Электромеханические переходные процессы в электрических системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт - Электротехнический

Специальность - Электроэнергетические системы и сети

Кафедра - ЭСВТ

Курсовая работа

по дисциплине

«Электромеханические переходные процессы в электрических системах»

Томск

Содержание

Задание к курсовой работе

Введение

Составление схемы замещения и расчет ее параметров

1. Расчет статической устойчивости двухмашинной энергосистемы

1.1 Расчет статической устойчивости двухмашинной энергосистемы с генераторами, снабженными АРВ пропорционального действия

1.2 Расчет статической устойчивости двухмашинной энергосистемы с генераторами, снабженными АРВ сильного действия

2. Расчет предельного угла и времени отключения КЗ для одномашинной системы

3. Расчет устойчивости динамического перехода

4. Обоснование мероприятий по повышению статической устойчивости системы

Список использованной литературы

Задание к курсовой работе

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 (д_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.

2. Расчет предельного угла и времени отключения КЗ для одномашинной системы

Для станции «А», работающей на шины неизменного напряжения и частоты (U_н=const, щ=const), 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.

3. Расчет устойчивости динамического перехода системы

Для станции «А», работающей на шины неизменного напряжения и частоты (U_н=const, щ=const), провести расчет и оценить устойчивость динамического 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 Дt_кз=0,2 с и далее с интервалом Дt=0,4 с после отключения КЗ происходит успешное ОАПВ ранее поврежденной фазы.

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 (U_н=const, щ=const).

Примечания:

1. Активными сопротивлениями генераторов, трансформаторов и ЛЭП пренебречь.

2. Действие АРВ учесть приближенно: для АРВ пропорционального типа генераторы вводятся в схему замещения как E`=const и Х<sub>г</sub>=Х<sub>d</sub>`, для АРВ сильного действия - U_г=const и Х_г=0.

3. Нагрузку учесть приближенно, заместив ее сопротивлением Z_н=R_н+jХ_н.

4. Принять погонное индуктивное сопротивление прямой последовательности ЛЭП Х₁=0,4 (Ом/км).

В схеме нулевой последовательности принять:

1) для одной цепи ЛЭП Х₀=3,5Х₁;

2) взаимное индуктивное сопротивление нулевой последовательности между цепями 1 и 2 двухцепной ЛЭП Х_1-2=3х0,66Х₁ (при КЗ на двухцепной ЛЭП).

5. На шинах нагрузки в исходном режиме принять U_н=110 кВ, cosц₀=0,97 для всех соединений.

Таблица 1 Параметры элементов системы

№ элемента	ГЕНЕРАТОРЫ
	Рном, МВт	сosц, от.ед.	Uн, кВ	Хd, от.ед.	Хd`, от.ед.	Х2, от.ед.	Тj, с
1,2, 3	300 500	0,85 0,85	20 20	1,7 2,2	0,26 0,4	0,21 0,33	7 9
№ элемента	Трансформаторы Т1, Т2, Т3	Трансформатор Т4
	Sн, МВА	Uк, %	Uнн, кВ	Uнв, кВ	Sн, МВА	Uк, %	Uнн, кВ	Uнв, кВ
1, 2, 3	400 630	11 12,5	20 20	242 121	630	13	121	220

Таблица 2

Загрузка генераторов	Длина ЛЭП L (км)	Место КЗ (Lk/L)
0,8Рном	138	0,3

Рис.1. Однолинейная схема исследуемой системы

Введение

Аварии, связанные с нарушениями устойчивости параллельной работы в крупных электроэнергетических системах, влекут за собой расстройство электроснабжения больших районов и городов. Ликвидация таких аварий и восстановление нормальных условий работы электрических систем представляют большие трудности и требуют много времени и внимания диспетчера и остального дежурного персонала. При сравнительно небольшом числе аварий, вызывающих нарушение устойчивости, наибольший аварийный недоотпуск энергии падает именно на этот вид аварий.

Тяжелые последствия таких аварий заставляют уделять значительное внимание вопросам увеличения устойчивости как при проектировании электрических станций и сетей, так и в эксплуатации. Проблема устойчивости наложила глубокий отпечаток на схемы коммутации, режимы работы и параметры оборудования электрических систем. Здесь можно указать на применение быстродействующих выключателей, релейной защиты (использование систем автоматического регулирования возбуждения генераторов, систем противоаварийной автоматики), а также проведение других мероприятий, которые способствовали резкому уменьшению аварийности в электрических системах.

Исключительно велико значение проблемы устойчивости при передаче энергии на большие расстояния. Можно утверждать, что устойчивость систем является основным фактором, ограничивающим дальность передачи энергии переменным током.

В проблеме устойчивости следует различать статическую и динамическую устойчивость, расчет и анализ которой производится в данной курсовой работе.

Под статической устойчивостью,понимают способность системы самостоятельно восстановить исходный режим работы при малом возмущении. То обстоятельство, что система сохраняет статическую устойчивость в установившемся режиме работы, еще не позволяет утверждать, что она окажется устойчивой и при резких внезапных нарушениях режима ее работы, подобных короткому замыканию, отключению генераторов и т.д. Эта сторона проблемы должна быть исследована самостоятельно и затрагивать круг вопросов, относящихся к так называемой динамической устойчивости электрических систем.

Таким образом, если в исследовании статической устойчивости приходится иметь дело с бесконечно малыми возмущениями рабочего режима работы системы (перерастающими в выпадение из синхронизма при неустойчивости системы), то предметом исследования динамической устойчивости являются значительные возмущения, причем существенное значение приобретают самый характер и размеры возмущения.

Составление схемы замещения и расчет ее параметров

Первым шагом расчета является составление электрической схемы замещения. В схему замещения входят все элементы рассматриваемой системы: генераторы, трансформаторы, линия электропередачи (ЛЭП) и нагрузка. Все перечисленные элементы (за исключением нагрузки) учитываются только реактивными сопротивлениями.

Приближенный учет автоматических регуляторов пропорционального действия на генераторах станций «А» и «Б» в исследованиях статической устойчивости осуществляется тем, что генераторы входят в схему замещения неизменным значением переходной ЭДС () за переходным сопротивлением .

Рис.2. Электрическая схема замещения системы с генераторами, снабженными АРВ ПД

Обозначить римскими цифрами номера ступеней трансформации (рис.1):

I - ступень присоединения нагрузки;

II - ступень Г1 и Г2;

III - ступень Г3;

IV - ступень ЛЭП.

Примем базисные величины S_б = 1000 МВА; U_бI = U_н = 110 кВ;

Рассчитаем базисные напряжения на остальных ступенях, используя коэффициенты трансформации трансформаторов Т3, Т4, Т1:

Определим реактивные сопротивления элементов схемы замещения:



Модуль полной мощности нагрузки:

Регулирующие свойства нагрузки с достаточной для практических целей точностью при исследовании статической устойчивости учитываются посредством представления ее в схеме замещения постоянным сопротивлением:

1. Расчет статической устойчивости двухмашинной энергосистемы

1.1 Расчет статической устойчивости двухмашинной энергосистемы с генераторами, снабженными АРВ пропорционального действия

Упрощенная схема замещения рассматриваемой системы(рис.2) имеет Т-образный вид:

Рис.3. Т-образная схема замещения системы с генераторами, снабженными АРВ ПД

Продольные сопротивления:

По полученным параметрам рассчитаем собственные и взаимные сопротивления схемы замещения:



Дополняющие углы сопротивлений:

Произведем расчет исходного режима. Определим потоки активной и реактивной мощностей:

Рассчитаем векторы переходных ЭДС для станции «А» (индекс 1) и для станции «Б» (индекс 2):

Относительный угол между векторами переходных ЭДС в исходном режиме:

Относительный угол между векторами переходных ЭДС в исходном режиме:

Рассчитаем характеристики электромагнитных мощностей станций «А» и «Б»:

Перед построением характеристик осуществим контрольную проверку по результатам исходного режима.

При подстановке в выражения для электромагнитной мощности численных значений исходного относительного угла были получены заданные перетоки активной мощности Р₁₀ и Р₂₀ для исходного режима. Расчет выполнен верно.

Максимальные значения электромагнитных мощностей станций:

Коэффициенты запаса статической устойчивости для каждой станции:

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

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

;



Таблица 5

д12, град.	Р1(д12), о.е.	Р2(д12), о.е.
-210	0,234	-0,154
-195	0,08	-0,052
-180	-0,034	0,042
-165	-0,157	0,169
-150	-0,247	0,312
-135	-0,311	0,446
-120	-0,330	0,567
-105	-0,324	0,670
-90	-0,280	0,744
-75	-0,209	0,789
-60	-0,107	0,794
-45	0,017	0,772
-30	0,151	0,709
-15	0,286	0,618
0	0,419	0,505
15	0,530	0,376
30	0,617	0,240
45	0,680	0,110
60	0,710	-0,019
75	0,698	-0,118
90	0,655	-0,190
105	0,581	-0,235
120	0,481	-0,27
135	0,357	-0,217
150	0,228	-0,152
165	0,10	-0,065
180	-0,040	0,057
195	-0,156	0,181
210	-0,246	0,317



1.2 Расчет статической устойчивости двухмашинной энергосистемы с генераторами, снабженными АРВ сильного действия

В приближенных расчетах действие АРВ сильного действия учитывается тем, что соответствующие генераторы представляются в схеме замещения параметрами U_г=const и Х_г=0. Для генераторов, снабженных АРВ СД, в схеме замещения будут отсутствовать X_Г, а Е` сменится на шины с U_Г.

Рис.5. Электрическая схема замещения для генераторов с АРД СД

Рис.6. Т-образная схема замещения для генераторов с АРВ СД.

Продольные сопротивления:

Собственные и взаимное сопротивления схемы замещения:

Дополняющие углы сопротивлений:

Произведем расчет исходного режима. Определим векторы напряжения на шинах электрических станций «А» и «Б» в исходном режиме:



Относительный угол между векторами напряжения в исходном режиме:

Рассчитаем характеристики электромагнитных мощностей станций «А» и «Б»:

Перед построением характеристик осуществим контрольную проверку по результатам исходного режима:

Расчет сделан верно.

Максимальные значения электромагнитных мощностей станций:

Коэффициенты запаса статической устойчивости для каждой станции:

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

;

Таблица 6

д12, град.	Р1(д12), о.е.	Р2(д12), о.е.
-210	0,327	0,107
-195	0,117	0,287
-180	-0,091	0,486
-165	-0,292	0,699
-150	-0,472	0,911
-135	-0,625	1,092
-120	-0,76	1,249
-105	-0,770	1,356
-90	-0,764	1,418
-75	-0,671	1,429
-60	-0,590	1,379
-45	-0,436	1,275
-30	-0,248	1,319
-15	-0,07	0,955
0	0,177	0,751
15	0,378	0,540
30	0,556	0,337
45	0,671	0,150
60	0,801	-0,015
75	0,845	-0,129
90	0,841	-0,189
105	0,780	-0,199
120	0,667	-0,147
135	0,517	-0,048
150	0,325	0,107
165	0,121	0,286
180	-0,098	0,486
195	-0,298	0,700
210	-0,480	0,906

Вывод: В ходе расчета статической устойчивости для генераторов снабженных АРВ пропорционального действия и для генераторов снабженных АРВ сильного действия сложной двухмашинной энергосистемы, были получены значения пределов статической устойчивости и коэффициентов запаса статической устойчивости.

Статической устойчивостью называют способность системы восстанавливать исходный (или близкий к исходному) режим после малого его возбуждения. Двухмашинная энергосистема является статически устойчивой, тогда когда относительное ускорение больше либо равно нулю. Исходя из уравнения движения ротора генератора, для указанного критерия получаем предельные по критерию статической устойчивости углы. Для АРВ ПД: [-86,173⁰; 93,827⁰], для АРВ СД: [-83,938; 96,062⁰].

Из полученных статических характеристик видно, что для генераторов снабженных АРВ СД значения максимумов электромагнитной мощности обоих генераторов выше, следовательно, больше коэффициенты запаса статической устойчивости, угол расхождения фаз ЭДС генераторов уменьшается. Системы АРВ СД лучше поддерживает напряжение на выводах генератора с ростом передаваемой мощности, а т. к. генераторное напряжение участвует в выражении для электромагнитной мощности, то и характеристика для АРВ СД пройдет выше, чем характеристика для АРВ ПД.

Полученные коэффициенты запаса статической устойчивости станций А и Б для АРВ СД и АРВ ПД больше минимального коэффициенты запаса 20 % , что говорит о устойчивой работе системы.

энергосистема генератор автоматический

2. Расчет предельного угла и времени отключения КЗ для одномашинной системы

Данный расчет выполняется для одномашинной системы, представляющей собой генератор станции «А», работающей на шины неизменного напряжения и неизменной частоты.

Условием динамической устойчивости одномашинной системы является неравенство F_в.торF_уск, где F_в.тор - площадь возможного торможения; F_уск - площадь ускорения.

Предельному углу отключения КЗ с точки зрения сохранения динамической устойчивости соответствует условие F_в.тор=F_уск.

Для нахождения F_в.тор и F_уск необходимо построить характеристики электромагнитной мощности генераторов станции «А», соответствующих различным условиям работы внешней сети.

В приближенных расчетах в течение всего динамического перехода генераторы учитываются параметрами Е`=const и X<sub>d</sub>`. В этих условиях, при неучёте активных сопротивлений элементов сети характеристики электромагнитной мощности генераторов станции «А» будут описываться выражением

,

в котором Х_с(i) для каждого i-того режима будет индивидуальным, а величины Е`₁₍₀₎ остаются такими же, что и в нормальном режиме.

В нормальном режиме генераторы станции «А» работают на шины неизменного напряжения и частоты (U_н=const, =const), передавая активную мощность Р₁₀ через Т1, Т2, двухцепную ЛЭП и Т4. Параметры для характеристики нормального режима: Е`₁₍₀₎=1,203+j0,681=1,45е^j33,95, д₀=д₁₍₀₎=33,95^o, U_н=1, Х_с(I)=Х_с1=1,929, Р₀=Р₁₍₀₎=0,42 .

Рис.7. Схема замещения одномашинной системы в нормальном режиме

Характеристика электромагнитной мощности генераторов станции «А» в нормальном режиме будет описываться выражением

.

Перед построением характеристики осуществим контрольную проверку

.

Расчет произведен верно.

Аварийный режим (K^(1,1))

Схема замещения аварийного режима (двухфазного КЗ на землю на одной из цепей ЛЭП) представляет собой схему нормального режима, в которой в точке КЗ подключен поперечный (между точкой КЗ и землей) шунт.



Рис.8. Схема замещения одномашинной системы при K^(1,1)

Суммарное сопротивление линий:

.

Сопротивления участков линии до и после точки КЗ:

Х_Д^(1,1) - шунт несимметричного КЗ, который включается между началом и концом схемы прямой последовательности и определяется суммарными сопротивлениями обратной и нулевой последовательностей. В случае K^(1,1):

.

Для определения добавочного сопротивления необходимо найти суммарные сопротивления обратной и нулевой последовательностей, для этого построим схемы замещения соответствующих последовательностей.

Схема обратной последовательности по конфигурации аналогична схеме прямой последовательности. Отличие состоит лишь в том, что в данном случае ЭДС всех генерирующих ветвей принимаются равными нулю, а сопротивления прямой последовательности электрических машин заменяются сопротивлениями обратной последовательности.

Начало схемы обратной последовательности - точка, в которой объединены ветви с нулевым потенциалом. Конец схемы - точка возникновения несимметрии.

Рис.9. Схема замещения обратной последовательности

Сопротивление эквивалентного генератора станции в схеме обратной последовательности не меняется, т.к. X'_d1 = X₂.

Преобразуем треугольник X_Л, X'_Л, X''_Л в эквивалентную звезду:

Рис. 10. Преобразованная схема замещения обратной последовательности

Суммарное сопротивление схемы обратной последовательности:

Рис.11. Эквивалентная схема замещения обратной последовательности

Схема нулевой последовательности существенно отличается от схем прямой и обратной, так как путь ее токов отличается от пути, по которому циркулируют токи прямой и обратной последовательностей.

Начало схемы нулевой последовательности - точка, в которой объединены ветви с нулевым потенциалом. Конец схемы - точка возникновения несимметрии.



Рис.12. Схема замещения нулевой последовательности

Сопротивление цепи линии (также участков цепи относительно точки КЗ) и сопротивления взаимоиндукции:

Преобразуем треугольник X_Л0, X'_Л0, X''_Л0 в эквивалентную звезду:



Рис.13. Преобразованная схема замещения нулевой последовательности

Суммарное сопротивление схемы нулевой последовательности:

Рис.14. Эквивалентная схема замещения нулевой последовательности

Найдем сопротивление шунта в схеме (рис.8):

.

И преобразуем ее к следующему виду (рис.15):



Рис.15. Упрощенная схема замещения одномашинной системы при K^(1,1)

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

Сопротивление связи определится из преобразования звезды в эквивалентный треугольник:

Характеристика электромагнитной мощности аварийного режима:

Послеаварийный режим

Послеаварийному режиму соответствует отключение поврежденной цепи ЛЭП, поэтому схема замещения получается аналогичной схеме нормального режима, с тем отличием, что сопротивление ЛЭП будет в два раза больше по сравнению с нормальным режимом.

Рис.17. Схема замещения одномашинной системы в послеаварийном режиме

Сопротивление связи в послеаварийном режиме:

Тогда характеристика электромагнитной мощности послеаварийного режима:

.

Таблица 7

д, град	РI(д), о.е.	РII(д), о.е.	РIII(д), о.е.	д, град	РI(д), о.е.	РII(д), о.е.	РIII(д), о.е.	д, град	РI(д), о.е.	РII(д), о.е.	РIII(д), о.е.
0	0	0	0	70	0,910	0,511	0,631	140	0,627	0,351	0,47
10	0,164	0,097	0,121	80	0,956	0,537	0,668	150	0,479	0,29	0,341
20	0,37	0,181	0,231	90	0,974	0,542	0,671	160	0,340	0,187	0,233
30	0,479	0,272	0,337	100	0,89	0,538	0,663	170	0,164	0,097	0,121
40	0,624	0,350	0,434	110	0,911	0,512	0,74	180	0	0	0
50	0,736	0,417	0,517	120	0,841	0,468	0,583	-	-	-	-
60	0,829	0,473	0,582	130	0,742	0,418	0,518	-	-	-	-



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:

Соответственно угол отключения равен .

Первый интервал времени

Определяется избыток мощности, действующий в начале интервала

,

.

Определяются значения угла и времени в начале интервала

,

Дальнейшее решение сведем в таблицу.

Таблица 9

t, с	ДP, о.е.	Дд, град.	д, град.
0,05	0,219	0,723	34,673
0,1	0,208	1,427	32,79
0,15	0,192	2,096	34,886
0,2	0,171	2,713	37,599
0,25	0,147	3,263	40,862
0,3	0,152	3,736	44,598
0,35	0,095	4,128	48,726
0,4	0,069	4,433	53,159
0,45	0,044	4,655	57,814
0,5	0,021	4,796	62,61
0,55	2,123*10-3	4,864	67,474
0,6	-0,014	4,871	72,345
0,65	-0,025	4,786	77,131
0,7	-0,034	4,706	81,837
0,75	-0,038	4,597	86,434
0,8	-0,039	4,475	90,909
0,85	-0,037	4,35	95,259
0,9	-0,032	4,231	99,49
0,95	-0,024	4,128	103,618
1,0	-0,014	4,051	107,669
1,05	-8,894*10-4	4,006	111,675

Вывод: Ускорение, полученное роторами вследствие КЗ, будет скомпенсировано после отключения КЗ автоматикой, в целом система устойчива, что видно из построенных статических характеристик, где площадка возможного торможения значительно больше площадка ускорения Предельный угол отключения лежит дальше угла окончания действия тормозящего момента из-за запаса торможения при движении по характеристике послеаварийного режима. Таким образом защита системы должна срабатывать за время меньшее чем 1,03с.

3. Расчет устойчивости динамического перехода

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 определить, сохраняется ли в этих условиях динамическая устойчивость станции «А». Для этого нужно найти соотношения площадей ускорения и возможного торможения по характеристикам электромагнитной мощности.

В случае превышения площади возможного торможения над площадью ускорения угол д, нарастающий на начальной стадии переходного режима, с некоторого момента времени (при д=д_max) будет уменьшаться. Это является признаком сохранения синхронизма генераторов на первом цикле качаний. Для одномашинных энергосистем, как правило, синхронизм сохраняется и на последующих циклах. В сложных энергосистемах выпадение генераторов из синхронизма на последующих циклах качаний наблюдается достаточно часто.

Известен интервал времени, по истечении которого с момента КЗ отключается поврежденная фаза, и время паузы ОАПВ: Дt_КЗ=0,2с; Дt_ОАПВ=0,4с.

Ремонтный (исходный) режим

Схема данного режима совпадает со схемой послеаварийного режима по условиям предыдущего раздела, поэтому значение сопротивления связи будет одним и тем же Х_с(I)=2,37.

Значение переходной ЭДС необходимо пересчитать с учетом имеющегося сопротивления связи:

Считаем ЭДС постоянной во всех режимах и равной переходной.

Характеристика электромагнитной мощности:

Проверка по исходному режиму:

Расчет выполнен верно

Аварийный режим (K⁽¹⁾)

На расстоянии L_K от шин станции «А» на одной из цепей линии происходит однофазное КЗ (K⁽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.20. Схема замещения одномашинной системы в аварийном режиме

В случае K⁽¹⁾ добавочное сопротивление определится как:

.

Для определения добавочного сопротивления необходимо найти суммарные сопротивления обратной и нулевой последовательностей, для этого построим схемы замещения соответствующих последовательностей.

Рис.21. Схема замещения обратной последовательности

Суммарное сопротивление схемы обратной последовательности:

В схеме замещения нулевой последовательности для одноцепной ЛЭП следует принять Х_Л(0)=3,5Х^*_Л, где Х^*_Л - сопротивление прямой последовательности.



Рис.22. Схема замещения нулевой последовательности

Суммарное сопротивление схемы нулевой последовательности:

Определим сопротивление шунта в схеме и рассчитаем сопротивление связи в аварийном режиме:

Характеристика электромагнитной мощности:

Послеаварийный (неполнофазный) режим

В схеме замещения неполнофазного режима по месту разрыва фазы (между Х_Л и Х_Т4, либо между Х_Л и Х_Т1,2) включается добавочное сопротивление

,

где - результирующие сопротивления схем обратной и нулевой последовательностей. Указанные сопротивления не равны аналогичным сопротивлениям при КЗ.

Рис.23. Схема замещения послеаварийного (неполнофазного) режима

Для определения добавочного сопротивления необходимо найти суммарные сопротивления обратной и нулевой последовательностей, для этого построим схемы замещения соответствующих последовательностей.

В схеме замещения обратной последовательности отсутствуют ЭДС источников, а в месте разрыва помещено напряжение обратной последовательности, и сопротивление эквивалентного генератора изменено на сопротивление обратной последовательности

Рис.24. Схема замещения обратной последовательности при продольной несимметрии

Суммарное сопротивление схемы обратной последовательности:

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.25. Схема замещения нулевой последовательности при продольной несимметрии

Суммарное сопротивление схемы нулевой последовательности:

Сопротивление связи в послеаварийном (неполнофазном) режиме и добавочное сопротивление:

Характеристика электромагнитной мощности:

Таблица 10

д, град	РI(д), о.е.	РII(д), о.е.	РIII(д), о.е.	д, град	РI(д), о.е.	РII(д), о.е.	РIII(д), о.е.	д, град	РI(д), о.е.	РII(д), о.е.	РIII(д), о.е.
0	0	0	0	70	0,735	0,553	0,432	140	0,503	0,378	0,296
10	0,136	0,102	0,08	80	0,77	0,579	0,453	150	0,391	0,294	0,23
20	0,267	0,201	0,157	90	0,782	0,588	0,46	160	0,267	0,201	0,157
30	0,391	0,294	0,23	100	0,77	0,579	0,453	170	0,136	0,102	0,08
40	0,503	0,378	0,296	110	0,735	0,553	0,432	180	0	0	0
50	0,599	0,45	0,352	120	0,677	0,509	0,398	-	-	-	-
60	0,677	0,509	0,398	130	0,599	0,45	0,352	-	-	-	-

Расчет углов коммутации

Таких углов три. Первый угол д₀, при котором в момент КЗ (t=0) происходит переход работы генераторов с характеристики нормального режима (I) на характеристику аварийного режима (II). Этот угол известен и берется из расчета вектора переходной ЭДС для нормального режима.

На протяжении времени Дt_кз происходит изменение электромагнитной мощности по характеристике аварийного режима с последующим переходом (при угле отключения д_от.кз) на характеристику неполнофазного режима. Этот угол находится из зависимости д=f(t), рассчитываемой методом последовательных интервалов по характеристике аварийного режима.

С момента t=Дt_кз и угла д_от.кз на интервале времени Дt_АПВ электромагнитная мощность определяется по характеристике неполнофазного режима. По истечении этого времени происходит переход на характеристику нормального режима при угле д_АПВ. Этот угол находится из продолжения зависимости д=f(t), построенной для неполнофазного режима.

Максимальным (критическим) с точки зрения сохранения динамической устойчивости системы при движении по характеристике I является угол д_кр=180^о-д₀.

Первый интервал времени

Определяется избыток мощности, действующий в начале интервала

,

.

Определяются значения угла и времени в начале интервала

,

Второй интервал времени

,

,

,

Третий интервал времени

,

,

,

Четвертый интервал времени

,

,

Таблица 11

t, с	ДP, о.е.	Дд, град.	д, град.	t, с	ДP, о.е.	Дд, град.	д, град.
0,05	0,129	0,424	34,374	0,35	0,155	2,788	48,518
0,1	0,122	0,842	35,216	0,4	0,138	3,286	51,804
0,15	0,158	0,799	36,015	0,45	0,121	3,73	55,534
0,2	0,193	1,03	41,842	0,5	0,103	4,119	59,653
0,25	0,183	1,65	43,492	0,55	0,086	4,45	64,103
0,3	0,171	2,238	45,73	0,6	0,071	4,726	68,829



Определение площадок ускорения и возможного торможения

Построив характеристики электромагнитной мощности (I, II, III) и отложив углы коммутации д₀, д_от.кз, д_АПВ и д_кр можно выделить и рассчитать суммарные площади ускорения, торможения и площадь возможного торможения.

- где F₁, F₂ - площадки ускорения; F_в.торм - площадка возможного торможения.



Условие сохранения динамической устойчивости:

Для оценки запаса динамической устойчивости простейшей системы может быть определен коэффициент запаса:

.

Вывод: Динамическая устойчивость-способность системы восстанавливать после большого возмущения исходное состояние или состояние, близкое к исходному. В результате используя метод площадей, были получены значения площадок ускорения и возможного торможения, которые позволяют говорить о сохранении динамической устойчивости системы при однофазном КЗ на линии. Кроме того, запас динамической устойчивости составляет более 100%

4. Обоснование мероприятий по повышению статической устойчивости системы

Необходимо 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 (U_н=const, щ=const).

Рис.28. Схема замещения одномашинной системы

При упрощенном учете регуляторов возбуждения сильного действия предел статической устойчивости одномашинной системы определяется выражением , и, следовательно, увеличение Р_m возможно увеличением U_г и U_н, или уменьшением Х_с. В настоящее время на практике увеличение U_г ограничено электрической прочностью и габаритами генераторов. Увеличение напряжения на шинах приемной системы возможно, при этом необходимо произвести замену имеющегося оборудования на оборудование более высокого класса напряжения, а, следовательно, более дорогое. Мы же рассмотрим другие средства повышения Р_m, связанные с уменьшением Х_с, а именно устройство продольной и поперечной компенсации.

• где

Максимум электромагнитной мощности при имеющемся сопротивлении связи:

.

Для режима увеличенной мощности электропередачи имеем:

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

При изменении на изменятся на и на

Приравняем к нулю квадратное уравнение и получим:

Находим : ,

То есть для повышения предела передаваемой мощности на 20 %, необходимо снизить с 1,831 до 1,712.

Включение УПК:

Рис.29. Схема замещения одномашинной системы с установленной продольной компенсацией.

Значение сопротивления конденсаторной батареи в именнованых единицах:

Необходимая емкость батареи:

В качестве увеличения пропускной способности ВЛЭП и повышения статической устойчивости системы, можно подключить нагрузку в виде емкости либо в начале, либо в конце или середине линии.

Рассмотрим три случая.

1) Емкостной отбор подключен в начале линии:



Рис.30. Схема замещения одномашинной системы с установленной поперечной компенсации в начале линии

Значение сопротивления конденсаторной батареи в именнованых единицах:

Необходимая емкость батареи:

Необходимая мощность батареи:

2) Емкостной отбор подключен в конце линии:



Рис. 31. Схема замещения одномашинной системы с установленной поперечной компенсации в конце линии

Значение сопротивления конденсаторной батареи в именнованых единицах:

Необходимая емкость батареи:

Необходимая мощность батареи:

3) Емкостной отбор подключен в середине линии:



Рис. 32. Схема замещения одномашинной системы с установленной поперечной компенсации в середине линии

Значение сопротивления конденсаторной батареи в именнованых единицах:

Необходимая емкость батареи:

Необходимая мощность батареи:

Вывод: к мероприятиям по повышению статической устойчивости системы можно отнести установку устройств продольной и поперечной компенсации.

Как видно из полученных данных использование поперечной компенсации более выгодно чем продольной для увеличения статической устойчивости системы, т. к. для обеспечения необходимого увеличения статической устойчивости системы при поперечной компенсации необходимо меньшее значение емкости, компенсаторных батарей, а значит и меньшее количество затрат, чем при продольной компенсации. Недостатком таких устройств является низкое быстродействие.

Наиболее выгодным местом включения компенсаторных батарей, при поперечной компенсации является середина ВЛЭП.

Список использованной литературы

1. Электромеханические переходные процессы в электрических системах: методические указания к рабочей программе по выполнению курсовой работы для студентов специальностей 100100, 100200, 210400 очного обучения и для студентов Института дистанционного образования. - Томск: Изд-во ТПУ, 2004. - 28 с.

2. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учеб. для электроэнерг. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1985. - 536 с., ил.

3. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем / Под ред. Л.А. Жукова. - М., Энергия, 1979. - 456 с., ил.

4. Переходные процессы в электрических системах: учеб. пособие / Ю.А. Куликов. - Изд. 2-е, испр. и доп. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - 284 с. - («Учебники НГТУ»).

Размещено на Allbest.ru