Файл: Высшего образования московский технологический институт.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.11.2023

Просмотров: 632

Скачиваний: 28

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Причины возникновения отклонения частоты в электроэнергетических системах

Всякое нарушение баланса между вырабатываемой и потребляемой мощностями вызывает изменение скорости вращения генераторов, т.е. частоты в системе.

При аварийном отключении одного или нескольких генераторов, или подключении мощных нагрузок в системе возникает дефицит активной мощности. Электрическая нагрузка (их отдаваемый ток) на оставшиеся в работе генераторы возрастает. При этом турбины этих генераторов начинают тормозиться, что приводит к понижению частоты в системе.

Автоматические регуляторы частоты (АРЧ) увеличивают подачу пара в турбины (или воды в гидротурбины) и их обороты (мощность) увеличиваются, соответственно увеличивается до номинальной и частота, вырабатываемая исправными генераторами.

Такое поддержание частоты возможно только при наличии резерва активной мощности в генераторах, то есть, если генераторы до рассматриваемого момента были частично не догружены. Если же все резервы по мощности будут исчерпаны, системе не удается восстановить частоту.

При отключении мощных нагрузок, у системы появляется избыточная генерируемая мощность, т.к. мощность, вырабатываемая турбинами генераторов, в первый момент остается неизменной, что приводит к повышению их оборотов, и, соответственно, частоты в системе. При этом вступают в действие регуляторы скорости паровых турбин, которые несколько уменьшают подачу пара (в гидравлических турбинах – подачу воды), снижая тем самым вырабатываемую генератором мощность до достижения нового баланса мощности в системе.

Регуляторы скорости вращения паровых турбин работают достаточно быстро, поэтому сброс нагрузки проводит к незначительному возрастанию частоты и быстрому ее восстановлению до номинального значения. В гидравлических турбинах регуляторы действуют медленнее и у них скорость вращения (частота) может повыситься до 120 – 140 %.

  1. Требования к показателям качества электрической энергии

Показатели и нормы качества электрической энергии в точках передачи электрической энергии пользователям электрических сетей низкого, среднего и высокого напряжения систем электроснабжения общего назначения переменного тока частотой 50 Гц определены ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».


Данным стандартом определены следующие показатели:

Продолжительные изменения характеристик напряжения:

отклонение частоты;

медленные изменения напряжения;

колебания напряжения и фликер;

несинусоидальность напряжения;

несимметрия напряжений в трехфазных системах;

напряжения сигналов, передаваемых по электрическим сетям.

Случайные события:

прерывания напряжения;

провалы напряжения и перенапряжения;

импульсные напряжения.

  1. Характеристика установившихся режимов работы электрических сетей

Под установившимся режимом электрической сети понимается такой нормальный или послеаварийный режим, в котором токи, напряжения и мощности в ее элементах принимаются неизменными.

Расчет установившегося режима подразумевает определение этих токов, напряжений и мощностей, которые характеризуют режим электрической сети называются параметрами режима.

Целями и задачами расчета установившегося режима электрической сети являются:

• проверка допустимости параметров режима для элементов сети, в частности проверка допустимости величин напряжений по условиям работы изоляции, величин токов − по условиям нагрева проводов, величин мощностей − по условиям работы источников активной и реактивной мощности;
• оценка качества электроэнергии путем сравнения отклонений напряжений в сети с допустимыми отклонениями напряжений от номинальных значений;
• определение экономичности режима по величинам потерь мощности и электроэнергии в электрической сети.

Исходными данными для расчета установившегося режима электрической сети являются:

• принципиальная схема электрической сети, характеризующая взаимную связь между отдельными ее элементами;
• расчетная схема замещения электрической сети, состоящая из схем замещения отдельных элементов, т.е. из сопротивлений, проводимостей, коэффициентов трансформации, называемых параметрами схемы замещения электрической сети;
• значения активных и реактивных мощностей в узлах нагрузки;
• значения активных и реактивных мощностей источников питания, кроме одного, называемого балансирующим по мощности и покрывающим небаланс между вырабатываемой и потребляемой в ЭЭС мощностями;
• значение напряжения в одном из узлов электрической сети, называемом базисным узлом по напряжению.


Электрическая сеть с позиций теоретической электротехники является электрической цепью и для ее расчета справедливы законы Ома и Кирхгофа и все методы расчета электрических цепей, известные из теоретической электротехники.

  1. Влияние отклонения частоты на работу электроприемников

Частота тока и напряжения в энергосистеме определяется частотой вращения генератора электростанции. Отклонение частоты преимущественно происходит в сторону снижения.

Как показывают оценки, снижение частоты на 1% приводит к увеличению потерь мощности в сети на 2%.

Частота вращения асинхронных и синхронных двигателей пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя. Технологическая составляющая ущерба определяется недовыпуском продукции и стоимостью дополнительного времени работы предприятий для выполнения заданного объема. Согласно экспериментальным оценкам технологическая составляющая ущерба на порядок выше электромагнитной составляющей ущерба, обусловленной увеличением потерь в электрических сетях.

При снижении частоты происходит обратно пропорциональное увеличение магнитного потока и, соответственно, насыщение магнпитопроводов машин переменного тока и трансформаторов. При этом значительно возрастает ток намагничивания.

  1. Влияние несимметрии напряжений и токов на дополнительные потери и качество электрической энергии

 Несимметричные токи нагрузки, протекающие по элементам системы электроснабжения, вызывают в них несимметричные падения напряжения. Вследствие этого на выводах ЭП появляется несимметричная система напряжений. Отклонения напряжения у ЭП перегруженной фазы могут превысить допустимые значения. Кроме ухудшения режима напряжения у ЭП, при несимметричном режиме существенно ухудшаются условия работы как самих ЭП, так и всех элементов сети, что ведет к снижению надежности работы электрооборудования и системы электроснабжения в целом.

  1. Влияние несимметрии напряжений на работу электроприемников

- Возрастают потери электроэнергии в сетях от дополнительных потерь в нулевом проводе.


- Однофазные, двухфазные потребители и разные фазы трёхфазных потребителей электроэнергии работают на различных неноминальных напряжениях, что вызывает те же последствия, как при отклонении напряжения.

- В электродвигателях, кроме отрицательного влияния несимметричных напряжений, возникают магнитные поля, вращающиеся встречно вращению ротора.

Общее влияние несимметрии напряжений на электрические машины, включая трансформаторы, выливается в значительное снижение срока их службы. Например, при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K2U = 2 – 4 %, срок службы электрической машины снижается на 10 –15 %, а, если она работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое.

Поэтому ГОСТ 13109-97 устанавливает значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной (K2U) и нулевой (K0U) последовательностям, – нормально допустимое 2 % и предельно допустимое 4 %.

В качестве вероятного виновника несимметрии напряжений ГОСТ 13109-97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой.

Несинусоидальность напряжения ухудшает работу силового электрооборудования, микропроцессорной техники, устройств автоматики, телемеханики и связи, вызывает дополнительные потери энергии в элементах системы электроснабжения, сокращает срок службы изоляции электрических машин, аппаратов и кабелей.

Трансформаторы и машины переменного тока. В условиях несинусоидального напряжения в трансформаторах и машинах переменного тока увеличиваются потери энергии в сердечниках и обмотках. В асинхронных машинах возникают паразитные тормозные моменты, в синхронных – вибрации.

Искажение формы кривой напряжения заметно сказывается на изоляции электрических машин и трансформаторов. Увеличиваются потери энергии, и как следствие электрическое и химическое воздействие на диэлектрик. В результате развиваются местные дефекты в изоляции, что приводит к снижению её электрической прочности и, в конечном счете, к сокращению срока службы.

Конденсаторные установки. Наиболее ощутимое влияние высших гармоник оказывает на работу батарей конденсаторов. При несинусоидальном напряжении конденсаторы в ряде случаев выходят из строя в результате вспучиваний и взрывов. Причиной разрушения конденсаторов является перегрузка током из-за возникновения в сети резонансного режима на частоте одной из высших гармоник.


В соответствии с ГОСТ батареи конденсаторов могут длительно эксплуатироваться при перегрузке токами высших гармоник не более, чем на 30%; однако при этом срок их службы сокращается.

Высшие гармоники напряжения вызывают также дополнительные потери энергии в изоляции и обкладках конденсаторов.

При несинусоидальном режиме сети происходит ускорение старения изоляции силовых кабелей. Исследования кабелей работающих при синусоидальном и при уровне высших гармоник в кривой напряжения в пределах 68,5% показали, что токи утечки во втором случае через 2,5 года эксплуатации оказались в среднем на 36%, через 3,5 года - на 43% больше, чем в первом.

Высшие гармоники тока и напряжения влияют на погрешности электроизмерительных приборов. Индукционные счетчики активной и реактивной энергии при несинусоидальных напряжениях и токах имеют довольно большую погрешность, которая может достигать 10%.

  1. Причины возникновения несинусоидальности напряжений в электрических сетях

Причины возникновения несинусоидальности напряжений и токов — наличие вентильных преобразовательных установок и электроприемников с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Основное влияние оказывают вентильные преобразователи, которые в настоящее время широко применяются в промышленности и на транспорте.

Наиболее распространены вентильные преобразователи на полупроводниках (тиристорные преобразователи), мощность которых все время растет. Вентильные преобразователи широко применяются для преобразования переменного тока в постоянный и используются в качестве источников питания на металлургических заводах для термических установок, на химических заводах и предприятиях цветной металлургии для электролизных установок, на машино-строительных и других предприятиях для установок электродуговой и контактной сварки.

  1. Показатели качества, характеризующие несинусоидальность трёхфазной системы напряжений. Влияние несинусоидальности напряжений и токов на дополнительные потери и качество электрической энергии. Влияние несинусоидальности напряжений на работу электроприемников.

Несинусоидальность напряжения влияет на все виды электроприемников. Вызвано это не только тепловым дополнительным нагревом электроприемников от высших гармоник тока, но и тем, что высшие гармоники образуют составляющие прямой последовательности (1, 4, 7-я и т.д.), обратной последовательности (2, 5, 8-я и т.д.) и нулевой последовательности (гармоники кратные трем). Эти последовательности различаются порядком чередования фаз напряжения (тока), чем и вызвано различие в их влиянии на работу электроприемников. В частности, токи нулевой последовательности создают дополнительное подмагничивание стали в электрических машинах, что приводит к ухудшению характеристик этих электроприемников и дополнительному нагреву статоров АД и магнитопроводов трансформаторов. Обычно высшие гармоники напряжения, суммируясь с основной гармоникой, способствуют повышению действующего значения напряжения на зажимах ЭП.

Смотрите также файлы