Размещено на http://www.allbest.ru/

курсовая работа по дисциплине “ЭМПП в ЭЭС”

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Введение

Целью данной работы является уяснить суть физических явлений, происходящих при протекании электромеханических переходных процессов, ознакомиться с мероприятиями по сохранению и повышению статической и динамической устойчивости энергосистем и математическими основами ее исследования.

Электромеханические переходные процессы протекают в системе при малых и больших возмущениях и связаны не только с изменением электрических параметров режима, но и с процессами в механической части генераторов. Основным уравнением, связывающим электрические и механические параметры является уравнение движения ротора генератора.

При неучете фактора времени, т. е. считая отклонения параметров режима независящими от времени протекания переходного процесса, получают статические характеристики генераторов, по которым исследуется статическая устойчивость системы (разделы 1, 2, 5 настоящего задания). Статическая устойчивость - это способность системы восстанавливать исходный режим после малого его возмущения или режим, весьма близкий к исходному (если возмущающее воздействие не снято).

Динамические характеристики, т. е. зависимости параметров режима с учетом их изменения во времени, на практике не используются ввиду их сложности. Для исследования динамической устойчивости энергосистем используются статические характеристики, а протекание переходного процесса во времени моделируется изменением одного из параметров режима, зависимость которого от времени может быть в последствии определена (разделы 3, 4 настоящего задания). Строго говоря, эта зависимость и будет являться динамической характеристикой. Динамическая устойчивость - это способность системы восстанавливать после большого возмущения исходное состояние или состояние, практически близкое к исходному (допустимому по условиям эксплуатации системы).

Фигурирующие здесь понятия малых и больших возмущений условны. Малым возмущением принято считать результат возмущающего воздействия, влияние которого на характер поведения системы проявляется практически независимо от места появления возмущающего воздействия и его значения (например, возмущения от колебаний нагрузки). Тогда как большое возмущение - это возмущение, влияние которого на характер поведения системы существенно зависит от времени существования, значения и места появления возмущающего воздействия (например, возмущения от оперативных переключений в сети, от коротких замыканий).

В задании необходимо, используя понятия статической и динамической устойчивости и математический аппарат их описания, исследовать устойчивость простейших систем (одно- и двухмашинных) к малым и большим возмущениям и предложить способы повышения их устойчивости.

1.1 Расчет статической устойчивости двухмашинной энергосистемы

Для заданной двухмашинной электрической системы (рис.1) построить угловые характеристики мощности, определить пределы передаваемой мощности от станции «А» и «Б», коэффициенты запаса статической устойчивости обеих станций в исходном режиме, относительный угол между ЭДС (_12пред), соответствующий пределу статической апериодической устойчивости. Расчеты выполнить для двух случаев:

1) генераторы станций «А» и «Б» снабжены регуляторами пропорционального действия;

2) генераторы станций «А» и «Б» снабжены регуляторами сильного действия.

1.2. Расчет предельного угла и времени отключения кз для одномашинной системы

Для станции «А», работающей на шины неизменного напряжения и частоты (), рассчитать предельные по условию сохранения динамической устойчивости угол и время отключения двухфазного КЗ на землю, происходящего на одной из цепей ЛЭП на расстоянии от начала.

1.3 Расчет устойчивости динамического перехода системы

Для станции «А», работающей на шины неизменного напряжения и частоты (), провести расчет и оценить устойчивость ди-намического перехода при следующих условиях: одна из цепей ЛЭП находится в ремонте, а в заданной точке рабочей цепи ЛЭП происходит однофазное КЗ на землю, которое отключается через = 0,2 с и далее с интервалом = 0,4 с после отключения КЗ происходит успешное ОАПВ ранее поврежденной фазы.

1.4 Обоснование мероприятий по повышению статической устойчивости системы (исследовательская часть)

Обосновать мероприятия, повышающие предел передаваемой мощности по условиям статической устойчивости на 20% для станции «А» (снабженной регуляторами сильного действия), работающей через одноцепную ЛЭП на шины неизменного напряжения и частоты ().

Примечания:

Активными сопротивлениями генераторов, трансформаторов и ЛЭП пренебречь.

Действие АРВ учесть приближенно: для АРВ пропорционального типа генераторы вводятся в схему замещения как и , для АРВ сильного действия - и .

3. Нагрузку учесть приближенно, заместив ее сопротивлением .

4. Принять погонное индуктивное сопротивление прямой последовательности ЛЭП = 0,4 (Ом/км).

В схеме нулевой последовательности принять:

1) для одной цепи ЛЭП ;

2) взаимное индуктивное сопротивление нулевой последовательности между цепями 1 и 2 двухцепной ЛЭП (при КЗ на двухцепной ЛЭП).

5. На шинах нагрузки в исходном режиме принять = 110 кВ,

=0,97 для всех соединений.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Однолинейная схема исследуемой системы

Таблица 1

Параметры оборудования

№	Генераторы	Трансформаторы
	Pном, МВт	cosц, о.е.	Uном, кВ	Xd, о.е.	X'd, о.е.	X2, о.е.	Tj, с	Sном, МВА	Uк, %	Uнн, кВ	Uвн, кВ
1,2	320	0,85	15,75	2,4	0,37	0,3	7,2	500	12	15,75	240
3	500	0,85	20	2,2	0,4	0,33	9	630	12,5	20	121
4	-	-	-	-	-	-	-	630	13	121	240

Таблица 2

Загрузка генераторов	0,7 Pном
Длина ЛЭП L, км	200
Место КЗ LК/L	0,9

Расчет статической устойчивости двухмашинной системы с АРВ генераторов пропорционального действия

Для данной схемы энергосистемы требуется привести все параметры к базисным условиям, представляя нагрузку неизменным сопротивлением. Определить сопротивления связи ЭДС генераторов с шинами нагрузки и полученную Т-образную систему преобразовать в П-образную, определив собственные и взаимные сопротивления и их дополняющие углы. По найденным параметрам определить статические характеристики генераторов и границы статической устайчивости системы. Сделать выводы.

Составление электрической схемы замещения

АРВ ПД генераторов в электрической схеме замещения учитываем как E'=const и X_Г = X'_d.

Примем базисные величины:

S_б = 1000 МВА;

U_бI = U_Н = 110 кВ;

Базисные напряжения на остальных ступенях трансформации рассчитываем по номинальным коэффициентам трансформации в соответствии с рис. 2:

Рис. 2 Электрическая схема замещения для генераторов с АРВ ПД с нумерацией ступеней трансформации

Элементы схемы замещенния в относительных единицах:

Модуль полной мощности нагрузки согласно табл. 2 и прим. 5:

Общую нагрузку генераторов замещаем неизменным сопротивлением.

Сопротивление нагрузки в о.е.:

Преобразование схемы замещения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3 Т-образная схема замещения для генераторов с АРВ ПД

Продольные сопротивления:

Собственные и взаимное сопротивления схемы замещения:

Дополняющие углы сопротивлений:

Расчет исходного режима

Потоки мощности от станции "А" (индекс 1) и от станции "Б" (индекс 2) в точке подключения нагрузки в о.е.:

Векторы переходных ЭДС определяем по второму закону Кирхгофа в соответствии с выражением (11) [1] (напряжение на шинах подключения нагрузки в о.е. равно 1):

Относительный угол между векторами переходных ЭДС в исходном режиме:

Расчет статических характеристик

Расчет статических характеристик для двухмашинной системы ведем по выражениям (12), (13) [1]:

Проверка по исходному режиму:

Построение статических характеристик электромагнитных мощностей для станций "А" и "Б" приведено на рис. 4, численные значения зависимостей приведены в табл. 3.

Максимальные значения электромагнитных мощностей станций:

Коэффициенты запаса статической устойчивости для каждой станции в исходном режиме:

Для нахождения границ статической апериодической устойчивости эквивалентные постоянные инерции станций приведем к базисным условиям и найдем их отношение:

Тогда границы статической апериодической устойчивости определятся из условия равенства нулю удельного относительного ускорения роторов эквивалентных генераторов станций:

Таблица 3

АРВ ПД
д, эл.град.	P1, о.е.	P1, МВт	P2, о.е.	P2, МВт
-180	-0,053	-53	0,072	72
-165	-0,155	-155	0,187	187
-150	-0,236	-236	0,308	308
-135	-0,291	-291	0,427	427
-120	-0,317	-317	0,534	534
-105	-0,311	-311	0,624	624
-90	-0,274	-274	0,69	690
-75	-0,208	-208	0,727	727
-60	-0,119	-119	0,733	733
-45	-0,011	-11	0,707	707
-30	0,107	107	0,652	652
-15	0,228	228	0,57	570
0	0,344	344	0,469	469
15	0,445	445	0,353	353
30	0,527	527	0,232	232
45	0,582	582	0,114	114
60	0,608	608	0,006	6
75	0,602	602	-0,083	-83
90	0,565	565	-0,149	-149
105	0,499	499	-0,186	-186
120	0,409	409	-0,192	-192
135	0,302	302	-0,166	-166
150	0,183	183	-0,111	-111
165	0,062	62	-0,03	-30
180	-0,053	-53	0,072	72

Рис. 4 Угловые характеристики электромагнитной мощности двухмашинной системы

Выводы

В выполненом задании АРВ генераторов в схеме замещения учитывалось приближенно с целью того, чтобы статические характеристики мощности генераторов представляли собой синусоидальные зависимости, поднятые над осью абсцисс на величину собственной мощности.

Замещение генератора с АРВ ПД переходной ЭДС за переходным сопротивлением правомерно, вследствие того, что механизм АРВ ПД обеспечивает регулирование напряжения на выводах генеретора в пределах постоянства переходной ЭДС: малому приращению напряжения соответствует большое приращение синхронной ЭДС с обратным знаком, переходная же ЭДС остается практически неизменной, как точка равновесия.

Для данной двухмашинной системы при учете АРВ ПД генераторов были определены статические характеристики как функции электромагнитной мощности генераторов от относительного угла. В отличие от одномашинной системы здесь критерий статической устойчивости записывается не для зависимости мощности от угла электропередачи, а для удельного (на единицу угла) ускорения роторов генератора относительно друг друга. Система устойчива тогда, когда относительное ускорение больше либо равно нулю. Исходя из уравнения движения ротора генератора, для указанного критерия получаем предельные по критерию статической устойчивости углы. Режим по условию статической устойчивости ограничен с отрицательного и положительного направления оси угла, т. к. относительный угол может быть и больше или меньше нуля в зависимости от соотношения мощностей станций и сопротивлений связи с шинами нагрузки.

Расчет статической устойчивости двухмашинной системы АРВ генераторов сильного действия

Задание на расчет и решение аналогичны предыдущему пункту, за исключением представления АРВ генераторов на схеме замещения.

Составление электрической схемы замещения

АРВ СД генераторов в электрической схеме замещения учитываем как U_Г=const и X_Г = 0. Поэтому для АРВ СД в схеме рис. 2 будут отсутствовать X_Г, а E' сменится на шины с U_Г. Преобразованная схема предстанет в следующем виде.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5 Т-образная схема замещения для генераторов с АРВ СД

Продольные сопротивления изменятся следующим образом:

Собственные и взаимное сопротивления схемы замещения:

Дополняющие углы сопротивлений:

Расчет исходного режима

Векторы напряжения на шинах электрических станций "А" и "Б" в исходном режиме:

Относительный угол между векторами напряжения в исходном режиме:

Расчет статических характеристик

Проверка по результатам исходного режима:

Построение статических характеристик электромагнитных мощностей для станций "А" и "Б" приведено на рис. 6, численные значения зависимостей приведены в табл. 4.

Максимальные значения электромагнитных мощностей станций:

Коэффициенты запаса статической устойчивости для каждой станции в исходном режиме:

Определим границы статической апериодической устойчивости:

Таблица 4

АРВ СД
д, эл.град.	P1, о.е.	P1, МВт	P2, о.е.	P2, МВт
-180	-0,097	-97	0,403	403
-165	-0,306	-306	0,621	621
-150	-0,492	-492	0,833	833
-135	-0,643	-643	1,024	1024
-120	-0,748	-748	1,181	1181
-105	-0,8	-800	1,295	1295
-90	-0,795	-795	1,356	1356
-75	-0,734	-734	1,36	1360
-60	-0,621	-621	1,309	1309
-45	-0,463	-463	1,204	1204
-30	-0,272	-272	1,053	1053
-15	-0,06	-60	0,867	867
0	0,158	158	0,657	657
15	0,367	367	0,439	439
30	0,554	554	0,228	228
45	0,704	704	0,036	36
60	0,809	809	-0,121	-121
75	0,861	861	-0,234	-234
90	0,856	856	-0,296	-296
105	0,795	795	-0,3	-300
120	0,682	682	-0,249	-249
135	0,524	524	-0,144	-144
150	0,333	333	0,007	7
165	0,121	121	0,193	193
180	-0,097	-97	0,403	403

Рис. 6 Угловые характеристики электромагнитной мощности двухмашинной системы

Выводы

Замещение генератора с АРВ СД шинами с неизменным напряжением правомерно, вследствие того, что механизм АРВ СД в состоянии поддерживать практически неизменное напряжение на выводах генератора при изменении передаваемой мощности.

При сравнении статических характеристик, полученных для АРВ ПД и СД генераторов, обнаруживается следующее: для АРВ СД значения максимумов электромагнитной мощности обоих генераторов выше, следовательно больше коэффициенты запаса статической устойчивости, угол расхождения фаз ЭДС генераторов уменьшается. Если судить по схемным параметрам, то увеличение электромагнитной мощности обусловлено уменьшением взаимных и собственных сопротивлений П-образной схемы замещения за счет исключения из схемы замещения генераторов переходных сопротивлений по продольной оси. В реальных системах АРВ СД лучше поддерживает напряжение на выводах генератора с ростом передаваемой мощности, а т. к. генераторное напряжение учавствует в выражении для электромагнитной мощности, то и характеристика для АРВ СД пройдет выше, чем характеристика для АРВ ПД.

Расчет предельного угла и времени отключения КЗ для одномашинной системы

Для схем нормального, аварийного и послеаварийного режимов необходимо найти сопротивление связи и, принимая ЭДС эквивалентного генератора станции "А" во всех режимах постоянной и равной переходной, а напряжение на шинах подключения нагрузки неизменным, рассчитать статические характеристики электромагнитных мощностей и провести по ним анализ динамической устойчивости генератора.

Нормальный режим

Согласно заданию в нормальном режиме генераторы станции "А" работают на шины неизменного напряжения и частоты (U_С = U_Н = const, щ = const), передавая активную мощность P₀ = P₁₍₀₎ через Т1, Т2, двухцепную ЛЭП и Т4 (рис. 7).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7 Схема замещения одномашинной системы в нормальном режиме

Т.к. в приближенных расчетах в течение всего динамического перехода генераторы замещаются переходной ЭДС за переходным сопротивлением, то параметры для характеристики нормального режима можно позаимствовать из предыдущего раздела (для генераторов с АРВ ПД):

В этих условиях при неучете активных сопротивлений элементов сети характеристика электромагнитной мощности генераторов станции "А" нормального режима будет описываться выражением ([1], стр. 18):

Проверка по исходному режиму:

Аварийный режим (двухфазное КЗ на землю)

На расстоянии L_К от шин станции "А" на одной из цепей линии происходит двухфазное КЗ на землю (К^(1,1)), появляется поперечная несимметрия. В этом случае схема замещения представляет собой схему замещения нормального режима, в которой между точкой КЗ и землей подключен шунт, составленный из параллельно соединенных суммарных сопротивлений схем обратной и нулевой последовательности (рис. 8).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8 Схема замещения одномашинной системы в аварийном режиме

Сопротивления участков линии до и после точки КЗ (отношение L_К/L берется из табл. 2):

Сопротивление шунта в схеме, эквивалентной токам прямой последовательности:

Для определения сопротивления шунта найдем суммарные сопротивления схем обратной и нулевой последовательностей.

В схеме замещения обратной последовательности отсутствуют ЭДС источников, в точке КЗ имеет место напряжение обратной последовательности и сопротивление эквивалентного генератора изменено на сопротивление токам обратной последовательности (рис. 9).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9 Схема замещения обратной последовательности

Пересчитаем сопротивление эквивалентного генератора станции для токов обратной последовательности (сопротивление одного генератора токам обратной последовательности в о.е., приведенное к его номинальным параметрам дано в табл. 1):

Для определения X_2У упростим схему замещения обратной последовательности. Прежде всего, треугольник X_Л, X'_Л, X''_Л преобразуем в эквивалентную звезду:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10 Упрощение схемы замещения обратной последовательности

Тогда суммарное сопротивление схемы обратной последовательности найдется как:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11 Эквивалентная схема замещения обратной последовательности

В схеме замещения нулевой последовательности отсутствуют ЭДС источников и сопротивления за обмоткой эквивалентного трансформатора, соединенной в треугольник, в точке КЗ имеет место напряжение нулевой последовательности, схема двухцепной ЛЭП преобразована с учетом влияния грозозащитного троса и взаимной индуктивности цепей (рис. 12).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 12 Схема замещения нулевой последовательности

Пересчитываем сопротивление цепи линии (также участков цепи относительно точки КЗ) и определяем сопротивления взаимоиндукции с учетом примечания 4 к исходным данным:

Для определения X_0У упростим схему замещения обратной последовательности. Прежде всего, треугольник X_Л0- X_М, X'_Л0- X'_М, X"_Л0- X"_М преобразуем в эквивалентную звезду (запись знаменателя обусловлена равенствами X_Л0 = X'_Л0 + X''_Л0 и X_М = X'_М + X''_М):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 13 Упрощение схемы замещения нулевой последовательности

Тогда суммарное сопротивление схемы нулевой последовательности найдется как:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 14 Эквивалентная схема замещения нулевой последовательности

Зная суммарные сопротивления схем обратной и нулевой последовательностей, найдем сопротивление шунта в схеме, эквивалентной токам прямой последовательности и преобразуем эту схему.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 15 Упрощение схемы эквивалентной токам прямой последовательности

Здесь сопротивления эквивалентной звезды X₁, X₂, X₃ равны соответствующим сопротивлениям, полученным при преобразовании схемы обратной последовательности:

Для полученной Т-образной схемы замещения сопротивление связи определится по формуле преобразования звезды в эквивалентный треугольник:

Тогда характеристика электромагнитной мощности аварийного режима запишется как:

Послеаварийный режим

После возникновения КЗ происходит отключение поврежденной фазы ЛЭП, поэтому в схеме послеаварийного режима сопротивление линии будет в два раза больше (ср. со схемой рис. 7).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 16 Схема замещения одномашинной системы в послеаварийном режиме

Сопротивление связи в послеаварийном режиме:

Тогда характеристика электромагнитной мощности послеаварийного режима запишется как:

Расчет предельного угла отключения места КЗ

По итогам расчета характеристик электромагнитных мощностей строим зависимости P_(i)(д). При превышении мощности турбины над электромагнитной мощностью роторы генераторов начнут ускоряться, т.к. момент турбины является для генератора ускоряющим. В противном случае роторы генераторов станции "А" будут замедляться. Графически эти процессы представляются площадками ускорения и торможения на графиках статических характеристик электромагнитных мощностей различных режимов. Исходя из равенства площадок ускорения роторов генераторов станции "А" и возможного торможения определяется предельный угол отключения места КЗ.

Статические характеристики приведены в табл. 5 и на рис. 17 (значения мощности турбины и исходного угла электропередачи приведены в расчете схемы нормального режима).

Таблица 5

Статические характеристики электромагнитных мощностей

д, эл.град.	P(I) = 0,797sinд, о.е.	P(II) = 0,423sinд, о.е.	P(III) = 0,546sinд, о.е.
	о.е.	МВт	о.е.	МВт	о.е.	МВт
0	0	0	0	0	0	0
15	0,206	206	0,11	110	0,141	141
30	0,398	398	0,212	212	0,273	273
45	0,563	563	0,299	299	0,386	386
60	0,69	690	0,366	366	0,473	473
75	0,77	770	0,409	409	0,527	527
90	0,797	797	0,423	423	0,546	546
105	0,77	770	0,409	409	0,527	527
120	0,69	690	0,366	366	0,473	473
135	0,563	563	0,299	299	0,386	386
150	0,398	398	0,212	212	0,273	273
165	0,206	206	0,11	110	0,141	141
180	0	0	0	0	0	0

Определим критический угол - угол, после прохождения которого по характеристике послеаварийного режима ротор снова начнет ускоряться.

Предельный угол отключения места КЗ определяем из условия равенства площадок ускорения и возможного торможения роторов генераторов:

Предельный угол отключения:

Рис. 17 Статические характеристик электромагнитных мощностей

Расчет предельного времени отключения места КЗ

Время t_от.пр., соответствующее предельному углу отключения, определяется из зависимости д(t), представляющей собой решение дифференциального уравнения движения роторов генераторов станции "А". Поиск решения дифференциального уравнения ведется методом последовательных интервалов.

Согласно метода весь процесс движения роторов генераторов во времени разбиваем на ряд равных промежутков Дt = 0,05с и определяем постоянный для всех интервалов времени коэффициент, имитирующий ускорение роторов:

где Т_jA - эквивалентная постоянная инерции станции "А", приведенная к базисным условиям - определена при нахождении границ статической апериодической устойчивости для двухмашинной системы с АРВ ПД (с. )

Первый интервал.

На первом интервале определяем избыток мощности, действующий в начале интервала, (по разности механической и электромагнитной мощностей) и рассчитываем приращение угла за интервал с учетом равенства нулю относительной скорости в начале первого интервала:

Определяем значения угла и времени в конце интервала:

Второй интервал.

На втором и последующих интервалах также определяется избыток мощности в начале интервала, рассчитывается приращение угла за интервал, но с учетом приращения за предыдущий, и определяется значения угла и времени в конце интервала:

Расчет по остальным интервалам времени приведен в табл. 5.

Таблица 5

Расчет предельного времени отключения места КЗ

№ инт.	Дд, эл.град.	д, эл.град.	ДP, о.е.	t, с
0	-	34,217	0,21	0
1	0,872	35,089	0,205	0,05
2	2,574	37,663	0,189	0,1
3	4,146	41,808	0,166	0,15
4	5,524	47,332	0,137	0,2
5	6,661	53,993	0,106	0,25
6	7,539	61,532	0,076	0,3
7	8,172	69,704	0,051	0,35
8	8,597	78,301	0,034	0,4
9	8,878	87,178	0,026	0,45
10	9,089	96,268	0,028	0,5
11	9,318	105,585	0,041	0,55
12	9,654	115,239	0,065	0,6
13	10,197	125,437	0,103	0,65
14	11,055	136,492	0,157	0,7

По данным табл. 5. строим график зависимости д(t) (рис. 18), из которого по известному значению д_от.пр. определяем t_от.пр.. Получаем:

Рис. 18 Определение tот.пр.

Выводы

Для данной передаваемой мощности режим двухфазного КЗ на землю на ЛЭП не является особенно тяжелым с точки зрения сохранения динамической устойчивости системы, т. к. при движении по характеристике послеаварийного режима возникает площадка торможения, по приблизительным оценкам полностью компенсирующая полученное роторами ускорение. Т.о. расчетного предельного времени отключения более чем достаточно на отключение поврежденной линии сети. После перехода на характеристику аварийного режима роторы будут совершать по ней качания относительно точки равновесия (д0, P0). Последующие циклы качаний здесь не рассматривались, однако, как правило, для одномашинной системы в этом случае устойчивость сохраняется, что не всегда правомерно для сложных многомашинных систем. Полученные результаты позволяют говорить о существенной роли передаваемой в нормальном режиме мощности, как для одномашинной, так и для сложных систем, в динамической и статической устойчивости. При увеличении передаваемой мощности без изменения электромагнитной мощности генераторов (т. е. изменения сопротивления связи) будет уменьшаться запас статической устойчивости и увеличиваться площадка ускорения на первом цикле качаний при динамическом переходе на характеристику аварийного режима.

Расчет устойчивости динамического перехода

После вывода в ремонт цепи с двухфазным КЗ на землю, рассмотренным в предыдущем разделе, на оставшейся в работе цепи ВЛ происходит однофазное КЗ, которое ликвидируется отключением поврежденной фазы. С некоторой выдержкой времени происходит успешное повторное включение этой фазы и схема возвращается в исходное состояние. Необходимо исследовать станцию "А" на динамическую устойчивость в этих условиях. Для нахождения соотношения площадей ускорения и возможного торможения определим сопротивление связи для каждого из режимов, переходную ЭДС и построим характеристики электромагнитной мощности.

Известен интервал времени, по истечении которого с момента КЗ отключается поврежденная фаза, и время паузы ОАПВ:

Ремонтный (исходный) режим

Схема данного режима совпадает со схемой послеаварийного режима по условиям предыдущего раздела (см. рис. 16), т.к. одна из цепей линии выведена в ремонт, сопротивления остальных элементов в симметричном режиме не меняют своего значения. Поэтому значение сопротивления связи позаимствуем из предыдущего раздела:

Значение переходной ЭДС необходимо пересчитать с учетом имеющегося сопротивления связи по формуле, использованной в первом разделе задания:

Считаем ЭДС постоянной во всех режимах и равной переходной.

Тогда характеристика электромагнитной мощности определится как:

Проверка по исходному режиму:

Аварийный режим (однофазное КЗ)

На расстоянии L_К от шин станции "А" на одной из цепей линии происходит однофазное КЗ (К⁽¹⁾). В этом случае схема замещения представляет собой схему замещения ремонтного (исходного) режима, в которой между точкой КЗ и землей подключен шунт, составленный из последовательно соединенных суммарных сопротивлений схем обратной и нулевой последовательности (рис. 19). Расчет сопротивления связи в этом случае аналогичен соответствующим выкладкам во втором разделе задания и приведен здесь в сокращенном виде. Величины, расчет которых не приведен подробно, заимствуются из предыдущего раздела.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 19 Схема замещения одномашинной системы в аварийном режиме

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 20 Схема замещения обратной последовательности

В схеме замещения нулевой последовательности отсутствует сопротивление взаимоиндукции между цепями линии из-за отсутствия тока во второй цепи линии:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 21 Схема замещения нулевой последовательности

Определим сопротивление шунта в схеме, эквивалентной токам прямой последовательности, и рассчитаем сопротивление связи в аварийном режиме:

Тогда характеристика электромагнитной мощности определится как:

Послеаварийный (неполнофазный) режим

При отключении поврежденной фазы в схеме электропередачи возникает продольная несимметрия (L⁽¹⁾). Для ее учета в схеме замещения данного режима, эквивалентной токам прямой последовательности, по месту разрыва фазы включается добавочное сопротивление, составленное из параллельно соединенных суммарных сопротивлений схем обратной и нулевой последовательности данного режима (рис. 22). Поскольку элементы схемы соединены последовательно, то равносильно подключить добавочное сопротивление между полным X_Л и X_Т4, избегая дробления сопротивления ВЛ на составляющие X'_Л и X''_Л.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 22 Схема замещения послеаварийного (неполнофазного) режима

Добавочное сопротивление в схеме, эквивалентной токам прямой последовательности:

Для определения X_Д^(н) рассчитаем суммарные сопротивления схем обратной и нулевой последовательностей. Аналогично замечанию для схемы, эквивалентной токам прямой последовательности, расположение напряжения обратной и нулевой последовательностей в соответствующих схемах замещения не играет роли из-за последовательного соединения элементов.

В схеме замещения обратной последовательности отсутствуют ЭДС источников, в месте разрыва помещено напряжение обратной последовательности, и сопротивление эквивалентного генератора изменено на сопротивление токам обратной последовательности (рис. 23).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 23 Схема замещения обратной последовательности при продольной несимметрии

Тогда суммарное сопротивление схемы обратной последовательности запишется как:

В схеме замещения нулевой последовательности отсутствуют ЭДС источников и сопротивления за обмоткой эквивалентного трансформатора, соединенной в треугольник, в месте разрыва помещено напряжение нулевой последовательности, сопротивление цепи ЛЭП пересчитано с учетом влияния грозозащитного троса (рис. 24).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 24 Схема замещения нулевой последовательности при продольной несимметрии

Тогда суммарное сопротивление схемы нулевой последовательности запишется как:

Зная суммарные сопротивления схем обратной и нулевой последовательностей можно определить добавочное сопротивление и, в соответствии со схемой рис. 22, рассчитать сопротивление связи в послеаварийном (неполнофазном) режиме:

Тогда характеристика электромагнитной мощности определится как:

Расчет углов коммутации

Расчет углов коммутации ведется с использованием характеристик электромагнитных мощностей, определенных выше. Статические характеристики электромагнитных мощностей для трех режимов приведены в табл. 7 и на рис. 25.

Таблица 7

Статические характеристики электромагнитных мощностей

д, эл.град.	P(I) = 0,662sinд, о.е.	P(II) = 0,498sinд, о.е.	P(III) = 0,394sinд, о.е.
	о.е.	МВт	о.е.	МВт	о.е.	МВт
0	0	0	0	0	0	0
15	0,171	171	0,129	129	0,102	102
30	0,331	331	0,249	249	0,197	197
45	0,468	468	0,352	352	0,278	278
60	0,573	573	0,432	432	0,341	341
75	0,639	639	0,481	481	0,38	380
90	0,662	662	0,498	498	0,394	394
105	0,639	639	0,481	481	0,38	380
120	0,573	573	0,432	432	0,341	341
135	0,468	468	0,352	352	0,278	278
150	0,331	331	0,249	249	0,197	197
165	0,171	171	0,129	129	0,102	102
180	0	0	0	0	0	0

Для данного динамического перехода имеем три угла коммутации и три момента времени коммутации, начинающих свой отсчет с нуля. Первый угол д₀, при котором в момент КЗ (т. е. при моменте времени t₀ = 0) происходит переход работы генераторов с характеристики ремонтного (исходного) режима (I) на характеристику аварийного режима (II). Этот угол известен и определен при расчете переходной ЭДС как угол электропередачи в исходном режиме:

д₀ = 42,623.

Второй и третий углы коммутации соответствуют моментам времени отключения КЗ (t_от = t₀ + Дt_КЗ = 0,2с) и успешного ОАПВ поврежденной фазы (t_АПВ = t₀ + Дt_КЗ + Дt_ОАПВ = 0,6с). Эти углы определяются из зависимости д(t), рассчитываемой методом последовательных интервалов по характеристикам аварийного и послеаварийного (неполнофазного) режимов.

Согласно метода весь процесс движения роторов генераторов во времени разбиваем на ряд равных промежутков Дt = 0,05с и проводим расчет по характеристике аварийного режима аналогично соответствующему расчету в предыдущем разделе задания. Причем величина коэффициента, имитирующего ускорение роторов, заимствуется из предыдущего раздела задания. Этот расчет не приводится здесь подробно и выполняется вплоть до момента времени t_от (см. табл. 8).

В момент времени t_от происходит переход с характеристики аварийного режима на характеристику послеаварийного (неполнофазного), что ведет к скачку избытка мощности. В приближенном расчете этот скачок учитывается тем, что на следующем после t_от интервале избыток мощности определяется как среднеарифметическое избытков мощности по характеристикам II и III. Это проиллюстрировано ниже с использованием значения угла и номера интервала из табл. 8.

Дальнейший расчет ведется без изменений и также внесен в табл. 8.

Таблица 8

Расчет углов коммутации

№ инт.	Дд, эл.град.	д, эл.град.	ДP, о.е.	T, с	№ инт.	Дд, эл.град.	д, эл.град.	ДP, о.е.	t, с
0	-	42,623	0,111	0	7	5,832	64,034	0,094	0,35
1	0,459	43,083	0,108	0,05	8	6,611	70,645	0,076	0,4
2	1,355	44,438	0,099	0,1	9	7,244	77,889	0,063	0,45
3	2,179	46,617	0,086	0,15	10	7,765	85,654	0,055	0,5
4	2,894	49,511	0,109	0,2	11	8,223	93,877	0,055	0,55
5	3,797	53,308	0,132	0,25	12	8,678	102,555	0,097	0,6
6	4,893	58,201	0,113	0,3

Графически представлять зависимость д(t) нет необходимости, т.к. все используемые моменты времени лежат не в середине интервала, а на границе. Тогда по табл. 8 для заданных моментов коммутации имеем углы:

д₀ = 42,623⁰ при t₀ = 0с;

д_от = 49,511⁰ при t_от = 0,2с;

д_АПВ = 102,555⁰ при t_АПВ = 0,6с.

После ОАПВ поврежденной фазы движение роторов генераторов происходит по характеристике нормального режима. Поэтому максимальный угол с точки зрения динамической устойчивости, обусловленный пересечением характеристики с мощностью турбины (после его прохождения роторы снова начнут ускоряться), найдется из выражения:

Определение площадок ускорения и возможного торможения

По известным углам коммутации с использованием графиков на рис. 25 можно определить площадки ускорения (на рис. 25 выделены вертикальной штриховкой) и возможного торможения (на рис. 25 выделены горизонтальной штриховкой). Определяем их по следующим интегральным выражениям (причем для получения положительного значения площадки торможения меняем местами пределы интегрирования):

Получаем запас площади торможения:

Система не обладает достаточной динамической устойчивостью.

Рис. 25 Статические характеристики электромагнитных мощностей

Выводы

Полученные значения площадок ускорения и возможного торможения позволяют говорить о несохранении динамической устойчивости системы при однофазном КЗ на линии. Из рис. 25 видно, что при данном виде и месте КЗ можно добиться большего запаса динамической устойчивости путем увеличения времени нахождения системы в режиме КЗ, т.к. характеристика послеаварийного (неполнофазного) режима проходит ниже характеристики аварийного т.е. является менее выгодной с точки зрения уменьшения ускорения роторов на первом цикле качания. Однако увеличение времени нахождения системы в режиме КЗ нежелательно с точки зрения теплового и динамического воздействия токов КЗ на элементы сети. С другой стороны уменьшать время паузы ОАПВ недопустимо из-за времени течения процесса рекомбинации ионов в месте возникновения дуги на землю и, как следствие, восстановления электрической прочности воздушного промежутка. Это приведет к увеличению времени повторного включения поврежденной фазы и уменьшению торможения роторов по характеристике I, что не может быть в данном случае оправдано уменьшением площадки ускорения.

Обоснование мероприятий по повышению статической устойчивости одномашинной системы

генератор электромеханический устойчивость цепь

Среди различных мероприятий по повышению статической устойчивости остановимся на установке устройств продольной компенсации в цепи эквивалентного генератора. В выборе места установки устройств продольной компенсации основываемся на уменьшении расходов на изоляцию при включении эквивалентного конденсатора на меньшее напряжение. Технически это означает меньшее количество последовательно включенных конденсаторов.

Установка устройств продольной компенсации в цепях генераторов.

Выполним расчет по установке устройств продольной компенсации при увеличении предела передаваемой мощности на 20%. Схему сети при этом позаимствуем из первого раздела задания для генераторов с АРВ СД, исключив из схемы станцию "Б" и представляя шины нагрузки шинами бесконечной мощности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 26 Схема замещения одномашинной системы

Максимум электромагнитной мощности при имеющимся сопротивлении связи:

Для режима увеличенной мощности электропередачи имеем:

Максимум электромагнитной мощности при увеличении предела передаваемой мощности на 20%:

Передаваемая мощность для увеличенного предела при коэффициенте запаса K_З = 20%:

Угол электропередачи:

Сопротивление связи по формуле для максимума электромагнитной мощности:

Реактивная мощность в начале электропередачи:

Полная мощность в начале электропередачи:

Ток, протекающий по сети:

Или в именованных единицах для начала электропередачи (генератор находится на второй ступени трансформации - см. рис. 1):

В качестве устройств продольной компенсации применяем батареи конденсаторов. Необходимое для повышения предела предаваемой мощности сопротивление батареи конденсаторов найдется как:

Или в именованных единицах:

Необходимая емкость батареи:

По табл. 6.23. [3] выбираем тип конденсатора для установки продольной компенсации:

КСПК - 1,05 - 120У1

Для определения числа последовательно соединенных конденсаторов определим падение напряжения на батарее:

Тогда необходимое по условию электрической прочности изоляции число последовательно соединенных конденсаторов определится как:

Емкость последовательной ветви установки:

Число параллельных ветвей:

В цепи каждого из генераторов устанавливаем по m/2 = 218 последовательных ветвей конденсаторов.

Сопротивление реальной установки:

Определим по новым параметрам системы и режима напряжение на стороне НН трансформатора:

Это значение напряжения в сравнении с имеющимся для режима без увеличения передаваемой мощности является неприемлемым, т. к. на низшей стороне трансформатора в блоке должно обеспечиваться напряжение U_нн = 15,75 кВ. Тогда как в нашем случае напряжение на выводах генератора увеличилось по сравнению с исходным (принимаемым за нормальное) на

Выводы

В результате расчета при попытке установить устройства продольной компенсации в цепях генераторов получили неприемлемые режимные параметры. Это связано повышением напряжения на стороне НН блочных трансформаторов за счет падения на сопротивлении установленных в цепи генераторов конденсаторных батарей. Механизмом ПБВ трансформатора с пределами регулирова...