далее необходимо произвести запуск модели, нажав кнопку “Run”, открыть диалоговое окно блока Powergui и выбрать вкладку FFT Analysis. Во вкладке FFT Analysis, после задания опорной частоты (Fundamental frequency), равной 50 Гц и количества анализируемых циклов/периодов (Number of cycles), необходимо нажать «Disply» для построения гармонического состава выбранного участка тока.

В качестве исполнительного служит предварительный отчёт, дополненный результатами экспериментов.

4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
Исследование ДЗТ на базе комплексной модели электрической сети и защиты