Politechnika Śląska Specjalność: EE

w Gliwicach Semestr: VI

Wydział Elektryczny

LABORATORIUM

Z

ELEKTROENERGETYKI

Temat ćwiczenia :

REGULACJA NAPIĘCIA W WĘZŁACH ODBIORCZYCH ZA POMOCĄ CYFROWEGO REGULATORA NAPIĘCIA RNT-4.

Sekcja 1:

Barbara Wojtysiak

Mariusz Juraszus

Mariusz Kosiorz

Michał Łypaczewski

Gliwice, marzec 1999 r.

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z pracą cyfrowego regulatora napięcia RNT-4.

Program ćwiczenia

Program ćwiczenia obejmował:

• wykonanie obliczeń nastaw regulatora

• wprowadzenie nastaw do regulatora,

• badanie procesu regulacji,

1. przy wprowadzeniu zmiany napięcia strony pierwotnej transformatora,

2. zachowanie się regulatora dla czterech różnych wartości napięć systemu zasilającego przy stałej długości linii rozdzielczej równej 15 km oraz niezmiennego obciążenia

3. badanie czasu opóźnienia.

Przebieg ćwiczenia

Wykonanie obliczeń oraz wyznaczenie nastaw regulatora.

1. Kompensacja XR

I_L - prąd obciążenia transformatora ( I_L = I_NTR)

- przekładnia przekładnika prądowego ( = 500)

- przekładnia przekładnika napięciowego ( = 1000)

I_N - prąd znamionowy regulatora (I_N = 1 A), jest to prąd wtórny przekładników prądowych

U_N - napięcie znamionowe regulatora (U_N = 110 kV) jest to napięcie po stronie wtórnej przekładników napięciowych,

U₁ - napięcie istniejące na szynach zasilanych przez transformator przeliczony przez wartość przekładni przekładnika napięciowego,

U₂ - napięcie wymagane u odbiorcy przeliczone przez przekładnię przekładnika napięciowego.

gdzie:

K - współczynnik prądowy,

I_NTR - prąd znamionowy transformatora (I_NTR = 0,5 A),

I_N - prąd znamionowy przekładnika prądowego po stronie pierwotnej (I_N= 0,5 A)

• Spadek napięcia na rezystancji przeliczony na stronę wtórną przekładników,
  dla prądu I_L = I_NTR

Długość linii l = 15 km

Rezystancja linii R_L = 1,5 

U_R = 1 V Przyjęto tyle, dlatego iż skok regulacji jest co jeden wolt. Dla badanego modelu linii niedokładne nastawienie napięcia składowej rzeczywistej pociąga za sobą wzrost napięcia regulowanego w węźle odbiorczym w stosunku do wartości „oczekiwanej”. Dla naszych konkretnych danych niedokładność to wynosi ok.0,06%

• Spadek napięcia na reaktancji przeliczony na stronę wtórną przekładników
  

Długość linii l = 15 km

Reaktancja linii X_L = 6 

2. Tryb i wartości czasów t₁, t₂, t

• Czas t1 ustawiliśmy jako LINEAR, gdyż w odniesieniu do układu rzeczywistego zarówno system 220kV jak i system 110kV są systemami bardzo stabilnymi stąd też nie występują w nich tak duże i gwałtowne zmiany napięcia, które wymagałyby użycia funkcji czasu t1 jako INVERS. Co długości czasu t1ustawiliśmy go na poziomie 90 s aby się odstroić od chwilowych wahań napięcia, a tym samym ograniczyć niepotrzebną pracę przełącznika zaczepów z jednej strony oraz „wyprzedzić” regulatory na SN w przypadku wystąpienia odchyłki napięcia na poziomie 220kV bądź 110kV

• Czas t2 używany głównie jako stałe niezależne od odchyłki napięcia opóźnienie w przypadku gdy t1 ustawiono jako INVERS w naszym przypadku został użyty jako uzupełnienie do 100 s

• Czas t3 ustawiany w zakresie od 0 do 20 s jest jedynie opóźnieniem sygnalizacji przekroczenia poziomu blokady podnapięciowej i tym samym zablokowania regulatora. Myśmy przyjęli opóźnienie 10 s

3. Blokady nadprądowa, nadnapięciowa, podnapięciowa

• Blokadę nadprądową ustaliliśmy na poziomie 130%, gdyż w odniesieniu do układu rzeczywistego jest to nieznacznie wyżej niż nastawienie zabezpieczenia przeciążeniowego transformatora, które nie powoduje wyłączenia transformatora dopuszczając jego pracę przy przeciążeniu. i daje możliwość zmniejszenie tego prądu poprzez podniesienie napięcia o ile jest konieczne. Nastawienie blokady nadprądowej powyżej 130% może się wiązać z uszkodzeniem przełącznika zaczepów na wskutek przepływu zbyt dużego prądu w momencie zmiany zaczepu.

• Blokady podnapięciową i nadnapięciową ustaliliśmy odpowiednio -20% i +20%. Przejęcie takiego poziomu blokad napięciowych w przypadku podnapięcia wiąże się z niedopuszczeniem do dalszej regulacji i powiadomieniem obsługi w przypadku przekroczenia 0,8Un ze względu na możliwość wystąpienia u odbiorcy zadziałania zabezpieczeń podnapięciowych, utyku silników, przekroczenie reżimu technologicznego. Natomiast przekroczenie napięcia powyżej 1,2Un wiąże się ze zbędnym wzrostem strat przesyłowych dla których napięcie liczone jest w drugiej potędze, z ryzykiem przebicia izolacji urządzeń pierwotnych

A co najważniejsze w obu przypadkach zostają niedotrzymane warunki umowy o dostarczenie energii elektrycznej ze względu na niedotrzymanie jej podstawowych parametrów

4. Strefa nieczułości

Strefę nieczułości ustawiliśmy na poziomie 0.9% kierując się jedynie półtoraprocentowym stopniem regulacji, nie uwzględniając jedenastostopniowego przełącznika zaczepów, co spowodowało w efekcie pracę regulatora na granicy strefy nieczułości dla zadanych poziomów napięcia Us

Schematyczny układ elektroenergetyczny.

Układ pomiarowy do badania procesu regulacji.

Pomiary przy zmianie napięcia po stronie pierwotnej transformatora.

Zaczep	U1	U2	U0	I	P.	S	Q	cos 
	[ kV ]	[ kV ]	[ kV ]	[ A ]	[ MW ]	[ MVA ]	[ Mvar]	-
0	200	102,75	99,9	370	59,9	65	25,00	0,923
+6	200	112,21	109,0	410	72,89	79,4	30,92	0,922
0	240	122,40	119,1	440	85,44	92,7	36,50	0,920
-5	240	114,3	111,5	420	77,20	83,6	30,50	0,922

Pomiary przy zmianie obciążenia linii.

Zaczep	U	U2	U0	I	P	S	Q	cos 	Obciążenie
	[ kV ]	[ kV ]	[ kV ]	[ A ]	[ MW ]	[ MVA ]	[ Mvar]	-	-
0	210	108,26	102,0	400	60,6	74,97	40,6	0,812	R1,R2,R3 L1, L2
+5	210	115,40	109,0	420	68,7	84,20	49,5	0,810
0	210	108,60	112,2	370	14,7	72,90	-69,7	0,215		C1,C2,C3,C4
-3	210	103,70	107,8	400	14,2	68,50	-68,2	0,201
0	210	108,20	104,0	200	4,75	38,40	38,1	0,123		L1,L2
-3	210	113,60	109,5	210	5,20	42,50	42,5	0,121
0	210	106,90	105,2	350	57,8	30,90	-30,9	0,879		R1,R2,R3C1,C2
0	210	106,90	105,2	350	57,8	30,90	-30,9	0,879

WNIOSKI

Jakość regulacji napięcia przy zadanej długości linii 15 km, stałym obciążeniu R1, R2, R3, L1, L2, C3 dla różnych wartości napięcia systemu zasilającego Us1=200 kV i Us1=240 kV przy tak dobranych wartościach nastaw regulatora należy ocenić jako nie w pełni zadowalająca, gdyż transformator dla obu wartości napięcia systemu Us1 pracuje na swoich skrajnych zaczepach, odpowiednio +6 dla Us1=200 kV i -5 dla Us1=240 kV. Przy czym w obu przypadkach napięcie regulowane utrzymywało się na granicy strefy nieczułości, której przekroczenie i utrzymywanie się przez czas większy od T₁+T₂ wiązałoby się z „chęcią” zmiany przez regulator zaczepu na niższy bądź wyższy. Przeciwdziałać temu można zwiększając przedział strefy nieczułości do np. ±2%. Nie zmienia to jednak faktu , iż przy jedenastostopniowym zakresie regulacji po 1,5% na stopień regulacja może się odbywać w przedziale od 100,1 kV do 118,25 kV dla U_N = 110 kV zaczep „0”

Wobec powyższego stwierdzamy iż poziomy napięć Us1=200kV i Us2=240kV leżą poza możliwościami regulacyjnymi przełącznika zaczepów

KARTA NASTAWIEŃ REGULATORA NAPIĘCIA RNT-4

PARAMETRY PODSTAWOWE		PARAMETRY FUNKCJONALNE		PARAMETRY OTOCZENIA		PARAMETRY REGULACJI
Połączenie	C	Czas 1	Lin	Napięcie nom.	110 V	Poziom U	100
Kompensacja	XR	Czas 2	Zał	Prąd nom.	1 A	Zakres	0,9
Tryb	Pojedynczy	Podnapięciowa blok.	Zał	Przekł. prądowa	500	Czas 1	90
Język	Polski	Nadnapięciowa blok.	Zał	K-faktor	1	Czas 2	10
Com.	Host	Nadprądowa blok.	Zał	Przekł. napięciowa	1000	Podnapięcie	80
Jednostka U	kV	Up-faktor	Wył	Zaczep max.	6	Czas 3	10
Jednostka I	A	Poz. sygnal. przeł. zacz.	Wył	Zaczep min.	-5	Nadnapięcie	120
		Poz. max. przeł. zacz.	Zał	Zaczep kontrolny	-	Nadprąd	150
		Poz. synchr. przeł. zacz.	Wył	Zaczep aktualny	-	Czas motoru	15
		Motor. kontr.	Zał	Sygnal. max.	6	KXR Ur	1
		Sygnal. błędów	Zał	Sygnal. min.	-5	KXR Ux	3
		Cykl. wskaz. param.	Zał			K-Z U	-
		Poziom % U1	Zał			Up-faktor 1	-
		Poziom % U2	Zał			Up-faktor 2	-
		Poziom % U3	Wył			Poziom % U1	0
						% U1 od	6.00
						% U1 do	00.00
						Poziom % U2	-1
						% U2 od	00.00
						% U2 do	6.00
						Poziom % U3	0
						% U3 od	-
						% U3 do	-

Wprowadzona przez nas nastawa KXR U_R równa 2V różniła się od wartości obliczonej (1,5 V ), czego przyczyną było brak możliwości wprowadzania do regulatora liczby ułamkowych. Związane jest to z tym, iż regulator pracuje zazwyczaj przy większych długościach linii, gdzie nie występuje problem liczb ułamkowych. Różnica ta powoduje przesunięcie przedziału nieczułości regulatora w dół. W naszym przypadku
o ok. 3 kV. Następnie przeprowadziliśmy badanie procesu regulacji przy zmianach napięcia pierwotnego regulatora przy stałym obciążeniu. Na podstawie obliczonego U_% stwierdziliśmy prawidłowy przebieg regulacji tzn. po zakończeniu procesu regulacji U_% jest mniejsze od progu nieczułości, nastawionego przez nas, na wartość 2%. Natomiast liczba przełączonych zaczepów odpowiada w przybliżeniu wartości U_% podzielonej przez próg nieczułości 2%. W ostatnim przypadku przy napięciu
240 kV zabrakło zaczepów regulacyjnych do regulacji napięcia w dół. W następnej kolejności przeprowadziliśmy badanie regulacji przy zmianie obciążenia linii i stałym napięciu strony pierwotnej. Podobnie jak w poprzednim przypadku po zakończeniu regulacji odchyłka U_% była mniejsza od progu nieczułości. Pewne trudności interpretacyjne dostarczył przypadek obciążenia rezystancyjno-indukcyjnego gdzie przed regulacją napięcia w węźle odbiorczym było większe od napięcia
z transformatorem natomiast po regulacji, która wymagała aż 5 zaczepów (podczas gdy odchyłka napięcia wynosiła tylko ok. -2,5 %) napięcie w węźle odbiorczym było niższe od napięcia za transformatorem.

Podczas sprawdzania czasów T₁i T₂ przy załączeniu funkcji „LINEAR” regulator dodawał stale do nastawionego czasu 4sekundy. Przy załączeniu funkcji „INWERS” stwierdziliśmy, iż zgodnie z instrukcją regulator skracał czas T₁
w zależności od wielkości odchyłki. Dla dużej wielkości odchyłki czas T₁był krótszy. Stwierdziliśmy również prawidłowe działanie timera T₃ powodującego opóźnienie sygnalizacji i blokady podnapięciowej.

7

RNT-4

U_N

I_N

TR

U₁

U_z

V_I

I_L

X

R

Uz - spadek napięcia na linii

V_U

I_o

RNT-4

51

49

26

23

V

S

V1₁

V₂

A

V₀

Tr

Zobc

Z_L1

Zobc

Z_L2

Zobc

Z_L3

Podłączenie A

Podłączenie C

---