Файл: Б.В. Соколов Переходные процессы в электроэнергетических системах.pdf

10

Методические указания

Выбор наиболее подходящего метода расчета режима трехфазного КЗ зависит от исходных условий: от места рассматриваемого КЗ в электрической системе, от назначения выполняемого расчета, от интересующего момента времени и т.д.

Наиболее просто и с достаточной точностью производится расчет ПП при удаленном КЗ, не вызывающем заметного увеличения токов в питающих генераторах в некоторой части сети. При этом действующее значение напряжения в некотором месте сети можно считать неизменным. В этом случае периодическую составляющую КЗ подсчитывают непосредственно, а ее действующее значение считают неизменным.

Сравнительно просто производят расчет начального сверхпереходного режима КЗ. При этом генераторы замещают начальными значениями сверхпереходных ЭДС и сверхпереходными продольными сопротивлениями, а нагрузки – сверхпереходными ЭДС и сопротивлениями.

При расчете переходного процесса (от начального режима до установившегося) обычно используют метод расчетных кривых или метод спрямленных характеристик. Первый метод наиболее прост для практического применения, но в общем случае позволяет с приемлемой точностью определять значение тока только в месте КЗ. Второй метод дает возможность находить распределение токов и напряжений по цепи, но требует большей затраты времени при выполнении расчетов.

При изучении этой темы следует научиться пользоваться методом расчетных кривых в различных практических случаях. Для практического использования расчетных кривых нужно определить расчетные сопротивления генерирующих ветвей (т.е. сопротивления относительно точки КЗ, приведенные к номинальным данным эквивалентных генераторов ветви). Нагрузки не следует учитывать в схемах замещения, т.к. они учтены при построении этих кривых.

Контрольные вопросы

1.Как определить начальное значение тока КЗ, создаваемого источником неограниченной мощности, генератором, двигателем, обобщенной нагрузкой?

2.Почему при пользовании расчетными кривыми ветвь «системы»

11

нельзя объединять с ветвями генераторов в один эквивалентный источник?

3.В каких случаях можно выполнять расчет токов КЗ по их общему изменению?

4.В каких случаях необходимо рассчитывать токи КЗ по их индивидуальному изменению?

5.Как выполняются расчеты при подпитке точки КЗ синхронными (асинхронными) двигателями?

6.Особенности расчетов токов КЗ в электрических сетях напряжением до 1000 В.

Тема 8. Метод симметричных составляющих

Симметричные составляющие токов и напряжений при исследовании переходных процессов. Параметры электрических машин, обобщенной нагрузки, трансформаторов и автотрансформаторов, воздушных линий и кабелей для токов различных последовательностей. Составление схем замещения для прямой, обратной и нулевой последовательностей. Распределение и трансформация токов и напряжений различных последовательностей. Определение сопротивлений элементов СЭС токам отдельных последовательностей.

Методические указания

Используя разложение системы несимметричных трехфазных токов и напряжений на симметричные составляющие и пренебрегая влиянием высших гармонических составляющих, расчеты режимов несимметричных КЗ в одной точке цепи можно производить аналогично расчету режимов трехфазного КЗ.

На основании известных соотношений между симметричными составляющими токов и напряжений в точке КЗ следует составить соответствующие комплексные схемы, с помощью которых следует определить ток прямой последовательности как ток некоторого эквивалентного трехфазного КЗ. При этом оказывается возможным применять известные методы расчета. Необходимо научиться производить расчет сопротивлений и составлять схемы всех трех последовательностей: прямой, обратной и нулевой, а также составлять комплексные схемы для основных случаев несимметричного КЗ.

12

Ветви нагрузок представляют собой дополнительные пути для протекания токов обратной последовательности. Поэтому в принципе ветви нагрузок должны включаться в схему замещения обратной последовательности по месту их действительного присоединения независимо от метода расчета.

Контрольные вопросы

1.Сущность метода симметричных составляющих.

2.Сопротивления обратной последовательности синхронных ма-

шин.

3.Сопротивления нулевой последовательности силовых трансформаторов для схем соединения обмоток звезда-звезда, звездатреугольник.

4.Распределение токов нулевой последовательности по сети (пути циркуляции токов нулевой последовательности).

Тема 9. Однократная поперечная несимметрия

Методика расчета переходных процессов при однократной поперечной несимметрии: однофазное и двухфазное КЗ на землю. Комплексные схемы замещения. Векторные диаграммы токов и напряжений. Правило эквивалентности прямой последовательности. Применение практических методов к расчету переходного процесса при однократной поперечной несимметрии. Сравнение токов при различных видах поперечной несимметрии.

Методические указания

Следует иметь в виду, что в месте несимметричного КЗ трехфазная цепь не делится на независимые части, а остается связанной через неповрежденные фазы. Распределения по цепи токов прямой последовательности отличаются от распределения токов нулевой последовательности. По неповрежденным фазам всех звеньев цепи в общем случае протекают токи нескольких последовательностей. Токи прямой и обратной последовательностей в переходном процессе проходят по одинаковым путям.

13

Контрольные вопросы

1.Сущность поперечной несимметрии.

2.Различия между схемами прямой, обратной и нулевой последовательностей.

3.Правило эквивалентности прямой последовательности.

4.Комплексные схемы замещения и векторные диаграммы (токов

инапряжений) для различных видов КЗ.

5.Граничные условия для основных видов несимметричных КЗ.

6.Как деформируются векторные диаграммы токов и напряжений при различных видах КЗ по мере удаления от точки КЗ?

7.Методика расчета токов несимметричных КЗ при использовании расчетных кривых.

Тема 10. Однократная продольная несимметрия

Методика расчета переходного процесса при однократной продольной несимметрии: обрыв одной или двух фаз, несимметрия от включения неодинаковых сопротивлений. Комплексные схемы замещения. Векторные диаграммы напряжений и токов. Правило эквивалентности прямой последовательности для продольной несимметрии.

Методические указания

Конечной целью анализа нарушений продольной симметрии и сложных видов повреждений является расчет значений токов и напряжений в ветвях повреждений и в заданных точках системы электроснабжения.

Следует обратить внимание на тот факт, что для формализации (унификации) анализа продольную несимметрию представляют в виде включения в каждую из фаз неодинаковых сопротивлений.

Реальную схему электрической сети с однократной продольной несимметрией (разрыв одной или двух фаз, включение неодинаковых сопротивлений в фазы) приводят к схемам замещения без разрыва фаз. Это достигается введением в месте повреждения источника продольного напряжения, имеющего значение, равное падению напряжения в месте продольной несимметрии.

В системе электроснабжения могут возникать одновременно по-

14

перечная и продольная несимметрии в разных комбинациях, которые образуют сложные виды повреждений. При сложных видах повреждений последовательность вычислений повторяется для каждой точки нарушения продольной симметрии. Каждая точка нарушения симметрии характеризуется тремя симметричными составляющими тока и тремя симметричными составляющими напряжения.

Поэтому при двухкратной несимметрии необходимо определить 12 неизвестных симметричных составляющих, для нахождения которых необходимо составить столько же независимых уравнений. Исходя из граничных условий для каждого места нарушения симметрии трехфазной системы можно получить по три уравнения связи симметричных составляющих тока и напряжения.

Контрольные вопросы

1.Порядок расчетов при анализе продольной несимметрии с помощью метода симметричных составляющих.

2.Граничные условия для двойного замыкания на землю в разных точках сети и фазах.

3.Последовательность расчетов при анализе сложных видов повреждений по методу симметричных составляющих.

Тема 11. Электромагнитные переходные процессы при особых условиях

Сложные виды повреждений. Замыкания в распределительных сетях и системах электроснабжения. Замыкание фазы на землю в сети с изолированной нейтралью. Векторная диаграмма токов и напряжений. Комплексная схема замещения. Ограничение токов замыкания на землю. Однофазное замыкание с одновременным обрывом фазы. Переходные процессы в СЭС с учетом батарей статических конденсаторов.

Тема 12. Общие сведения об электромеханических процессах в электроэнергетических системах

Классификация электромеханических переходных процессов. Основные положения, применяемые при анализе. Основные характеристики режимов системы и задач их анализа. Устойчивость и качество

15

переходного процесса. Векторные диаграммы и соотношения между параметрами в простейшей системе.

Методические указания

Задачей поддержания требуемого режима системы электроснабжения является ограничение изменений параметров узловых точек в таких пределах, при которых сохраняется ее устойчивость, т.е. способность системы восстанавливать исходный или близкий к нему режим после его нарушения под воздействием различных возмущений.

Чтобы проверить статическую устойчивость системы электроснабжения, необходимо составить дифференциальные уравнения малых колебаний для всех ее элементов и регулирующих устройств, а затем исследовать корни характеристического уравнения на устойчивость. Поскольку строгое решение такой задачи очень сложно, в инженерных расчетах применяют приближенные методы исследования устойчивости.

Для оценки устойчивости применяют линеаризацию систем дифференциальных уравнений и понижение их порядка с целью получения простых универсальных методов и алгоритмов расчета.

Анализ статической устойчивости по его возрастающей сложности разбивают на несколько этапов. Вначале устанавливают факт наличия устойчивости или неустойчивости установившегося режима, а затем по виду кривой (или другим признакам) различают характер переходного процесса.

Задачами анализа динамической устойчивости является оценка характера переходного процесса при сильных возмущениях, установление критических параметров при изменении режима, а также расчет значений существенных параметров при переходе от одного состояния в другое. Необходимо обратить внимание на ряд допущений, применяемых при использовании приближенных методов анализа динамической устойчивости.

Обычно система электроснабжения предприятия получает питание от нескольких независимых источников. В этом случае систему внешнего электроснабжения можно рассматривать как сложную систему.

Оценка результирующей устойчивости системы электроснабжения заключается в определении условий, при которых восстанавливается нормальный режим ее работы в случае возникновения асинхронного

16

режима работы ее отдельных элементов. При этом следует анализировать как процесс перехода ненагруженных синхронных машин из асинхронного режима в синхронный (процесс синхронизации), так и процесс вхождения в синхронизм нагруженных синхронных машин, ранее выпавших из синхронизма и работающих асинхронно (процесс ресинхронизации). Этот анализ необходим для выяснения причин появления асинхронного режима и устранения его последствий, а также для принятия мер, способствующих восстановлению синхронной работы электроустановок.

Контрольные вопросы

1.От чего зависит передаваемая активная мощность?

2.Идеальный предел мощности. Какие допущения принимают при его определении?

3.Что такое статистическая устойчивость электрической системы?

4.Как показать, что режим работы на восходящей части угловой характеристики мощности является устойчивым, а на нисходящей части

–неустойчивым?

5.Что такое динамическая устойчивость электрической системы?

6.Как зависит предельная передаваемая мощность от времени?

7.Какое наименьшее время отключения повреждения может быть осуществлено в настоящее время?

8.Что называется каскадным отключением и как оно влияет на динамическую устойчивость?

9.Как влияет применение быстродействующего возбуждения на условия динамической устойчивости и устойчивости нагрузки?

Тема 13. Практические критерии статической и динамической устойчивости

Исследование статической устойчивости простейшей нерегулируемой системы, прямой критерий статической устойчивости. Возможность появления неустойчивости нормального режима при отключении параметров от установившихся значений. Применение практических критериев устойчивости.

Понятие о критериях динамической устойчивости простейшей электрической системы. Методы анализа и основные допущения. Метод площадей для оценки предельного угла отклонения КЗ в условиях

17

простейшей системы.

Представление нагрузки при расчетах устойчивости СЭС. Статические и динамические характеристики нагрузки. Влияние нагрузки на статическую устойчивость СЭС. Расчет статической устойчивости по действительному пределу мощности.

Методические указания

При расчетах устойчивости систем электроснабжения нагрузки (в зависимости от особенностей решаемой задачи) можно представлять в схемах замещения различными расчетными моделями. Точность математического описания электрической нагрузки оказывает существенное влияние на результаты расчетов электромеханических переходных процессов. При определении полноты учета нагрузки исходят из необходимости обеспечения требуемой точности конечных результатов.

При исследовании устойчивости нагрузки систем электроснабжения необходимо располагать статическими и динамическими характеристиками основных потребителей. Вид характеристик определяется параметрами электроприемников, а также влиянием потерь мощности и напряжения в элементах распределительной сети.

Оценка устойчивости узлов нагрузки является неотъемлемой частью обеспечения устойчивости системы электроснабжения. Устойчивость узла промышленной нагрузки рекомендуется рассчитывать в такой последовательности:

−заменяют узел нагрузки расчетной моделью и определяют ее параметры;

−выделяют существенные параметры и критерии устойчивости для данной схемы электроснабжения;

−оценивают предельный режим по критическим значениям существенных переменных и запасу устойчивости.

Узел нагрузки с асинхронными двигателями адекватно замещают

расчетной моделью в виде эквивалентного асинхронного двигателя, который описывается теми же уравнениями, что и реальные машины.

Если разнотипность асинхронных двигателей в узлах нагрузки небольшая, то их (двигатели) учитывают по фактическим параметрам и параметрам нормального режима. Замещение больших и разнородных по технологическому использованию групп синхронных двигателей рекомендуется выполнять раздельно по явно- и неявнополюсным двига-