Переходные электромагнитные процессы

 

Введение

Развитие современных электроэнергетических систем идет по пути концентрации производства электроэнергии на мощных электростанциях и централизации электроснабжения от общей высоковольтной сети.

При переходе от одного режима к другому изменяется электромагнитное состояние элементов системы и нарушается баланс между механическим и электромагнитным моментами на валах генераторов и двигателей. Это означает, что переходный процесс характеризуется совокупностью электромагнитных и механических изменений в системе, которые взаимно связаны и представляют собой единое целое. Тем не менее очень часто переходный процесс делят на две стадии. На первой стадии из-за большой инерции вращающихся машин в ЭС преобладают электромагнитные изменения. Эта стадия длится от нескольких сотых до 0.1 - 0.2 с и называется электромагнитным переходным процессом. На второй стадии проявляются механические свойства системы, которые оказывают существенное влияние на переходные процессы. Эта стадия называется электромеханическим переходным процессом.

Деление режимов электрической системы на установившиеся и переходные условно. В установившемся режиме реальной системы его параметры постоянно меняются, что связано со следующими факторами:

?изменением нагрузки и реакцией на эти изменения регулирующих устройств;

?нормальными эксплуатационными изменениями схемы коммутации системы;

?включением и отключением отдельных генераторов или изменением их мощности.

Таким образом, в установившемся режиме системы всегда есть малые возмущения параметров ее режима, при которых она должна быть устойчива.

Статическая устойчивость - это способность системы восстанавливать исходный (или близкий к исходному) режим после малого его возмущения.

Нагрузка электрической системы оказывает влияние на устойчивость синхронных генераторов. Если мощность приемной системы соизмерима с мощностью электропередачи, то напряжение на шинах нагрузки не остается постоянным при изменении режима работы электропередачи. В этом случае предел передаваемой мощности (называемый действительным пределом) существенно ниже предела при постоянстве напряжения на шинах нагрузки. С другой стороны, колебания напряжения на шинах нагрузки могут вызвать неустойчивость синхронных и асинхронных двигателей, входящих в состав нагрузки, т.е. неустойчивость самой нагрузки.

1. Исходные данные

ИП1l1 l2 l3 ИП2

l4 l5 l6

l7 l8 l9

1 2 3 4 5

Рис.1 Схема электрической сети

Исходные данные генератора типа ТГВ-200-2УЗ по [1]:

Номинальная мощность 235 МВА;

активная мощность 200 МВт;

номинальное напряжение 15.75 кВ;

номинальный ток 8625 А;

номинальный cosj=0.85;

сверхпереходное сопротивление .

Сопротивление линии электропередачи 0.4 Ом/км.

Соотношение между индуктивным и активным сопротивлением системы KC=x/r = 17.9.

2. Сравнение методик расчета токов короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании

Определение токов короткого замыкания до шин расчетной подстанции

Суммарная мощность генераторов источника питания ИП2 определяется по формуле

,МВА (1)гдеNГ-количество генераторов источника питания, принимается из задания,шт. МВА.

Теперь по данной мощности выбираем тип автотрансформатора. Мощность автотрансформатора определяется из условия

,МВА (2)гдеNТ-количество трансформаторов источника питания, принимается из задания, шт.МВА.

переходный электромагнитный короткое замыкание

По [1] выбираем автотрансформатор типа АТДЦТН-250000/220/110 с параметрами:

номинальная мощность ;

напряжение короткого замыкания между ВН-СН 11 %;

напряжение короткого замыкания между ВН-НН 32 %;

напряжение короткого замыкания между СН-НН 20 %.

Для расчетов примем базисную мощность 100 МВА, а за базисное напряжение 115 кВ.

Рассчитываем базисные сопротивления генераторов по формуле

,(3).

Сопротивление элементов схемы замещения автотрансформаторов рассчитываются по формулам

,(4),(5).(6)

,

,

.

Базисное сопротивление линии электропередачи определяется по формуле

, (7)гдеL-длина участка ЛЭП, км;UНЛ-номинальное напряжение ЛЭП, кВ.

Результаты расчетов по (7) для участков ЛЭП приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Базисные сопротивления участков ЛЭП

Участок ЛЭПl1l2l3l4l5l6l7l8l9X*Л0.0790.2480.0560.0880.0460.0530.0540.0350.1

Для расчета тока короткого замыкания последовательно преобразуем схему в двухлучевую звезду с вершинами в точке короткого замыкания, и источниками питания.

Схема сети

1 2 3 4 5

Рис. 2 Схема сети

Схема замещения сети

ИП2

X*Л1 X*Л2 X*Л3 X*СН X*НН X*Г

ИП1

X*Л4 X*Л5 X*Л6

X*ВН

X*Л7 X*Л8 X*Л9

Рис.3

;

;

;

;

.

X*1-2 X*3-СН X*Г-НН

X*Л4 X*Л5-6

X*ВН

X*7-8 X*Л9

Рис. 4

;

;

.

X*1-2 X*3-СН X*Г-НН

X*4-ВН

Рис.5

Теперь преобразуем треугольник сопротивлений в звезду по следующим формулам

(8)

(9)

(10)

Тогда

;

;

.

X*3 X*2 X*Г-НН

X*1

Рис.6

.

Теперь преобразуем трехлучевую звезду в двухлучевую.

Эквивалентное сопротивление определяем по формуле

;

(11)

.

Коэффициенты приведения сопротивления

(12)

(13)

.

;

Проверка

С1+С2=1;

.479+0.521=1.

Сопротивление ветвей источников питания в двухлучевой схеме

;

(14);

(15)

;

.

Итоговая схема для расчета токов короткого замыкания

X*ИП1 X*ИП2

Рис.7 Расчетная схема

Для расчетной подстанции выбираем трансформатор по полной мощности подстанции. Количество трансформаторов подстанции-2 (один в работе, другой в резерве). По [1] выбираем трансформатор типа ТДТН-40000/110/38.5/11.Параметры трансформатора:

номинальная мощность ;

напряжение короткого замыкания между ВН-СН 10.5 %;

напряжение короткого замыкания между ВН-НН 17.5 %;

напряжение короткого замыкания между СН-НН 6.5 %.

Сопротивления схемы замещения трансформатора рассчитываются по формулам (4),(5),(6):

;

;

.

X*ИП1 Х*ИП2

К1

Х*ВН

Х*СН К2

Х*НН

К3

Рис.8 Схема для расчетов токов короткого замыкания до подстанции

Для расчета определяем постоянную времени по формуле

, (16)

.

Теперь определяем ударный коэффициент по формуле

,

(17)

.

Расчет для источника ИП2

Удаленность короткого замыкание определяется по расчетному сопротивлению для источника ограниченной мощности. Если это сопротивление больше 1,то замыкание считается удаленным, если меньше 1- неудаленным.

,

(18)гдеX*РЕЗ.K-результирующее сопротивление от источника до точки короткого замыкания.

Для точки К1

.

Так как сопротивление меньше 1 то короткое замыкание неудаленное. Расчет токов короткого замыкания ведем методом типовых кривых, описанном в [2,стр. 42]

Относительное значение сверхпереходной ЭДС источника определяется по формуле

,

(19)

.

Определяем номинальный ток источника при напряжении ступени к.з. по формуле

,кА;(20)гдеUСР.K-среднее напряжение ступени в точке короткого замыкания,кВ.

Для точки К1

кА.

Сверхпереходной ток источника питания ИП2

,кА;(21)гдеUСР.K-среднее напряжение ступени в точке короткого замыкания,кВ. XИП2-сопротивление ветви источника до точки к.з., Ом:,Ом.(22)

Тогда

Ом;

кА.

Определяем относительное значение сверхпереходного тока источника

;

(23)

.

По типовым кривым определяем четыре значения n*t для различным моментов времени:

t=0 cекn*0=1t=0.01 cекn*0.01=0.98t=0.2 cекn*0.2=0.96t=¥ cекn*¥=0.93

Теперь определяем периодические составляющие тока к.з. по формуле

,кА;(24) кА.

кА;

кА;

кА.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания в момент времени t

,кА.

(25)

Пример: для момента t=0 c

кА;

Значение остальных токов приведены в таблице 1.

Значение полного тока в момент времени t

,кА.(26)

Пример для t=0.01

кА.

Данные расчетов для других моментов времени приведены в таблице 1.

Находим ударный ток короткого замыкания для ИП2 по формуле

,кА(27)

кА.

Мощность короткого замыкания источника в начальный момент замыкания питания для данной точки определяется по формуле

,МВА.

(28)

МВА.

Расчет для источника ИП1

Для источника неограниченной мощности замыкание удаленное, действующее значение периодической составляющей тока k-ой ветви можно определить по приближенной формуле

,кА;(29)

Для точки К1

кА.

Полный ток короткого замыкания равен

,кА.(30)

кА.

Находим ударный ток короткого замыкания по формуле (27)

кА.

Полный ударный ток в точке К1

,кА.(23)

кА.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания в момент времени t

,кА.

(31)

Необходимо найти ток в моменты времени t=0 cек,0.01 сек, 0.2 сек, ¥ сек. Пример для t=0

кА;

и так далее.

Мгновенное значение тока короткого замыкания в момент t по (26)

Мощность короткого замыкания источника в начальный момент замыкания питания для данной точки определяется по формуле (28)

МВА;

Для точек К2 и К3 расчет ведется аналогично. Сначала находим сопротивление до точек замыкания. Преобразовываем трехлучевую звезду в двухлучевую по формулам (11)-(15), и расчет проводим аналогично, как для точки К1, учитывая напряжения ступеней замыкания. Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1- Данные расчетов коротких замыканий

Точка к.з.К1К2К3Параметрот ИП1от ИП2общ.от ИП1от ИП2общ.от ИП1от ИП2общ.SK,МВА662.1724.641386.7140.5152.7293.290.1106.3196.4IK,кА t=0 c3.32447.3242.2082.3984.6064.9325.35810.29 t=0.01c3.3243.927.2442.2082.3984.6064.9325.35810.29 t=0.2c3.3243.847.1642.2082.3984.6064.9325.35810.29 t= c3.3243.727.0442.2082.3984.6064.9325.35810.29iAt,кА t=0 c4.7015.6510.353.1223.3926.5146.9747.57814.55 t=0.01c3.9444.6528.5962.6192.8465.4565.8526.35812.21 t=0.2c0.1410.1630.3040.0930.1010.1940.2080.2260.434 t= c000000000iУ,кА8.64510.419.0455.7146.23811.9812.8313.9426.77I,кА t=0 c5.7576.92312.683.8244.1547.9788.5429.28117.82 t=0.01c5.1586.08311.2413.4263.7227.1477.6538.31415.97 t=0.2c3.3273.8437.172.2092.4014.614.9365.36310.3 t=¥c3.3243.727.0442.2082.3984.6064.9325.35810.29

Список используемой литературы

1. Неклепаев Б.Н., Бирюков И.П. Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов.-4-у изд., перераб. и доп.-М.:Энергоатомиздат, 1989.-608 с.:ил.
2. Бей Ю.М., Мамошин Р.Р. и др. Тяговые подстанции / Учебник для вузов ж.-д. транспорта.-М.:Транспорт,1986. -319 с.

Введение Развитие современных электроэнергетических систем идет по пути концентрации производства электроэнергии на мощных электростанциях и централизаци

Больше работ по теме: