Электромеханические переходные процессы

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Ростов-на-Дону 2017

ЛЕКЦИЯ 1

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все электрические станции и потребители электрической энергии объединены в энергетические системы. Повреждения в энергосистемах приводят к разрушению основного оборудования, к недоотпуску электроэнергии потребителям и т.п. Наиболее тяжёлыми повреждениями являются короткие замыкания (КЗ). КЗ это непредусмотренное проектом соединение между фазами или в сетях с заземлённой нейтралью, также между фазой и землёй.

Как при нормальной эксплуатации (включение или отключение элементов энергосистемы и т.п.), так и при аварийных ситуациях (обрыв цепи, короткое замыкание и т.п.) в энергетической системе возникают переходные процессы. При переходных процессах происходит изменение электромагнитного состояния элементов энергосистемы. Переходные процессы в энергетических системах делятся на: волновые, электромагнитные и электромеханические.

Волновые переходные процессы обусловлены либо внутренними коммутационными, либо грозовыми перенапряжениями. Возможные последствия процесса - электрический пробой изоляции.

Электромагнитные переходные процессы, обусловлены изменением энергии магнитного поля в индуктивностях элементов. Роторы генераторов не успевают изменить свои скорости и относительные положения. Выключатели под действием релейной защиты осуществляют отключение повреждённых элементов. Возможные последствия - механическое и/или термическое разрушение оборудования.

Электромеханический переходный процесс является завершающей стадией электромагнитного переходного процесса. Он характеризуется тем, что на электромагнитный процесс накладывается механический, возникающий вследствие изменения скоростей вращения роторов генераторов и их относительных положений. Наиболее опасные последствия: нарушение устойчивости и выпадение системы из синхронизма.

Виды КЗ в электрических сетях. В сетях с глухозаземлённой нейтралью (напряжением 110-1150 кВ) и четырёх проводных сетях (0,4 кВ) могут возникать трёхфазные ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ), двухфазные ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ), однофазные ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ) и двухфазные КЗ на землю ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ). В сетях с изолированной нейтралью (напряжением 3-35 кВ) такие же виды замыканий за исключением коротких замыканий на землю ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ) и ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ). В сетях с изолированной нейтралью замыкание на землю называется простым замыканием. Ток при таких замыканиях, как правило, не превышает 50 А.

Несимметричные короткие замыкания представляют собой поперечную несимметрию в сети.

Основные причины возникновения КЗ:

· неправильные проектирование, монтаж и эксплуатация электроустановок,

· механические повреждения и перекрытие токоведущих частей,

· удары молнии.

Последствия КЗ:

· снижение уровня напряжения у потребителей,

· динамическое и термическое разрушение оборудования,

· нарушение параллельной работы энергосистем.

При выполнении расчётов токов КЗ принимаются следующие допущения:

· все трёхфазные элементы электроэнергетической системы считаются симметричными,

· не учитывается сдвиг по фазе ЭДС синхронных машин и асинхронных электродвигателей,

· не учитываются качания роторов генераторов,

· не учитывается насыщение магнитных систем генераторов и трансформаторов,

· не учитываются намагничивающие токи трансформаторов,

· не учитываются активные сопротивления элементов энергосистем,

· не учитывается распределённая ёмкость обмоток и линий.

В месте КЗ, как правило, образуется переходное сопротивление в виде электрической дуги и активного сопротивления заземлителей при замыканиях на землю. Дуга представляет собой активное сопротивление, величина которого может быть приближённо определена по формуле

электромеханические переходные процессы - student2.ru ,

где электромеханические переходные процессы - student2.ru В/м - напряжённость столба дуги; электромеханические переходные процессы - student2.ru - длина дуги, м; электромеханические переходные процессы - student2.ru - действующее значение тока, А. В сетях высокого напряжения индуктивное сопротивление цепи КЗ в 5-30 раз превышает активное сопротивление (к тому же сопротивления складываются под углом 90о), и последнее мало влияет на величину тока КЗ. При выборе токоведущих частей и аппаратуры исходят из наиболее тяжёлых условий и принимают металлическое КЗ, т.е. переходное сопротивление в месте КЗ равно нулю, что даёт некоторый запас.

Назначение расчётов токов короткого замыкания (ТКЗ):

· выбор наиболее рациональных схем электрических соединений,

· выбор оборудования устойчивого к ТКЗ,

· выбор уставок срабатывания устройств релейной защиты,

· проектирование защитных заземлений.

Требования к погрешности расчётов ТКЗ определяются целью расчётов. Так, расчёты ТКЗ для целей релейной защиты должны выполняться с меньшей погрешностью по сравнению с расчётами для выбора электрических аппаратов.

В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

ЛЕКЦИЯ 2

Рис. 1.1 Условное изображение и схема замещения синхронного генератора

В течение переходного режима ЕДС генератора и его внутреннее сопротивление непрерывно изменяются.

Для расчёта ТКЗ в начальный момент времени генератор должен быть представлен сверхпереходной ЭДС по поперечной оси электромеханические переходные процессы - student2.ru исверхпереходным сопротивлением по продольной оси электромеханические переходные процессы - student2.ru . Термин "сверхпереходный" означает, что при определении параметра учтены все свободные токи статора и ротора (рис.1.2): в обмотке возбуждения (ОВ) и демпферных обмотках по продольной (d) и поперечной (q) осям (ДО), и обозначается верхним индексом - два штриха (''). Переходный процесс наступает либо после затухания свободных токов в ДО, либо при отсутствии ДО в гидрогенераторе в момент КЗ. В турбогенераторе роль ДО играет массивный ротор.

электромеханические переходные процессы - student2.ru

Рис.1.2 Ротор синхронного генератора с демпферными обмотками

Для расчётов токов КЗ в сверхпереходном режиме для генераторов задаются: активная мощность электромеханические переходные процессы - student2.ru (иногда полная электромеханические переходные процессы - student2.ru ), номинальное напряжение на выводах генератора электромеханические переходные процессы - student2.ru , сверхпереходные относительные номинальные ЭДС электромеханические переходные процессы - student2.ru и сопротивление электромеханические переходные процессы - student2.ru , коэффициент мощности электромеханические переходные процессы - student2.ru . Параметры синхронных генераторов приведены в приложении 1.

Сверхпереходные сопротивления по продольной оси электромеханические переходные процессы - student2.ru в справочной литературе приводятся в относительных номинальных единицах, а их величины находятся в диапазоне 0,11 электромеханические переходные процессы - student2.ru 0,25. Коэффициент мощности составляет 0,8 электромеханические переходные процессы - student2.ru 0,9. С увеличением номинальной мощности генераторов электромеханические переходные процессы - student2.ru , электромеханические переходные процессы - student2.ru и электромеханические переходные процессы - student2.ru , как правило, увеличиваются.

Типовые турбогенераторы, выпускаемые в нашей стране, имеют следующие номинальные мощности ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ):

2,5; 4,0; 6,0; 12, 32, 50, 63, 100, 160, 200, 300, 500, 800, 1000, 1200 МВт;

и номинальные напряжения (линейные):

3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24 кВ.

(в результате модернизации в некоторых генераторах мощность увеличена по сравнению с приведенной выше).

Если ЭДС генератора в сверхпереходном (переходном) режиме неизвестна, то её можно определить из предшествующего режима работы. ЭДС превышает напряжение на зажимах генератора на величину падения напряжения на его внутреннем сопротивлении ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ). В частности, относительная номинальная ЭДС для расчёта сверхпереходного тока ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ) может быть определена из выражения

электромеханические переходные процессы - student2.ru , (1.11)

где электромеханические переходные процессы - student2.ru , электромеханические переходные процессы - student2.ru - относительные номинальные напряжение на выводах и ток генератора в режиме, предшествующем КЗ. ЭДС генератора в именованных единицах

электромеханические переходные процессы - student2.ru . (1.12)

Силовой трансформатор. Условное изображение двухобмоточного трансформатора и его схема замещения приведены на рис.1.3. При вычислении токов КЗ намагничивающими токами трансформаторов пренебрегают. При расчёте токов трёхфазных КЗ и в симметричных режимах соединение обмоток трансформаторов допускается не указывать.

электромеханические переходные процессы - student2.ru

Рис.1.3 Условное изображение и схема замещения двухобмоточного

Трансформатора

В справочной литературе для двухобмоточных трансформаторов задаются: полная мощность электромеханические переходные процессы - student2.ru , напряжения обмоток высокого ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ) и низкого ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ) напряжений (или первичной ( электромеханические переходные процессы - student2.ru )и вторичной ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ) обмоток, напряжение короткого замыкания в процентах электромеханические переходные процессы - student2.ru , или относительных единицах электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Напряжение короткого замыкания трансформатора определяется из опыта КЗ при пониженном напряжении и номинальном токе. Оно связано с относительным номинальным сопротивлением трансформатора электромеханические переходные процессы - student2.ru выражением:

электромеханические переходные процессы - student2.ru . (1.13)

Индуктивное сопротивление трансформатора определяется потоками рассеяния. С увеличением номинального напряжения, увеличиваются расстояние между обмотками и потоки рассеяния, следовательно, и индуктивное сопротивление.

Трёхфазные трансформаторы, выпускаемые в нашей стране, мощностью более 10 МВА имеют следующие номинальные мощности ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ):

16, 25, 32, 40, 63, 100, 125, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000 МВА.

Условное изображение трёхобмоточного трансформатора и автотрансформатора, а также их схема замещения, представляющая трёхлучевую звезду, приведены на рис.1.4.

Для трёхобмоточных трансформаторов (и автотрансформаторов) задаются следующие параметры: номинальная мощность электромеханические переходные процессы - student2.ru , напряжения обмоток высокого электромеханические переходные процессы - student2.ru ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ), среднего электромеханические переходные процессы - student2.ru ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ) и низкого электромеханические переходные процессы - student2.ru ( электромеханические переходные процессы - student2.ru ) напряжений, три напряжения короткого замыкания для каждой пары обмоток: электромеханические переходные процессы - student2.ru , электромеханические переходные процессы - student2.ru , электромеханические переходные процессы - student2.ru . Для автотрансформаторов в каталогах приводятся напряжения КЗ, приведенные к проходной мощности электромеханические переходные процессы - student2.ru .

электромеханические переходные процессы - student2.ru

Рис.1.4 Условные изображения и схема замещения автотрансформатора и

Рис.1.5. Условное изображение трансформатора с расщеплёнными обмотками и схема его замещения

При раздельной работе расщеплённых обмоток такой трансформатор характеризуется реактивным сопротивлением расщепления электромеханические переходные процессы - student2.ru , определённым по напряжению КЗ между двумя одинаковыми расщеплёнными обмотками. Из схемы замещения следует электромеханические переходные процессы - student2.ru . Так как обмотки Н1 и Н2 одинаковы, то

электромеханические переходные процессы - student2.ru . (1.14)

Из схемы замещения (рис.1.5) с учётом (1.14) имеем

электромеханические переходные процессы - student2.ru ,

откуда

электромеханические переходные процессы - student2.ru . (1.15)

Токоограничивающий эффект двухобмоточных трансформаторов с расщеплённой обмоткой характеризуется коэффициентом расщепления

электромеханические переходные процессы - student2.ru . (1.16)

Если в каталоге приводится только значение электромеханические переходные процессы - student2.ru , то зная электромеханические переходные процессы - student2.ru по (1.16) определяют электромеханические переходные процессы - student2.ru , а по (1.14) и (1.15) определяют сопротивления лучей схемы замещения. Для однофазных двухобмоточных трансформаторов (и автотрансформаторов) при расщеплении обмотки низкого напряжения на две цепи (обмотки) электромеханические переходные процессы - student2.ru . Для трёхфазных двухобмоточных трансформаторов классов напряжений 35, 110 и 220 кВ с расщеплёнными обмотками низкого напряжения на две цепи можно принять электромеханические переходные процессы - student2.ru .

ЛЕКЦИЯ 3

Линии электропередачи. Воздушные линии (ВЛ) могут быть одноцепными и многоцепными (для повышения передаваемой мощности); из многоцепных наибольшее распространение получили двухцепные. ВЛ обладают практически равномерно распределёнными по длине линии удельными параметрами. В практических расчётах токов КЗ для сравнительно небольших длин ВЛ до 150-300 км и кабельных линий до 30-50 км распределённые параметры заменяют сосредоточенными.

Данные о пропускной способности ВЛ и предельных расстояниях передачи приведены в приложении 3. Необходимо обратить внимание, что большему напряжению соответствует большая передаваемая мощность. Предельные длины линий напряжением ниже 35 кВ ориентировочно могут быть определены по правилу: "киловольт на километр", т.е. для напряжения 10 кВ – 10 км, 6 кВ – 6 км и т.п.

Погонные индуктивные сопротивления фаз ВЛ зависят от взаимного расположения токоведущих проводников и их геометрических размеров. При расчётах токов КЗ пользуются средними погонными значениями индуктивного сопротивления электромеханические переходные процессы - student2.ru . Если известны расстояния между проводами и тип проводов, то параметры удельных индуктивных сопротивлений можно найти из приложения 4.

Одноцепная линия. Условное изображение одноцепной ВЛ и схема замещения приведены на рис. 1.6.

электромеханические переходные процессы - student2.ru

Рис. 1.6 Схема замещения и условное изображение ЛЭП

Для одиночного провода, расположенного параллельно поверхности земли Джон Р. Карсон получил формулу для вычисления погонного сопротивления на частоте электромеханические переходные процессы - student2.ru =50 Гц на основе эквивалентного расстояния возврата тока в земле:

электромеханические переходные процессы - student2.ru ,

где электромеханические переходные процессы - student2.ru - эквивалентная глубина возврата тока в земле, зависящая от сопротивления земли, которая при отсутствии данных о грунте принимается равной примерно 1000 м; электромеханические переходные процессы - student2.ru - эквивалентный радиус провода ( электромеханические переходные процессы - student2.ru - здесь электромеханические переходные процессы - student2.ru измеренный диаметр проводника). Уменьшение эквивалентного радиуса проводника обусловлено поверхностным эффектом.

Провода линий выполняются многожильными, свитыми из отдельных круглых проволок, поэтому для многожильных проводов эквивалентный радиус ещё меньше электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Для выравнивания электрического поля проводов и ослабления явления ионизации воздуха в сетях напряжением 330 кВ и выше ВЛ выполняются с расщеплёнными проводами, при этом эквивалентный радиус системы проводов одной фазы определяется выражением

электромеханические переходные процессы - student2.ru ,

где электромеханические переходные процессы - student2.ru - среднее геометрическое расстояние между проводами одной фазы, электромеханические переходные процессы - student2.ru - число проводов в фазе.

В ПУЭ установлены наименьшие значения допустимых диаметров проводов из условий короны: 110 кВ – АС-70; 220 кВ – АС-240; 330 кВ – АСО-600 или 2 электромеханические переходные процессы - student2.ru АСО-240 (два провода в фазе); 500 кВ – 2 электромеханические переходные процессы - student2.ru АСО-700 или 3 электромеханические переходные процессы - student2.ru АСО-400 (два и три провода в фазе соответственно); 750 кВ – 4 электромеханические переходные процессы - student2.ru АСО-500 (четыре провода в фазе).

В трёхфазных ВЛ индуктивное сопротивление складывается из собственного сопротивления фазы электромеханические переходные процессы - student2.ru и двух взаимных сопротивлений (фаз) электромеханические переходные процессы - student2.ru и электромеханические переходные процессы - student2.ru

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Считая, что выполнен полный цикл транспозиции проводов, и учитывая, что векторы токов (и потоков) фаз расположены под углом 120о

электромеханические переходные процессы - student2.ru ,

где электромеханические переходные процессы - student2.ru - среднее геометрическое расстояние между фазными проводами, здесь электромеханические переходные процессы - student2.ru - расстояние между проводниками фаз электромеханические переходные процессы - student2.ru и электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Для ЛЭП с номинальным напряжением до 220 кВ включительно электромеханические переходные процессы - student2.ru 0,7 Ом/км, электромеханические переходные процессы - student2.ru 0,3 Ом/км, поэтому при отсутствии данных о параметрах линии можно приближённо считать, что электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом/км.

С увеличением номинального напряжения линии, диаметр проводов увеличивается и, несмотря, на то, что расстояние между проводниками фаз также увеличивается, ёмкости проводов (междуфазные и относительно земли) всё же возрастают, а индуктивное сопротивление линии уменьшается, так как электромеханические переходные процессы - student2.ru . При отсутствии данных о ВЛ можно принять: для линий с номинальным напряжением 330 кВ и двумя проводами в фазе электромеханические переходные процессы - student2.ru

0,32 Ом/км, а с номинальным 500 кВ и тремя проводами в фазе – электромеханические переходные процессы - student2.ru

0,29 Ом/км.

В симметричном режиме, в том числе и при трёхфазном КЗ, магнитные потоки, создаваемые токами, протекающими в проводах фаз, в грозозащитном тросе взаимно компенсируются. Поэтому тросы не оказывают влияние на магнитное состояние линии, (даже в старых конструкциях ВЛ, когда тросы заземлялись на каждой опоре) и, следовательно, на её индуктивное сопротивление при трёхфазных КЗ влияния не оказывают.

При необходимости учёта активного сопротивления ВЛ, например, при расчёте переходного режима, погонное активное сопротивление может быть найдено из приложения 5 или по формулам:

· для медных проводов электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом/км,

· для алюминиевых проводов электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом/км,

где электромеханические переходные процессы - student2.ru - сечение провода, мм2 (активное сопротивление проводов из цветных металлов обычно применяемых сечений при частоте 50 Гц практически равно активному сопротивлению на постоянном токе, т.е. влияние поверхностного эффекта можно не учитывать).

Двухцепная линия. Магнитные потоки второй цепи двухцепной линии взаимно компенсируются в каждой фазе первой цепи, поэтому не оказывают на неё магнитного влияния. Электрическое влияние второй цепи характеризуется только её параллельным включением. Если сопротивления обеих цепей одинаковы, то результирующее сопротивление двухцепной линии

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Кабели. Так как расстояния между проводниками фаз в кабеле меньше, чем в ВЛ, то индуктивные сопротивления трёхжильных кабелей значительно меньше, чем для проводов ВЛ. В среднем они равны: для кабелей напряжением 35 кВ – 0,12 Ом/км; 3-10 кВ – 0,07-0,08 Ом/км; до 1 кВ – 0, 06 - 0,07 Ом/км.

Активное сопротивления кабелей (обычно применяемых сечений при частоте 50 Гц) практически равно активному сопротивлению для постоянного тока и может быть определено по ранее приведенным формулам для ВЛ. В отличие от других элементов энергосистем активное сопротивление кабеля часто соизмеримо с его индуктивным сопротивлением на частоте 50 Гц и учитывается при расчётах токов КЗ. Длины кабелей напряжением 6-10 кВ в среднем равны 5-7 км, в сельской местности достигают до 10 км. Более точно значения индуктивного электромеханические переходные процессы - student2.ru и активного электромеханические переходные процессы - student2.ru сопротивлений кабеля обычно находятся по заводским данным, приводимым в справочной литературе (приложение 6).

Реакторы. Условное изображение реактора (одинарного) и схема его замещения приведены на рис. 1.7. Для токоограничивающих реакторов задаются номинальные напряжение электромеханические переходные процессы - student2.ru , ток электромеханические переходные процессы - student2.ru и сопротивление в процентах электромеханические переходные процессы - student2.ru . Сопротивление реактора определяется, главным образом, собственной индуктивностью катушки каждой фазы, а взаимной индуктивностью между обмотками фаз пренебрегают.

электромеханические переходные процессы - student2.ru

Рис.1.7. Условное изображение и схема замещения одинарного реактора

Для ограничения токов КЗ применяются также сдвоенные реакторы (СДР). Условное изображение СДР и его схема замещения приведены на рис. 1.8. Сдвоенный реактор состоит из двух одинаковых катушек (ветвей) с индуктивностями электромеханические переходные процессы - student2.ru каждая. Эти катушки магнитно связаны при взаимной индуктивности электромеханические переходные процессы - student2.ru .

электромеханические переходные процессы - student2.ru электромеханические переходные процессы - student2.ru

а) б)

Рис. 1.8. Условное изображение (а) и схема замещения (б) СДР

При протекании тока только по одной ветви (рис. 1.8, а) сопротивление этой ветви электромеханические переходные процессы - student2.ru . В нормальных условиях (рис. 1.8, б) через обе катушки протекают одинаковые токи в противоположных направлениях, поэтому сопротивление каждой катушки в этих условиях составляет

электромеханические переходные процессы - student2.ru . (1.17)

Степень индуктивной связи двух катушек характеризуется коэффициентом связи электромеханические переходные процессы - student2.ru , где электромеханические переходные процессы - student2.ru , электромеханические переходные процессы - student2.ru - индуктивности катушек. У сдвоенного реактора электромеханические переходные процессы - student2.ru , поэтому

электромеханические переходные процессы - student2.ru . (1.18)

электромеханические переходные процессы - student2.ru   а) б)
 
  электромеханические переходные процессы - student2.ru

в)

Рис. 1.9. Схемы замещения СДР при повреждениях в разных точках

Подставляя (1.18) в (1.17) и учитывая, что электромеханические переходные процессы - student2.ru , получаем

электромеханические переходные процессы - student2.ru . (1.19)

Как видно из (1.19), сопротивление каждой ветви в нормальном режиме уменьшается, так как, электромеханические переходные процессы - student2.ru . В этом заключается достоинство сдвоенного реактора. При протекании тока в обеих катушках в одном направлении (рис. 1.9, в) сопротивление каждой катушки

электромеханические переходные процессы - student2.ru

и для всего реактора для этого случая электромеханические переходные процессы - student2.ru (параметры реакторов приведены в приложении 7).

Электрические двигатели. Электрические двигатели (ЭД) и синхронные компенсаторы (СК), расположенные вблизи места КЗ являются дополнительными источниками тока КЗ, поэтому их необходимо учитывать при расчёте сверхпереходных токов КЗ. Условное изображение и схема замещения ЭД такие же, как и синхронного генератора. ЭДС ЭД вычисляется по формуле

электромеханические переходные процессы - student2.ru , (1.20)

где электромеханические переходные процессы - student2.ru , электромеханические переходные процессы - student2.ru , электромеханические переходные процессы - student2.ru - напряжение, ток и фазовый угол двигателя в нагрузочном режиме, предшествующем КЗ; знак плюс соответствует синхронному двигателю (СД) и СК, знак минус - асинхронному двигателю (АД) и недовозбуждённому СД.

При отсутствии паспортных данных можно пользоваться их средними номинальными значениями:

· для СД и СК электромеханические переходные процессы - student2.ru и электромеханические переходные процессы - student2.ru ;

· для АД электромеханические переходные процессы - student2.ru и электромеханические переходные процессы - student2.ru ,

где электромеханические переходные процессы - student2.ru - кратность пускового тока АД.

ЭДС и внутреннее сопротивление асинхронного двигателя в начальный момент КЗ обозначаются так же, как и сверхпереходные параметры синхронных генераторов. Роторы асинхронных двигателей не имеют демпферных обмоток, этим термином подчёркивается такое же быстрое затухание свободных токов в обмотках АД, как и демпферных обмотках.

Технические характеристики электрических двигателей и синхронных компенсаторов приведены в приложении 8.

Обобщённая (промышленная) нагрузка. Под обобщённой нагрузкой принято понимать совокупность АД, каждый из которых имеет небольшую мощность. Таким образом, обобщённая нагрузка это эквивалентный АД, поэтому и ведёт себя подобно АД. Схема замещения обобщённой нагрузки, подключённой в месте КЗ, такая же, как и синхронного генератора (идеальный источник ЭДС и внутреннее сопротивление). Реактивность обобщённой нагрузки зависит от характера приёмников электроэнергии и относительного участия каждого из них в рассматриваемом процессе. Для средней статистической нагрузки в настоящее время принято считать электромеханические переходные процессы - student2.ru , электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Электрическая система. Совокупность электрических станций, электроподстанций, трансформаторов связи, ЛЭП можно заменить одним эквивалентным генератором, который принято называть электрической системой. Для системы задаются полная мощность электромеханические переходные процессы - student2.ru (мощность всех входящих в систему генераторов) и номинальное напряжение электромеханические переходные процессы - student2.ru .

На схеме замещения система изображается так же, как и генератор (идеальный источник ЭДС и внутреннее сопротивление неизменяющиеся во времени). При этом необходимо иметь в виду, что номинальное напряжение генератора, как правило, не превышает 24 кВ (очень редко 150 кВ), поэтому подключаемые к нему обмотки трансформаторов соединены в треугольник.

Напряжения системы, в принципе, могут иметь различные значения из стандартного ряда напряжений, как правило, более высокие, чем напряжения генераторов, поэтому подключаемые обмотки трансформаторов, обычно соединены в звезду. Напомним, что обмотки высокого напряжения (выше 35 кВ) соединяются в звезду с заземлённой нейтралью, обмотки низкого напряжения (ниже 35 кВ) – в треугольник.

Часто для системы задаются полная мощность электромеханические переходные процессы - student2.ru при трёхфазном КЗ и напряжение той ступени электромеханические переходные процессы - student2.ru , где известна мощность, в этом случае сопротивление системы: в именованных единицах

электромеханические переходные процессы - student2.ru , (1.21)

в относительных единицах

электромеханические переходные процессы - student2.ru . (1.22)

ЛЕКЦИЯ 4

ЛЕКЦИЯ 5

Пример 1.1. Произвести расчёт сверхпереходного тока КЗ при трёхфазном повреждении в точке электромеханические переходные процессы - student2.ru для заданного участка энергосистемы (рис.1.11) в именованных и относительных базисных единицах с точным и приближённым приведением коэффициентов трансформации. Оба генератора до возникновения повреждения работали в номинальном режиме.

электромеханические переходные процессы - student2.ru

Рис.1.11 Схема участка энергосистемы к примеру 1.1

Параметры элементов схемы:

· Генератор ТВФ-100-2: электромеханические переходные процессы - student2.ru =100 МВт; электромеханические переходные процессы - student2.ru =10,5 кВ; электромеханические переходные процессы - student2.ru =0,85; электромеханические переходные процессы - student2.ru =0,183;

· Трансформатор Т1: ТЦ-12500/220: электромеханические переходные процессы - student2.ru =125 МВА; электромеханические переходные процессы - student2.ru =10,5 кВ; электромеханические переходные процессы - student2.ru =242 кВ; электромеханические переходные процессы - student2.ru =11%;

· Автотрансформатор АТДЦТН-200000/220/110 электромеханические переходные процессы - student2.ru = 200 МВА; электромеханические переходные процессы - student2.ru =220 кВ; электромеханические переходные процессы - student2.ru = 121 кВ; электромеханические переходные процессы - student2.ru = 38,5 кВ; электромеханические переходные процессы - student2.ru =34 %; электромеханические переходные процессы - student2.ru = 11%; электромеханические переходные процессы - student2.ru = 21%;

· Трансформатор Т2 ТРДЦН-125000/110: электромеханические переходные процессы - student2.ru = 125 МВА; электромеханические переходные процессы - student2.ru =110 кВ; электромеханические переходные процессы - student2.ru =11 кВ; электромеханические переходные процессы - student2.ru = 10,5 %;

· Двухцепная линия: длина Л1 = 60 км, погонное сопротивление электромеханические переходные процессы - student2.ru = 0,4 Ом/км;

· Одноцепная линия: длина Л2 = 25 км, погонное сопротивление электромеханические переходные процессы - student2.ru = 0,4 Ом/км.

электромеханические переходные процессы - student2.ru Используя рекомендации п.1.3, составим схему замещения (рис.1.12). Генераторы, трансформаторы, двухцепная линия, автотрансформаторы, используя принцип симметрии, изображаются одним элементом, а наличие параллельного элемента учитывается при вычислении сопротивления. По реактору и обмоткам низшего напряжения автотрансформаторов ток КЗ не протекает, поэтому на схеме замещения они отсутствуют.

электромеханические переходные процессы - student2.ru

Рис.1.12 Схема замещения для примера 1.1

В качестве основной ступени принимается та ступень, где произошло КЗ. Напряжение на этой ступени 11 кВ.

Расчёт токов КЗ в именованных единицах с точным приведением коэффициентов трансформации.

Сопротивления всех элементов и ЭДС генераторов выразим в именованных единицах.

Сопротивление генератора, приведенное к его номинальным параметрам

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Сопротивление двух генераторов, приведенное к ОС

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Сопротивление трансформатора Т1, приведенное к обмотке низкого напряжения

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Сопротивление двух трансформаторов Т1, приведенное к ОС

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Сопротивление одной цепи двухцепной линии Л1

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Сопротивление двухцепной линии Л1, приведенное к ОС

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Сопротивление автотрансформатора, приведенное к обмотке высокого напряжения

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Сопротивление двух автотрансформаторов, приведенное к ОС,

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Сопротивление одноцепной линии Л2

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Сопротивление одноцепной линии Л2, приведенное к ОС,

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Сопротивление трансформатора Т2, приведенное к обмотке низкого напряжения, т.е. к ОС

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Суммарное сопротивление цепи, приведенное к ОС

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

ЭДС генератора в относительных номинальных единицах

электромеханические переходные процессы - student2.ru

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

ЭДС генератора в именованных единицах

электромеханические переходные процессы - student2.ru кВ.

ЭДС генератора, приведенная к ОС,

электромеханические переходные процессы - student2.ru кВ.

Сверхпереходный ток КЗ на ОС

электромеханические переходные процессы - student2.ru кА.

Расчёт токов КЗ в относительных базисных единицах с точным приведением коэффициентов трансформации.

Выбираем базисную мощность электромеханические переходные процессы - student2.ru = 1000 МВА и базисные напряжения ступеней. В качестве первой ступени принимается ступень, где произошло КЗ. Базисное напряжение первой ступени принимается равным действительному напряжению на этой ступени электромеханические переходные процессы - student2.ru = 11 кВ. Относительные базисные напряжения остальных ступеней.

электромеханические переходные процессы - student2.ru кВ;

электромеханические переходные процессы - student2.ru кВ;

электромеханические переходные процессы - student2.ru кВ.

Сопротивление двух генераторов

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Сопротивление двух трансформаторов Т1

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Сопротивление двухцепной линии Л1

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Сопротивление обмоток В-С напряжения двух автотрансформаторов

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Сопротивление одноцепной линии Л2

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Сопротивление трансформатора Т2

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Суммарное сопротивление цепи

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

ЭДС генератора в относительных базисных единицах

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Относительный базисный ток КЗ

электромеханические переходные процессы - student2.ru .

Сверхпереходный ток КЗ в именованных единицах

электромеханические переходные процессы - student2.ru кА.

Расчёт токов КЗ в именованных единицах с приближённым приведением коэффициентов трансформации.

Действительные напряжения на элементах схемы заменим средними значениями.

Сопротивления элементов схемы, приведенные к ОС

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом,

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом,

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом,

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом,

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом,

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

Суммарное сопротивление цепи, приведенное к ОС

электромеханические переходные процессы - student2.ru Ом.

ЭДС генератора, приведенная к ОС

электромеханические переходные процессы - student2.ru кВ.

Сверхпереходный ток КЗ ОС

электромеханические переходные процессы - student2.ru кА.

Расчёт токов КЗ в относительных базисных единицах с приближённым приведением коэффициентов трансформации.

Выбираем базисную мощность электромеханические переходные процессы - student2.ru = 1000 МВА и базисные напряжения ступеней. Базисные напряжения ступеней принимаются равным средним напряжениям на соответствующих ступенях: электромеханические переходные процессы - student2.ru кВ, электромеханические переходные процессы - student2.ru кВ; электромеханические переходные процессы - student2.ru кВ; электромеханические переходные процессы - student2.ru кВ. Определяем относительные сопротивления элементов схемы, приведенные к базисным условиям:

электромеханические переходные процессы - student2.ru ;

электромеханические переходные процессы - student2.ru ;

электромеханические переходные процессы - student2.ru ;

электромеханические переходные процессы - student2.ru ;