Лабораторные работы № 1 – 3

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 8
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

 

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

_______________________________________________

 

А.М. ПОЛЯКОВ, и.и. пАКИН

 

Режимы и испытания электрооборудования электростанций

 

Лабораторные работы № 1 – 3

Методическое пособие по дисциплине

«Эксплуатация электрооборудования электростанций и подстанций»

для студентов, обучающихся по профилю

«Электрические станции»

 

 

Москва 2020

 

УДК

621.311

Л

УДК 621.311: 519.876.5 (076.5)

 

Подготовлено кафедрой “Электрические станции”

ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»

 

Поляков А.М., Пакин И.И. РЕЖИМЫ И ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ. Лабораторные работы № 1 – 3: Методическое пособие по дисциплине «Эксплуатация электрооборудования электростанций и подстанций». – М.: МЭИ, 2020. – 16 с.

 

Для освоения разделов «Силовые трансформаторы» и «Асинхронные двигатели» дисциплины «Эксплуатация электрооборудования электростанций и подстанций», в сборник включены три работы.

Работы выполняются в среде математического моделирования SimInTech.

Лабораторная работа «Тепловые режимы работы трансформаторов» направлена на получение представления об эксплуатационных режимах работы силовых трансформаторов, определяющих сроки их службы, и приобретение практических навыков моделирования теплового переходного процесса в наиболее нагретой точке. Лабораторные работы, связанные с экспериментальным определением параметров схемы замещения асинхронных двигателей: «Определение параметров контура намагничивания асинхронного двигателя» и «Определение параметров рабочего контура асинхронного двигателя» направлены на ознакомление с натурными испытаниями, которые проводятся при эксплуатации оборудования на различных энергообъектах.

Работы предназначены для подготовки бакалавров, обучающихся по направлению подготовки «Электроэнергетика и электротехника», профилю «Электрические станции» и изучающих дисциплину «Эксплуатация электрооборудования электростанций и подстанций».

 

© Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2020

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Тепловой режим работы трансформаторов при изменении условий эксплуатации

1. Цель работы

Получение представления о тепловом режиме работы трансформатора, определяющем срок его службы, и практических навыков моделирования теплового переходного процесса в наиболее нагретой точке. Оценка влияния изменения нагрузки и температуры окружающей среды на тепловой режим трансформатора.

 

2. Методические указания

Предполагаемый нормальный срок службы трансформатора - это некоторая условная величина, принимаемая для непрерывной постоянной нагрузки при нормальной температуре охлаждающей среды и номинальных условиях эксплуатации.

Нагрузка и (или) температура охлаждающей среды, превышающие номинальную, вызывают ускоренный износ изоляции трансформатора.

Таким образом, с увеличением тока нагрузки и температуры возникает опасность преждевременного отказа трансформатора. Такая опасность может возникнуть внезапно или явиться следствием общего ухудшения состояния трансформатора в течение многих лет.

Длительная работа трансформатора (ГОСТ Р 52719-2007 устанавливает полный срок службы силовых трансформаторов не менее 30 лет) гарантируется при соблюдении нормированных условий: S = Sном (I = Iном); U = Uном; θохл = 20°С.

Как правило, условие U ≈ Uном обеспечивается схемой и режимом работы электрической сети. В соответствии с ПТЭ допускается продолжительная работа трансформаторов (при мощности не более номинальной) при напряжении на любом ответвлении обмотки на 10% выше номинального для данного ответвления. При этом напряжение на любой обмотке должно быть не выше наибольшего рабочего.

Наиболее интенсивный нагрев изоляции обмоток происходит при перегрузке трансформаторов. Для масляных трансформаторов допускается длительная перегрузка по току любой обмотки на 5% номинального тока ответвления, если напряжение на ответвлении не превышает номинальное. Кроме того, в зависимости от режима работы допускаются большие перегрузки.

Перегрузки делятся на длительные (систематические и аварийные) и кратковременные (аварийные).

Длительные перегрузки, обусловленные неравномерным суточным графиком нагрузки трансформатора, называются систематическими. Длительные перегрузки, обусловленные аварийным отключением какого-либо элемента системы электроснабжения, называются аварийными перегрузками.

Допустимость длительных систематических и аварийных перегрузок масляных трансформаторов при их эксплуатации регламентируется ГОСТ 14209, а в зарубежной практике используют стандарты IEEE/ANSI, IEC60076-7.

Допустимость систематических перегрузок лимитируется износом изоляции, требуется, чтобы средний относительный износ Lср < 1, при этом вводятся дополнительные ограничения (для трансформаторов мощностью до 100 МВА по ГОСТ 14209-85): температура наиболее нагретой точки (н.н.т.) θн.н.т.< 140 °С, температура верхних слоев масла θм < 95 °С, мощность (ток) S < 1,5 Sном (могут быть дополнительные ограничения, связанные с вводами трансформатора и устройством РПН).

Допустимость аварийных перегрузок лимитируется только предельно допустимыми температурами обмотки и масла: θн.н.т.< 140 °С при номинальном напряжении более 110 кВ и θн.н.т.< 160 °С при номинальном напряжении 110 кВ и менее, θм< 115 °С, мощность (ток) S < 2,0 Sном.

В таблице 1 приводиться допустимые значения перегрузок трансформатора в соответствии IEC 60076-7.

Таблица 1

Предельные значения температуры и тока для режимов нагрузки, превышающей номинальную

Нагрузки

Трансформаторы
Распреде-лительные Средней мощности Большой мощности
Систематические нагрузки Ток, отн. ед. Температура н.н.т. и металлических частей, соприкасающихся с изоляционным материалом, °С Температура масла в верхних слоях, °С   1,5     140 105   1,5     140 105   1,3     120 105
Продолжительные аварийные перегрузки Ток, отн. ед. Температура н.н.т. и металлических частей, соприкасающихся с изоляционным материалом, °С Температура масла в верхних слоях, °С   1,8     150 115   1,5     140 115   1,3     130 115

 

В IEC60076-7 расчет производится с помощью дифференциальных уравнений (см. рис. 1), описание используемых величин приведены в таблице 2. Рекомендованные значения параметров модели приведены в таблице 3.

Рис. 1. Блок-схема системы дифференциальных уравнений

 

При этом установившаяся температура н.н.т. определяется по формуле:

 

 

Таблица 2

Символы и аббревиатуры

Символ Значение
k11, k21, k22, y , х Параметры расчетной модели, определяемые конструкцией трансформатора
K Коэффициент нагрузки трансформатора
s Оператор Лапласа
R Отношение потерь короткого замыкания к потерям холостого хода
Δ θ a Отклонение температуры окружающей среды, ° C
θa Температура воздуха, ° C
θ0 Температура верхнего слоя масла, ° C
τW,τ0 Тепловые постоянные времени обмотки и верхних слоев масла, мин
Δ θ h Превышение температуры н.н.т., ° C
Δ θ hr Расчетное превышение температуры н.н.т. над температурой верхних слоев масла в номинальном режиме, ° C
Δ θ 0 Превышение температуры верхних слоев масла, ° C
Δ θ or Превышение температуры верхних слоев масла над температурой воздуха, ° C

Таблица 3

Рекомендуемые тепловые характеристики

  Распределительные трансформаторы

Средние и крупногабаритные силовые трансформаторы
  (ONAN ONAN ONAF OF OD
Показатель x 0.8 0.8 0.8 1.0 1.0
Показатель обмотки y 1.6 1.3 1.3 1.3 2.0
Постоянная k11 1.0 0.5 0.5 1.0 1.0
Постоянная k21 1.0 3.0 3.0 1.45 1.0
Постоянная k22 2.0 2.0 2.0 1.0 1.0
Постоянная времени τ0 180 210 150 90 90
Постоянная времени τw 4 10 7 7 7
Превышение температуры н.н.т. Hqr 23 23 26 22 29
Превышение температуры масла Δ θir 55 55 52 56 49

 

Удельный износ изоляции определяется из выражения:

 

3. Задание к работе

3.1. Домашняя подготовка

Изучить данное методическое указание.

3.2. Работа в лаборатории

В процессе работы необходимо выполнить следующие операции:

1) Войти в указанную папку и выбрать файл лабораторной работы. При открытии prt – файла лабораторной работы появляется окно редактирования графической модели (см. рис. 2).

2) Для ввода переменных в свойствах модели «Трансформатор», необходимо щелкнуть 2 раза левой кнопкой мыши на значок пиктограммы блока, появится окно ввода данных (см. рис. 3).

3) Задать коэффициенты нагрузки и температуру окружающей среды равными номинальным значениям и сравнить результат с номинальным значением температуры н.н.т.

Для этого на палитре инструментов главного окна графической модели, во вкладке «Источники», необходимо выбрать элемент «Константа». И задав номинальные параметры, подать управляющие сигналы на соответствующие входные порты модели трансформатора.

Полученные на данном и следующих этапах расчета расчетные осциллограммы необходимо сохранять.

 

Рис. 2. Модель лабораторного стенда

4) Задать параметры нагрузки ступенчатым графиком, температуру окружающей среды из п.3.

Чтобы задать ступенчатый коэффициент нагрузки нужно во вкладке «Источники» выбрать элемент «Кусочно постоянная» и задать массив значений выходного сигнала таким образом, чтобы на некоторых временных интервалах (продолжительностью 4 – 6 с) коэффициент нагрузки превышал номинальное значение. Рекомендуется задавать не менее 5 интервалов с началом и окончанием расчета при коэффициенте нагрузки меньше номинального.

5) Задать параметры нагрузки постоянным значением (из п.3), температуру окружающей среды переменную (взять с сайта http://meteoinfo.ru изменяющеюся в течение суток число дня согласно номеру в списке журнала).

Для моделирования изменяющейся температуры рекомендуется использовать элемент «Кусочно линейная» вкладки «Источники». Массив временных отметок следует задавать от 0 до 24 включительно с шагом 2 с.

6) Задать параметры нагрузки ступенчатым графиком (из. п.4), температуру окружающей среды взять с сайта http://meteoinfo.ru изменяющеюся в течение суток (число дня согласно номеру в списке журнала) (как в п.5).

Рис. 3. Окно ввода переменных в математическую модель

 

4. Требования к отчету

Отчет должен содержать: постановку задачи, расчетные условия, расчетную схему в SimInTech с указанием значений вводимых параметров, осциллограммы, вывод о работе.

 

5. Контрольные вопросы

1) Для чего требуется охлаждение трансформаторов?

2) Каковы нормы нагрева обмоток и масла?

3) Почему при тепловом расчете трансформатора определяются превышения температуры обмоток и масла, а не абсолютные значения?

4) Отчего возникает циркуляция масла в баке и охлаждающих устройствах?

5) Почему более крупные трансформаторы требуют значительно более сложных и эффективных охлаждающих устройств?

6) Что такое потери в трансформаторе, от чего они зависят?

7) Как влияет температура на срок службы изоляции?