Энергосистема с трёхфазным трёхобмоточным трансформатором

В данном уроке приведено описание простых шагов по созданию энергосистемы с трёхфазным трёхобмоточным трансформатором.

В данном уроке рассматривается задача, в которой осуществляется моделирование энергосистемы с номинальными напряжениями 220, 35 и 10 [кВ]. Данный энергорайон представлен нагрузками на напряжениях 35 [кВ] и 10 [кВ], питание нагрузок осуществляется от энергосистемы 220 [кВ] через понижающий трёхфазный трёхобмоточный трансформатор. В результате расчета требуется определить величину напряжения в начале и конце каждой ЛЭП.

1.  Создание и настройка проекта

Для начала требуется создать новый проект и присвоить ему название, например, Энергосистема с трёхфазным трёхобмоточным трансформатором.

На следующем шаге нужно произвести следующие настройки, рис. 1:

Настройка	Значение
1.Синхронизация с реальным временем	Отключить
2. Время моделирования	0.2 [с]
3. Шаг интегрирования	0.05 [мс]
4. Шаг дискретизации	0.05 [мс]

Рис. 1 Настройка проекта

Примечание

Отключаем параметр , чтобы была возможность устанавливать время моделирования < 1[с]

Важно

В REPEAT VISION десятичные числа задаются через точку.

Приступим к выполнению основных шагов по созданию цепи, открыв библиотеку Электроника.

2.  Создание трёхфазного источника напряжения

Добавим блок №1 нашей цепи, для этого перенесем на рабочую область блок Трёхфазный источник напряжения.

Примечание

Этот блок представляет собой эквивалент энергосистемы, питающей данный энергорайон.

В свойствах блока №1 укажем, (см. рис. 2 ниже):

Свойство	Значение
1. Номинальное линейное напряжение источника	230000 [В]
2. Внутреннее сопротивление фазы источника	1 [Ом]
3. Внутренняя индуктивность фазы источника	0.001 [Гн]

Рис. 2 Свойства блока №1

3.  Создание трёхфазного трёхобмоточного трансформатора

Добавим на рабочую область блок №2 Трёхфазный трёхобмоточный трансформатор, который необходим для трансформации напряжения питающей сети из 220 [кВ] в 35 [кВ] и 10 [кВ].

В свойствах блока №2 задаем следующие свойства (см. рис. 3 ниже):

Свойство	Значение
1. Вид задания параметров модели	Каталожные данные
2. Конфигурация соединения третичных обмоток	D11
3. Номинальная мощность трансформатора	40e6 [ВА]
4. Номинальное напряжение вторичной обмотки	38500 [В]
5. Номинальное напряжение третичной обмотки	11000 [В]
6. Номинальные потери короткого замыкания при закороченных обмотках ВН и НН	1e-3 [Вт]
7. Номинальные потери короткого замыкания при закороченных обмотках ВН и СН	220000 [Вт]
8. Номинальные потери короткого замыкания при закороченных обмотках СН и НН	1e-3 [Вт]
9. Номинальное напряжение короткого замыкания при закороченных обмотках ВН и НН	22 [%]
10. Номинальное напряжение короткого замыкания при закороченных обмотках ВН и СН	11 [%]
11. Номинальное напряжение короткого замыкания при закороченных обмотках СН и НН	9.5 [%]
12. Номинальное потери холостого хода	54000 [Вт]
13. Номинальный ток холостого хода	0.55 [%]

Рис. 3 Свойства блока №2

Примечание

Остальные свойства блока оставляем без изменения.

Важно

Приведенные свойства заданы на основе каталожных параметров трансформатора ТДТН-40000/220/38.5/11 [1].

Примечание

Как правило, в справочных данных для трёхфазных трёхобмоточных трансформаторов приводятся потери короткого замыкания только для одной пары обмоток (в данном случае, для обмоток ВН и СН). В таком случае допустимо для других пар обмоток указать потери 1e-3 [Вт].

4.  Создание ЛЭП 220 [кВ]

Для моделирования ЛЭП 220 [кВ], которая предназначена для передачи электрической энергии и мощности к трансформатору, переносим блок №3 Трёхфазное последовательное сопротивление на рабочую область, зададим ему следующие свойства, а затем размещаем и соединяем блоки в соответствии с рис. 4 ниже:

Свойство	Значение
1. Используемые элементы	RL
2. Активное сопротивление фазы	18.15 [Ом]
3. Индуктивность фазы	0.208 [Гн]

Рис. 4 Свойства блока №3 и его подключение в схему

Примечание

Приведенные параметры рассчитаны на основе расчётных параметров провода АС 240/32 [1] при длине ЛЭП 150 [км].

5.  Создание ЛЭП 35 [кВ]

Для моделирования ЛЭП 35 [кВ], которая предназначена для питания нагрузки на данном напряжении, переносим блок блок №4 Трёхфазное последовательное сопротивление на рабочую область, зададим ему следующие свойства, а затем размещаем и соединяем блоки в соответствии с рис. 5 ниже:

Свойство	Значение
1. Используемые элементы	RL
2. Активное сопротивление фазы	10.7 [Ом]
3. Индуктивность фазы	0.0344 [Гн]

Рис. 5 Свойства блока №4 и его подключение в схему

Примечание

Приведенные параметры рассчитаны на основе расчётных параметров провода АС 70/11 [1] при длине ЛЭП 25 [км].

6.  Создание ЛЭП 10 [кВ]

Для моделирования ЛЭП 10 [кВ], которая предназначена для питания нагрузки на данном напряжении, переносим блок блок №5 Трёхфазное последовательное сопротивление на рабочую область, зададим ему следующие свойства, а затем размещаем и соединяем блоки в соответствии с рис. 6 ниже:

Свойство	Значение
1. Используемые элементы	RL
2. Активное сопротивление фазы	2.94 [Ом]
3. Индуктивность фазы	9.135e-3 [Гн]

Рис. 6 Свойства блока №5 и его подключение в схему

Примечание

Приведенные параметры рассчитаны на основе расчётных параметров провода А 70 [2] при длине ЛЭП 7 [км].

7.  Создание нагрузки на напряжении 35 [кВ]

Для задания нагрузки со схемой соединения «звезда» на напряжении 35 [кВ] добавим блок блок №6 Трёхфазная последовательная нагрузка, соединённая звездой. Переносим одноимённый блок №6 на рабочую поверхность и указываем необходимые свойства, а затем размещаем и соединяем блок в соответствии с рис. 7 ниже.

Свойство	Значение
1. Используемые элементы	RL
2. Номинальное линейное напряжение	35e3 [В]
3. Трехфазная активная мощность	12e6 [Вт]
4. Индуктивная мощность	9e6 [ВАр]

Рис. 7 Свойства блока №6 и его подключение в схему

8.  Создание нагрузки на напряжении 10 [кВ]

Для задания нагрузки со схемой соединения «треугольник» на напряжении 10 [кВ] добавим блок блок №7 Трёхфазная последовательная нагрузка, соединённая треугольником. Переносим одноимённый блок №7 на рабочую поверхность и указываем необходимые свойства, а затем размещаем и соединяем блок в соответствии с рис. 8 ниже.

Свойство	Значение
1. Используемые элементы	RL
2. Трехфазная активная мощность	4e6 [Вт]
3. Индуктивная мощность	3e6 [ВАр]

Рис. 8 Свойства блока №7 и его подключение в схему

9.  Добавление узла

Для возможности подключения нулевого потенциала источника напряжения добавим блок №8 Узел, для этого необходимо перенести одноимённый блок №8 на рабочую поверхность и указать следующее свойство, а затем расположить и соединить блок в соответствии с рис. 9 ниже.

Свойство	Значение
Количество выходных портов	2

Рис. 9 Свойства блока №8 и его подключение в схему

10.  Добавление нулевого потенциала

Переносим одноимённый блок №9 Нулевой потенциал на рабочую область для заземления нулевых выводов источника напряжения и нагрузки на напряжении 35 [кВ].

Нам понадобится два таких блока, для этого воспользуемся одним из способов.

Классический перенос блока из библиотеки слева

Для этого необходимо перетащить блок №10 на рабочую область.

Копирование блока, расположенного на рабочей области

Для этого необходимо:

1. Выделить блок №9 ЛКМ;

2. Нажать сочетания кнопок CTRL+C и CTRL+V.

Подключаем их к выходам блока №8 и блока №6. Размещаем и соединяем блоки в соответствии с рис. 10 ниже:

Рис. 10 Присоединение блока №9 и блока №10

11.  Добавление датчиков

Для отображения сигналов напряжения фаз источника напряжения, трансформатора и нагрузок добавим на рабочую область блок №11 Датчик. В свойствах блока №11 укажем (см. рис. 11 ниже):

Свойство	Значение
1. Блок	Трёхфазный источник напряжения
2. Параметр	Напряжение фазы А, В
3. Коэффициент усиления	1e-3

Рис. 11 Свойства блока №11

Примечание

Задание коэффициент усиления 1e-3 позволит получить на графиках напряжение в [кВ], что упростит восприятие результатов и ускорит их анализ.

Аналогично добавим и укажем свойства ещё для 5 блоков Датчик (см. рис. 12 ниже):

блок №12

1. Блок - Трёхфазный трёхобмоточный трансформатор;

2. Параметр - Напряжение первичной обмотки фазы А, В;

3. Коэффициент усиления - 1e-3.

блок №13

1. Блок - Трёхфазный трёхобмоточный трансформатор;

2. Параметр - Напряжение вторичной обмотки фазы А, В;

3. Коэффициент усиления - 1e-3.

блок №14

1. Блок - Трёхфазный трёхобмоточный трансформатор;

2. Параметр - Напряжение между третичными обмотками фаз А и В, В;

3. Коэффициент усиления - 1e-3.

блок №15

1. Блок - Трёхфазная последовательная нагрузка, соединенная звездой;

2. Параметр - Напряжение фазы А, В;

3. Коэффициент усиления - 1e-3.

блок №16

1. Блок - Трёхфазная последовательная нагрузка, соединенная треугольником;

2. Параметр - Напряжение между фазами А и В, В;

3. Коэффициент усиления - 1e-3.

Рис. 12 Свойства блоков №12-16

Размещаем блоки в соответствии с рис. 13:

Рис. 13 Подключение датчиков

12.  Добавляем графики для визуализации

1. Переходим во вкладку Визуализация (см. рис. 14 ниже);

2. Добавляем три графика, трижды нажав на кнопку Добавить, расположенную в правом нижнем углу.

Рис. 14 Визуализация

Затем необходимо выполнить по три шага для добавления каждого графика (см. рис. 15 ниже):

1. Добавляем один график для вывода сигнала блоков №11 и №12;

2. Добавим второй график для вывода сигнала блоков №13 и №15;

3. Добавим третий график для вывода сигнала блоков №14 и №16.

Рис. 15 Добавление графиков

Запустите расчёт кнопкой «Запустить моделирование»

Расчёт должен успешно завершиться следующим сообщением:

Расчет остановлен со стороны решателя. Достигнут лимит модельного времени.

На созданных ранее графиках теперь должны отобразиться результаты расчётов, которые приведены на рис. 16, рис. 17, рис. 18.

Рис. 16 График 1

Рис. 17 График 2

Рис. 18 График 3

13.  Анализ результатов расчёта

Результаты моделирования соответствуют теоретическим зависимостям – при передаче электрической энергии от источника питания к потребителям имеют место потери напряжения в ЛЭП и трансформаторах. Это видно из различий в амплитудах синусоид для напряжений по концам ЛЭП – в конце линии напряжение меньше, чем в начале. Так, для ЛЭП 220 [кВ] потери напряжения в фазе A равны приблизительно 2.8 [кВ], для ЛЭП 35 [кВ] – 3.3 [кВ]. Потери линейного напряжения AB в ЛЭП 10 [кВ] составляют примерно 1.7 [кВ].

14.  Выводы

В результате выполнения данного урока вы получили базовые знания для создания энергосистемы с трёхфазным трёхобмоточным трансформатором.

Вы научились:

• задавать параметры блоков Трёхфазный источник напряжения; Трёхфазный трёхобмоточный трансформатор; Трёхфазное последовательное сопротивление;Трёхфазная последовательная нагрузка, соединенная звездой;{bdg-info-line}``Трёхфазная последовательная нагрузка, соединенная треугольником`.

• использовать блок Датчик для отображения сигналов блоков.

15.  Источники

---

[1] (1,2,3)

Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.: ил.

[2]

Справочник по проектированию электрических сетей / Под редакцией Д. Л. Файбисовича. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС 2006 −320 с. ил.