Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Влияние синхронных и асинхронных двигателей на токи КЗ

При расчете начального действующего значения периодическойсоставляющей тока трехфазного КЗ в электроустановках напряжением свыше 1 кВ висходную расчетную схему должны быть введены все синхронные генераторы икомпенсаторы, а также синхронные и асинхронные электродвигатели мощностью 100кВт и более, если между электродвигателями и точкой КЗ отсутствуюттокоограничивающие реакторы или силовые трансформаторы. В автономныхэлектрических системах следует учитывать и электродвигатели меньшей мощности,если сумма их номинальных токов составляет не менее 1 % от тока в месте КЗ,определенного без учета этих электродвигателей.Длярасчета начального действующего значения периодической составляющей тока КЗаналитическим методом по принятой исходной расчетной схеме предварительноследует составить эквивалентную схему замещения, в которой синхронные иасинхронные машины должны быть представлены предварительно приведенными кбазисной ступени напряжения или выраженными в относительных единицах привыбранных базисных условиях сверхпереходными сопротивлениями и сверхпереходнымиЭДС

Для синхронных генераторов иэлектродвигателей сверхпереходную ЭДС в предшествующем режиме следуетопределять по формуле

· (5.3)

а для синхронныхкомпенсаторов по формуле

(5.4)

В формулах изнак «+» относится к синхронным машинам, которые к моменту КЗ работали в режимеперевозбуждения, а знак «-» - к работавшим с недовозбуждением.

Сверхпереходную ЭДСасинхронных электродвигателей в момент, предшествующий КЗ, следует определятьпо формуле

· (5.5)

где - сверхпереходноеиндуктивное сопротивление электродвигателя.

Апериодическая составляющей тока КЗ одного или группы двигателей?

Модульначального значения апериодической составляющей тока КЗ следует определять какразность мгновенных значений периодической составляющей тока в начальный моментКЗ и тока в момент, предшествующий КЗ.

Наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока КЗ в общемслучае следует принимать равным амплитуде периодической составляющей тока вначальный момент КЗ, т.е.

. (5.9)

Это выражение справедливопри следующих условиях:

1) активная составляющаярезультирующего эквивалентного сопротивления расчетной схемы относительнорасчетной точки КЗ значительно меньше индуктивной составляющей, вследствие чегоактивной составляющей можно пренебречь

2) к моменту КЗ ветвьрасчетной схемы, в которой находится расчетная точка КЗ, не нагружена;

3) напряжение сети к моментувозникновения КЗ проходит через нуль.

Если указанные условия невыполняются, то начальное значение апериодической составляющей тока КЗ следуетопределять в соответствии

. Для определения апериодической составляющей тока КЗ в произвольный моментвремени предварительно должна быть составлена такая исходная схема замещения,чтобы в ней все элементы исходной расчетной схемы учитывались как индуктивными,так и активными сопротивлениями. Еслиисходная расчетная схема имеет только последовательно включенные элементы, тоапериодическую составляющую тока КЗ в произвольный момент времени следуетопределять по формуле

(5.10)

где - постоянная временизатухания апериодической составляющей тока КЗ; она определяется по формуле

(5.11)

где X _эки R _эк - соответственно индуктивная и активная составляющиерезультирующего эквивалентного сопротивления расчетной схемы относительно точкиКЗ;

ω - синхронная угловаячастота напряжения сети..Если исходная расчетная схема (и соответственно схема замещения) являетсямногоконтурной, то апериодическую составляющую тока КЗ в произвольный моментвремени следует определять путем решения соответствующей системы дифференциальныхуравнений, составленных с учетом как индуктивных, так и активных сопротивленийвсех элементов исходной расчетной схемы.

. Если расчетная точка КЗ делит исходную расчетную схему на несколько независимыхдруг от друга частей, то при приближенных расчетах апериодической составляющейтока КЗ в произвольный момент времени ее следует определять как суммуапериодических составляющих токов от отдельных частей схемы, полагая, чтокаждая из этих составляющих изменяется во времени с соответствующейэквивалентной постоянной времени, т.е.

где т - число независимых частей схемы;

- начальное значение апериодическойсоставляющей тока КЗ от i -йчасти схемы;

Т _а.экi- эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей токаКЗ от i -й части схемы, определяемая.

Использование угловой характеристики мощности электропередачи для анализа статической устойчивости. Понятие статической устойчивости электрической системы. Критерий статической устойчивости нагрузки.

· Понятие статической устойчивости?

Статическая устойчивость – это способность системы сохранять синхронную параллельную работу генератора при малых возмущениях и медленных изменениях параметров режима (рис. 2.1). Электрическая мощность, вырабатываемая электростанцией, имеет вид:

· , (2.1)

·

где – эдс генераторов электростанции;
– напряжение в энергосистеме; – суммарное результирующее сопротивление генераторов, ЛЭП и системы; – угол нагрузки.

– работа генератора возможна в точках 1 и 2. При этом точка 1 является точкой устойчивости работы, точка 2 – неустойчивой.

Устойчивая работа генератора наблюдается при угле нагрузки .

Практически работа генератора происходит при углах нагрузки, определенных через коэффициент запаса статической устойчивости

· , (2.2)

где – максимальная мощность генератора; – допустимая мощность генератора.

Коэффициент запаса ограничивается: – в нормальном режиме, – в послеаварийном.

· Критерии статической устойчивости?

прямой критерий статической устойчивости генератора и системы в целом, заключающийся в необходимости выполнения условия dP / dδ > 0.

· Допущения при расчётах статической устойчивости?

В дополнение к принятым при анализе электромагнитных переходных

процессов допущениям принимаются ещё несколько, упрощающих оценку устойчивости и обеспечивающих достаточную для инженерных расчётов допустимую погрешность.

1. Предполагается, что скорость вращения роторов синхронных машин при протекании электромеханических переходных процессов изменяется в небольших пределах (2-3%) синхронной скорости.

2. Считается, принуждённые составляющие напряжений и токов статора и ротора генератора изменяются мгновенно.

3. Параметры элементов системы считаются линейными, а параметры режима работы, напротив, нелинейными.

4. Переход от одного режима электрической системы к другому возможен только при изменении собственных и взаимных сопротивлений схемы, а также ЭДС генераторов и двигателей.

5. Исследование динамической устойчивости при несимметричных возмущениях производится в схеме прямой последовательности. Считается, что движение роторов генераторов и двигателей, обусловлено моментами, создаваемыми токами прямой последовательности.

· Угловая характеристика для анализа угловой устойчивости?

Принципиальной особенностью синхронного генератора, подключенного к сети постоянного напряжения и постоянной частоты, является способность автоматически (без участия операторов) поддерживать постоянной частоту вращения своего ротора. Мощность, отдаваемая генератором в сеть, будет определяться механическим моментом, развиваемым турбиной, вращающей ротор. В случае изменения этого механического момента, приводящего во вращение ротор, генератор без участия каких-либо внешних сил автоматически изменяет свой собственный электромагнитный момент, который противодействует вращению генератора. Сумма этих двух моментов становится равной нулю, и генератор продолжает вращаться с постоянной, синхронной скоростью. Состояние генератора с новым соотношением вращающего (от турбины) и тормозящего (внутреннего электромагнитного) моментов характеризуется так называемым углом нагрузки Q (рис. 3.13). Эта зависимость носит название угловой характеристики и представляет собой функцию тормозящего электромагнитного момента М_эм генератора (или электромагнитной мощности P_эм = М_эмW₁ где W₁ — угловая скорость ротора) от внутреннего угла нагрузки Q. Для турбогенераторов угловая характеристика очень близка к синусоиде. Рабочая точка, при которой функционирует генератор, обозначена индексом номинального режима Q_номи P_эм.ном причем Q_ном выбирается таким, чтобы отношение максимума синусоиды P_эм.max к P_эм.ном было в пределах 1,5—1,8. Сама мощность P_эм.max и соответствующий ей максимальный момент M_эм.max — это максимально возможная мощность и максимально возможный тормозящий электромагнитный момент, развиваемые данным синхронным генератором.

В области углов Q от 0 до 90 ° синхронный генератор способен самостоятельно поддерживать синхронное вращение. За пределами угла 90 ° он теряет эту способность и выпадает из синхронизма. Способность са­мосинхронизировать свое вращение характеризуется удельной синхронизирующей способностью Р_с, которая дана на рис. 3.13 штриховой линией.

99 Динамическая устойчивость электроэнергетических систем. Понятие динамической устойчивости синхронного генератора и её анализ с помощью правила площадей.

Основные понятия и определения динамической устойчивости.

Динамическая устойчивость - это способность системы возвращаться в исходное (или близкое к нему) состояние после большого возмущения. Когда после большого возмущения синхронный режим системы нарушается, а затем после допустимого перерыва восстанавливается, то говорят о результирующей устойчивости системы.

Целью расчетов динамической устойчивости является определение характера динамического перехода системы от одного режима к другому. Если при этом ни одна станция не выпадает из синхронизма, то такой переход считается устойчивым.

Допущения, принимаемые при анализе динамической устойчивости.

Принимается несколько допущений, упрощающих оценку устойчивости и обеспечивающих достаточную для инженерных расчетов точность:

Предполагается, что скорость вращения роторов синхронных машин при протекании электромеханических переходных про­цессов изменяется в небольших пределах (2...3 %) синхронной скорости.

Считается, что напряжение и токи статора и ротора генера­тора изменяются мгновенно.

Нелинейность параметров системы обычно не учитывается. Нелинейность же параметров режима, напротив, учитывается. Перейти от одного режима электрической системы к другому можно, изменив собственные и взаимные сопротивления схемы, а также ЭДС генераторов и двигателей.

Исследование динамической устойчивости при несиммет­ричных возмущениях производится в схеме прямой последова­тельности.

Задачи расчёта динамической устойчивости электрических систем.

Задачи анализа динамической устойчивости связаны с перехо­дом системы от одного установившегося режима к другому. Это следующие задачи:

а) расчет параметров динамического перехода при эксплуата­ционном или аварийном отключениях нагруженных элементов электрической системы.

б) определение параметров динамических переходов при ко­ротких замыканиях в системе с учетом различных факторов:

возможного перехода одного несимметричного КЗ в другое (например, однофазного в двухфазное);

работы автоматического повторного включения элемента, от­ключившегося после КЗ, и т.д.

Результатами расчета динамической устойчивости являются:

предельное время отключения расчетного вида КЗ в наиболее опасных точках системы;

паузы систем АПВ, установленных на различных элементах электрической системы;

- параметры систем автоматического ввода резерва (АВР).
Расчеты ведутся, как правило, с учетом нелинейностей исущественных динамических

характеристик.

Мероприятия по улучшению устойчивости электрических систем.

Регулирование возбуждения синхронной машины может рас­сматриваться как средство «улучшения» ее параметров.

Выключатели. Быстрое отключение КЗ имеет решающее зна­чение для улучшения динамической устойчивости.

Линии электропередачи. Параметры линий и их номинальное напряжение оказывают существенное влияние на устойчивость системы.Индуктивное сопротивление линии может быть снижено рас­щеплением проводов, применяемым с целью уменьшения потерь на корону. Расщепление фазы на три провода (ВЛ 500 кВ) умень­шает реактивное сопротивление линии на 25...30 %. Уменьшить индуктивное сопротивлении линии можно, приме­няя продольную (емкостную) компенсацию реактивного сопротив­ления ВЛ, которая осуществляется последовательным включением в линию статических конденсаторов.

Сопротивления, включенные в нейтраль трансформатора.

Электрическое торможение генераторов.

Регулирование турбин. Небаланс мощности, возникающий при возмущении генератора, может быть уменьшен или полностью скомпенсирован снижением мощности турбины.

Резервы активной мощности на электрических станциях улучшают как статическую, так и динамическую устойчивость.

Резервы реактивной мощности.

Нормативные и методические указания по анализу статической устойчивости.

Группа 1. Отключение элемента сети напряжением 500 кВ и ниже. Однофазное короткое замыкание при работе основной защи­ты с успешным и неуспешным ОАПВ.

Группа 2. Отключение любого элемента сети напряжением выше 500 кВ (для схемы связи атомной электростанции (АЭС) с энергосистемой выше 750 кВ).

Группа 3. Одновременное отключение двух цепей или двух ли­ний, идущих по одной трассе более чем на половине длины более короткой линии.

Анализ динамической устойчивости простейшей системы графическим методом

Рассмотрим простейший случай, когда электростанция G работает через двухцепную линию на шины бесконечной мощности (см. рис. 1.82, а). Характеристика мощности, соответствующая нормальному (доаварийному) режиму

Рассмотрим работу генератора после её отключения. Схема замещения системы после отключения линии показана на рис. 1.82, в. Суммарное сопротивление послеаварийного режима увеличится по сравнению с (суммарное сопротивление нормального режима). Это вызовет уменьшение максимума характеристики мощности послеаварийного режима (кривая 2, рис. 1.82, г). После внезапного отключения линии происходит переход с характеристики мощности 1 на характеристику 2. Из-за инерции ротора угол δ не может измениться мгновенно, поэтому рабочая точка перемещается из точки а в точку b.На валу, соединяющем турбину и генератор, возникает избыточный момент, определяемый разностью мощности турбины, которая не изменилась после отключения линии, и новой мощности Генератора ). Под влиянием этой разности ротор машины начинает ускоряться, двигаясь в сторону больших углов δ. Это движение накладывается на вращение ротора с синхронной скоростью, и результирующая скорость вращения ротора будет , где ω0– синхронная скорость вращения; Δω – относительная скорость. В результате ускорения ротора рабочая точка начинает движение по характеристике 2. Мощность генератора возрастает, а избыточный (ускоряющий) момент (пропорциональный разности ) – убывает. Относительная скорость Δω возрастает до точки с. В точке с избыточный момент становится равным нулю, а скорость Δω – максимальной. Движение ротора со скоростью ω не прекращается в точке с, ротор по инерции проходит эту точку и продолжает движение. Но избыточный момент при этом меняет знак и начинает тормозить ротор. Относительная скорость вращения начинает уменьшаться и в точке d становится равной нулю. Угол δ в этой точке достигает своего максимального значения. Но и в точке d относительное движение ротора не прекращается, так как на валу агрегата действует тормозной избыточный момент, поэтому ротор начинает движение в сторону точки с, относительная скорость при этом становится отрицательной. Отсюда следует, что при максимальном угле отклонения площадь ускорения должна быть равна площади торможения. Максимально возможная площадь торможения определяется углом δкр. Если максимальный угол превысит значение δкр, то на валу турбина – генератор возникнет ускоряющий избыточный момент и генератор выпадет из синхронизма. На рис. 1.82, г площадь cdm – максимально возможная площадь ускорения. Определив её, можно оценить запас дин. устойчивости.