АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ

 И СВЯЗИ

 

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

 

Программа курса, методические указания и контрольные задания (для студентов факультета заочного обучения и переподготовки специалистов

по специальности 210440- Электроснабжение (по отраслям)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2004

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

 

 

                                                             УТВЕРЖДАЮ

                                            Проректор по учебно-методической работе

                                           ______________________

                                           “___”_________________2004 г.

 

 

 

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

Программа курса, методические указания и контрольные задания для студентов факультета заочного обучения и переподготовки специалистов

по специальности 210440- Электроснабжение (по отраслям)

 

 

 

 

 

СОГЛАСОВАНО                                                    Рассмотрено и одобрено на

Начальник УМО                                                      заседании кафедры ЭПП

________________                                                 Протокол № _______

“___”___________2004г.                                       от “___”___________2004г.

 

                                                                                  Зав. кафедрой ЭПП,

                                                                                  д.т.н., профессор

                                                                                _____________А.В.Болотов

 

Редактор                                                                 Составитель:

______________________                                     Старший преподаватель

                                                                                кафедры ЭПП

“___”___________2004г.                                       ___________А.С.Алданова

                                                                               Старший преподаватель

                                                                                кафедры ЭПП

                                                                                ___________Н.Н.Арыстанов

 

                                                  

 

 

 

 

Алматы 2004

СОСТАВИТЕЛИ: А.С. Алданова, Н.Н. Арыстанов. Переходные процессы в электроэнергетике. Программа курса, методические указания и контрольные задания для студентов факультета заочного обучения и переподготовки специалистов по специальности 210440- Электроснабжение (по отраслям)  - Алматы: АИЭС, 2004. -  38 с.

 

    

 

 

 Данная разработка включает в себя рабочую программу курса, контрольные задания для студентов – заочников и указания на его выполнение, а также список необходимой литературы.

Ил. 14  , табл.10, библиогр. - 9 назв.

 

 

 

 

 

Рецензент: д-р. техн. наук, проф. В.Н. Мукажанов.

 

 

 

 

 

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2004 год.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                                    Алматинский институт энергетики и связи 2004г.

 

 

 

 

 


Введение

Согласно учебному плану студенты специальности 210440 - Электроснабжение (по отраслям) изучают курс «Переходные процессы в электроэнергетике», включающий в себя следующий объем часов работы студента-заочника: аудиторные занятия – 26 часов, самостоятельная работа - 89 часов.

Контрольная работа, предусмотренная в этом курсе, предполагает самостоятельное закрепление студентами пройденных разделов дисциплины и состоит из двух заданий.

Переходные процессы в электрических системах возникают как при нормальной эксплуатации (в основном включение и отключение отдельных видов нагрузок), так и в аварийных условиях (главным образом короткое замыкание). При любом переходном процессе происходит изменение электромагнитного состояния элементов системы и нарушение баланса между моментом на валу каждой вращающейся машины и электромагнитным моментом. Из сказанного следует, что переходный процесс характеризуется совокупностью электромагнитных и механических изменений в системе. Последние взаимосвязаны и представляют единое целое. Благодаря большой механической инерции вращающихся машин начальная стадия переходного процесса характеризуется преимущественно электромагнитными изменениями. В соответствии с этим настоящий курс разбит на две части. В первой из них рассматриваются электромагнитные переходные процессы, а во второй - совместно электромагнитные и механические, то есть электромеханические переходные процессы.

 

1 СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

 

1.1     Электромагнитные переходные процессы

 

1.1.1      Основные виды и причины возникновения электромагнитных переходных процессов.

Основные допущения, принимаемые при расчетах. Назначения расчетов и требования к ним. Система относительных единиц. Составление схемы замещения. Преобразование схем замещения. Применение принципа наложения. Переходный процесс в простейшей трехфазной цепи.

/1, гл. 1,2,3; 3, гл.6, § 6.1-6.6; 2, гл.1; 4, § 8.1, § 8.2, § 8.3; 5, § 2.15-2.18,          § 2.20, § 2.21/

1.1.2      Режимы работы синхронной машины (СМ).

Векторные диаграммы. Влияние и учет нагрузки. Расчет при наличии и отсутствии АРВ, понятие о критическом токе и критической реактивности. Начальный  момент внезапного нарушения режима. Сверхпереходные и переходные э.д.с. и реактивности СМ. Схемы замещения, сравнение реактивностей. Характеристики двигателей и нагрузки

/1, гл.5,6; 3, гл.6, § 6.6; 2, гл. 1,2,3; 4, § 8.5, § 8.9; 5, § 2.24, § 2.25/

1.1.3      Практические методы расчета трехфазного к.з. для произвольного момента времени.

Приближенный учет системы. Применение метода расчетных кривых. Метод спрямленных характеристик.

/1, гл.10; 3, гл.6, § 6.6; 2,  гл. 1,2,3; 4, § 8.5, § 8.9; 5, § 2.24, §  2.25/

1.1.4 Переходные процессы при нарушении симметрии трехфазной системы.

Образование высших гармоник. Метод симметричных составляющих. Параметры элементов электрической системы для токов обратной и нулевой последовательностей. Составление схем замещения обратной и нулевой последовательностей. Граничные условия и соотношения между симметричными составляющими токов и напряжений для основных видов несимметричных к.з. при однократной поперечной несимметрии. Векторные диаграммы токов и напряжений. Правило эквивалентности прямой последовательности, комплексные схемы замещения. Сравнение различных  видов к.з. Применение практических методов к расчету несимметричных видов к.з.

 /1, гл. 11, 12, 13, 14; 3, гл. 6, § 6.7; 2, гл.6; 4 § 8.6/

1.1.5 Замыкания в распределительных сетях и системах электроснабжения.

Замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью. Расчет токов короткого замыкания в установках напряжением до 1000 В. Явление теплового спада тока к.з.

/1, гл.17; 3, гл.6, § 6.8, 6.9; 2, гл. 8; 4 , § 8.7; 5, § 2.29; 2.31/

 

1.2           Электромеханические переходные процессы

 

1.2.1 Основные понятия и определения

Основные положения, принимаемые при анализе. Схемы замещения основных элементов. Понятие об устойчивости и виды устойчивости. Основные допущения, применяемые при анализе переходных процессов. Характеристика мощности простейшей системы. Определение мощности в сложной системе с учетом активного сопротивления. Угловые характеристики с учетом АРВ пропорционального и сильного действия.

/6, гл.1,2,5; 7, гл. 1,2/

1.2.2 Статическая устойчивость

Практические критерии статической устойчивости. Метод малых колебаний. Алгебраические и частотные методы решения. Анализ статической устойчивости простейшей нерегулируемой и регулируемой системы.

/6, гл. 6, 9, 10; 7, гл. 4, § 4.2-4,5, гл. 8/

1.2.3 Переходные процессы в электрических системах при больших возмущениях режима и малых  изменениях скорости вращения генераторов

Основные допущения. Исследование динамической устойчивости методом площадей при различных видах возмущений. Метод последовательных интервалов и его обоснование. Определение предельного времени отключения короткого замыкания.

/6, гл.5, § 5.3, гл. 7, гл. 8, § 8.6; 7, гл.4, § 4.6, гл. 7, § 7.2/

1.2.4 Переходные процессы  в системах электроснабжения при малых изменениях режима

Устойчивость узлов нагрузки. Статические и динамические характеристики основных элементов нагрузок. Статические характеристики комплексной нагрузки и  двигателей. Опрокидывание двигателей. Лавина напряжения. Влияние регуляторов возбуждения, установленных на генераторах. Влияние включения в нагрузку конденсаторов. Изменение частоты системы. Практические критерии устойчивости  узла нагрузки.

/6, гл.11; 7, гл.11/

1.2.5 Переходные процессы в узлах нагрузки при больших возмущениях

Динамические характеристики элементов нагрузки. Пуск двигателей. Схемы пуска. Уравнение движения при пуске. Переходные процессы при пуске асинхронных двигателей, имеющих мощность, соизмеримую с мощностью источника. Резкие изменения режима в системах электроснабжения. Толчкообразные нагрузки. Самозапуск двигателей. Влияние регулирования возбуждения синхронных двигателей. Учет динамических характеристик при анализе электромеханических переходных процессов в узлах нагрузки. Самовозбуждение асинхронных двигателей при пуске.

/6, гл. 12; 7, гл. 12/

1.2.6 Переходные процессы в электрических системах при больших возмущениях режима и больших изменениях скорости вращения генераторов

Асинхронные режимы. Процесс выпадения из синхронизма и переход в установившийся асинхронный режим (асинхронный ход). Процесс ресинхронизации синхронных генераторов.

/6, гл. 14; 7, гл. 14, § 14.1-14.7/

1.2.7 Мероприятия по улучшению устойчивости и качества переходных процессов

/6, гл. 18;  7, гл. 14, § 14.8-14.10/

 

 

1.3     Методические указания к изучению теоретических вопросов

 

1.3.1      При изучении раздела 1.1.1 необходимо обратить внимание на основные допущения, принимаемые при расчете тока к.з., на принципы составления и преобразования схем замещения, особенности осциллограммы тока к.з.

1.3.2      При изучении раздела 1.1.2 необходимо обратить внимание на особенности расчета установившегося тока к.з. при отсутствии и наличии АРВ, на влияние и учет нагрузки при расчете установившегося режима. Кроме того, необходимо усвоить понятия переходных и сверхпереходных ЭДС и реактивностей, применяемых при расчете тока к.з. в начальный момент.

1.3.3      При изучении раздела 1.1.3 необходимо обратить внимание на особенности, отличительные черты и принципы применения приближенных методов расчета тока к.з.

1.3.4      При изучении раздела 1.1.4 необходимо обратить внимание на особенности применения метода симметричных составляющих при расчете несимметричных к.з., составление схем замещения различных последовательностей. Кроме того, следует уяснить граничные условия и соотношения между симметричными составляющими токов и напряжений для основных видов несимметричных к.з. и правило эквивалентности прямой последовательности.

1.3.5      При изучении раздела 1.1.5 необходимо обратить внимание на особенности расчета тока к.з. в сети до 1000 В и замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью.

1.3.6      При изучении раздела 1.2.1 необходимо усвоить понятие устойчивости и виды устойчивости. Также необходимо обратить внимание на основные допущения, применяемые при анализе переходных процессов и определение угловой характеристики мощности простейшей системы.

1.3.7      При изучении раздела 1.2.2 следует усвоить понятие практического критерия статической устойчивости и обратить внимание на особенности применения метода малых колебаний для анализа статической устойчивости системы.

1.3.8      При изучении раздела 1.2.3  необходимо обратить внимание на понятие динамической устойчивости и использование метода площадей для анализа динамической устойчивости электрических систем при различных видах возмущения. Кроме того, следует обратить внимание на особенности метода последовательных интервалов для анализа динамической устойчивости электрической системы.

1.3.9      При изучении раздела 1.2.4 следует обратить внимание на особенности статических и динамических характеристик основных элементов нагрузки. Также необходимо усвоить сущность явления опрокидывания двигателя и лавины напряжения.

1.3.10  При изучении раздела 1.2.5 необходимо обратить внимание на особенности пуска двигателей, схемы пуска и уравнение движения при пуске. Кроме того, следует обратить внимание на особенности самозапуска и принципы расчета самозапуска группы двигателей.

1.3.11  При изучении раздела 1.2.6 следует обратить внимание на причины выпадения из синхронизма генераторов и переход в установившийся асинхронный режим.

1.3.12  При изучении раздела 1.2.7 необходимо обратить внимание на принципы осуществления мероприятий по улучшению статической и динамической устойчивости и качества переходных процессов.

 

 

1.4     Содержание лабораторных работ

 

1.4.1      Расчет величины тока трехфазного короткого замыкания для начального момента времени КЗ

1.4.2      Расчет несимметричных коротких замыканий

1.4.3      Расчет величины тока трехфазного короткого замыкания для начального момента времени t=∞

1.4.4      Расчет трехфазного короткого замыкания методом расчетных кривых

 

1.5     Содержание практических занятий

 

1.5.1      Составление схем замещения для расчета к.з. вычисление параметров схемы замещения в системе именованных и относительных единиц. Преобразование схем замещения.

1.5.2      Расчет установившегося режима к.з. при наличии автоматического регулирования возбуждения. Расчет начального сверхпереходного и ударного токов к.з.

1.5.3      Расчет токов к.з. с учетом большого диапазона регулирования напряжения трансформаторов с РПН. Расчет токов к.з. с учетом влияния высоковольтных электродвигателей.

1.5.4      Расчет несимметричных коротких замыканий. Составление схем замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей. Построение векторных диаграмм токов и напряжений.

1.5.5      Расчет однофазного замыкания в сети 6-10 кВ с изолированной нейтралью. Расчет токов к.з. в установках напряжением до 1000 В.

1.5.6      Расчет и построение статических характеристик мощности различных видов нагрузки. Определение коэффициента запаса статической устойчивости узла нагрузки.

 

 

1.6     Курсовая работа

 

Курсовая работа выполняется студентами согласно варианту. Задание к курсовой работе состоит из двух разделов:  расчет токов трехфазного короткого замыкания в системе электроснабжения промышленного предприятия на сборных шинах 6 кВ ГПП и при питании по ВЛ-110 кВ в сети 0.4 кВ (при различных параметрах элементов схемы электроснабжения и нагрузки); расчет статической устойчивости узла нагрузки (при различных напряжениях ВЛ и параметрах нагрузки).

 

2 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

 

2.1 Общие указания к выполнению контрольных заданий

2.1.1 Прежде чем приступить к выполнению контрольных работ следует ознакомиться с соответствующими разделами рекомендованной литературы и с настоящими методическими указаниями.

2.1.2 Решение задач следует располагать в порядке номеров, указанных в задании. Перед решением каждой контрольной работы надо выписать полностью ее условие с конкретными данными соответствующего варианта.

2.1.3 По ходу решения необходимо приводить краткие пояснения. Графики и векторные диаграммы следует выполнять на отдельных листах миллиметровой бумаги в удобном масштабе. Все обозначения и графические изображения необходимо делать в соответствии с ГОСТом.

2.1.4 Все необходимые данные для выполнения контрольных работ студент выбирает по первой букве своей фамилии и двум последним цифрам номера зачетной книжки.

 

2.2 3адание на выполнение контрольной работы № 1

 

Для начального момента времени (t=0) аналитическим методом  в системе относительных единиц требуется:

2.2.1      Рассчитать сверхпереходные токи для трехфазного и всех видов несимметричных к.з.: двухфазного, однофазного и двухфазного на землю.

2.2.2      Построить векторные диаграммы токов и напряжений для несимметричных к.з. в месте возникновения несимметрии.

2.2.3      Искомая схема и параметры элементов электрической системы для выполнения задания выбираются по данным таблиц 1 - 3. Схемы электрической системы составлены из восьми типовых элементов и приведены на рисунках 1-11.

 

Таблица 1- Варианты схем электрической системы

Начальная

буква фамилии студента

 

А,Д

Б,Е

В,Г,Я

Ж,ЗИ,Л

К, Ц

М,О

Н,П

Р,Т У,Ф

С,Ч, Э

Х, Ш,Щ, Ю

Номер

схемы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

 

Таблица 2 - Выбор точки короткого замыкания

Последняя

цифра номера

зачетной

книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Точка к.з.

К-1

К-2

К-3

К-4

К-5

К-1

К-2

К-3

к-4

К-5

 

 

2.3 Методические указания к контрольной работе № 1

 

2.3.1 Составление схемы замещения. Генераторы вводятся в  схему замещения своими сверхпереходными э.д.с.Е² и сопротивлениями  x²d. Если известен предшествующий режим работы генератора, то величину сверхпереходной э.д.с. легко определить по формуле

,
где Uо, Iо, jо - предшествующие напряжения, ток и угол сдвига между их векторами.

Все генераторы до возникновения к.з. работают с номинальной нагрузкой (Iо = 1, Uо = 1) и соs jо = 0,8. В приближенных расчетах для турбогенераторов Е² = 1,08, для гидрогенераторов Е² = 1,13,  нагрузки должны быть введены в схему замещения в точках их действительного присоединения. При этом их относительная реактивность принимается равной  x²нагр.= 0,35 , а Е²нагр.= 0,85 при их полной рабочей мощности (МВА) и среднем номинальном напряжении (кВ) той ступени, где эти нагрузки присоединены. Схемы замещения силовых трансформаторов и автотрансформаторов приведены в таблице 4.

Для расчета несимметричных к.з. необходимо составить схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Схема прямой последовательности является обычной схемой, которую составляют для расчета любого симметричного трехфазного режима.

Схема обратной последовательности по структуре аналогична схеме прямой последовательности. Различие между ними состоит только в том, что в схеме обратной последовательности э.д.с. всех генерирующих ветвей принимают равными нулю. Началом схемы обратной последовательности является точка, объединяющая начала всех генераторных ветвей и нагрузочных ветвей. В конце схемы  (в точке к.з.) приложено напряжение Uк2.

В практических приближенных расчетах обычно принимают: для генераторов x2 » x²d, а для системы неограниченной мощности  x1 = x2 = xо, поэтому результирующее сопротивление обратной последовательности получается равным результирующему сопротивлению прямой последовательности x2å = x1å.

Вид схемы нулевой последовательности зависит от схемы сети высшего напряжения (110 кВ и выше), количества трансформаторов и автотрансформаторов и схемы соединения их обмоток.

Составление схемы замещения нулевой последовательности следует начинать с точки к.з. для того, чтобы проследить возможные пути протекания токов нулевой последовательности. Циркуляция токов нулевой последовательности имеет место только в том случае, если есть хотя бы одна заземленная нейтраль, электрически связанная с точкой несимметрии. Обмотки трансформаторов и автотрансформаторов, соединенные в  или U без заземленной нейтрали ограничивают пути циркуляции токов нулевой последовательности, поэтому элементы сети, присоединенные к этим обмоткам в схеме замещения отсутствуют / 1,3 /.


 

Таблица 3 - Параметры элементов электрической системы

 

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

Система

ЭЛЕМЕНТ № 1

ЭЛЕМЕНТ № 2

Генераторы Г-1, Г-2, Г-3

Трансформаторы        Т-1, Т-2

Н-1

Генераторы Г-4, Г-5

Трансформатор Т-3

 

Н-2

Sк.з., мВА

Sном, МВА

Uном, кВ

Xd

X"d

If.пред

Sном, МВА

Uном, кВ

Uк, %

Sном, МВА

Sном, МВА

Uном, кВ

Xd

X"d

If.пред

Sном, МВА

Uном, кВ

Uк, %

Sном, МВА

Uвн,кВ

Uнн, кВ

Uвн,кВ

Uнн, кВ

Подпись: 101

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

0

1600

125

10,5

1,907

0,192

3,2

125

347

10,5

11

80

80

10,5

1,23

0,22

3,15

125

121

10,5

11

70

1

1200

75

10,5

1,69

0,146

4,2

125

242

10,5

11

50

30

10,5

0,95

0,3

3,2

80

121

10,5

11

20

2

1000

37,5

6,3

2,46

0,143

3,5

80

242

6,3

11

30

66

10,5

0,91

0,21

2,8

125

121

10,5

11

50

3

1500

62,5

6,3

1,4

0,134

3,9

80

242

6,3

11

40

55

10,5

0,61

0,23

2,6

125

121

10,5

11

45

4

900

78,75

10,5

2,2

0,153

4

125

242

10,5

11

60

100

13,8

0,89

0,26

2,85

200

121

13,8

11

80

5

1800

75

10,5

1,69

0,145

4,4

125

347

10,5

11

55

50

10,5

1

0,16

2,65

125

121

10,5

11

35

6

2000

37,5

10,5

2,65

0,153

3,8

125

347

10,5

11

25

30

10,5

0,95

0,3

2,7

80

121

10,5

11

25

7

2400

235,3

15,75

1,88

0,191

2,6

400

347

15,8

11

200

55

10,5

0,61

0,23

2,95

125

121

10,5

11

30

8

1500

176,5

18

1,713

0,213

2,8

200

347

18

11

150

27,5

6,3

1,35

0,21

2,55

40

121

6,3

11

25

9

1300

117,5

10,5

1,79

0,183

3

125

242

10,5

11

90

25

10,5

0,95

0,24

3,1

40

121

10,5

11

15

 

            Примечание - Система – источник неограниченной мощности с неизменным напряжением, равным среднему                              

                                    номинальному напряжению той ступени, где она подключена.

 

 Продолжение таблицы 3

 

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

ЭЛЕМЕНТ № 3

ЭЛЕМЕНТ № 4

Генераторы Г-6, Г-7

Трансформатор Т-4

Генератор Г-8

Автотрансформатор АТ-1

Sном, МВА

Uном, кВ

Xd

X"d

If.пред

Sном, МВА

Uном,кВ

Uк, %

Sном, МВА

Uном, кВ

Xd

X"d

If.пред

Sном, МВА

Uном,кВ

Uк, %

Uвн,кВ

Uнн, кВ

Uвн,кВ

Uсн,кВ

Uнн,кВ

Uк В-С

Uк В-Н

Uк С-Н

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

Подпись: 110

15

6,3

1,85

0,11

3,85

63

330

6,3/6,3

11

37,5

10,5

2,65

0,153

3,75

63

330

115

11

10

32

21,5

1

37,5

10,5

2,65

0,15

3,8

100

230

11/11

12

15

6,3

1,35

0,114

3,66

32

230

121

6,6

11

34

21

2

15

6,3

1,85

0,11

3,65

32

230

6,6/6,6

12

62,5

6,3

1,4

0,134

3,9

125

230

121

6,6

11

31

19

3

78,75

10,5

2,2

0,15

4

160

230

11/11

12

37,5

10,5

2,65

0,153

3,8

100

230

121

11

11

31

19

4

37,5

6,3

2,46

0,14

3,8

100

230

6,6/6,6

12

75

10,5

1,69

0,146

5,4

160

330

121

11

11

32

20

5

75

10,5

1,69

0,15

4,4

200

330

10,5/10,5

11

15

10,5

2,07

0,131

3,85

63

330

115

11

10

32

21,5

6

15

10,5

2,07

0,13

3,75

32

330

10,5/10,5

11

62,5

6,3

1,4

0,134

3,95

125

330

115

6,6

10

35

22

7

78,75

10,5

2,2

0,15

4

200

330

10,5/10,5

11

37,5

6,3

2,46

0,143

3,75

125

330

115

6,6

10

35

22

8

37,5

10,5

2,65

0,15

4,2

63

330

10,5/10,5

11

75

6,3

1,6

0,195

4,25

200

330

115

6,6

10

34

22,5

9

37,5

10,5

2,65

0,15

4,15

63

230

11/11

12

125

10,5

1,19

0,192

4,25

250

230

121

11

11

32

20

Примечания  - 1 Все генераторы до возникновения короткого замыкания работают с номинальной нагрузкой Cosφ=0,8.

                2 Г-1, 2, 3, 8, 9 – турбогенераторы, Г-4, 5, 6, 7 – гидрогенераторы.

 

 

 

 

Продолжение таблицы 3

 

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

ЭЛЕМЕНТ № 5

ЭЛЕМЕНТ № 6

ЭЛЕМЕНТ № 7

Генераторы Г-9, Г-10

Трансформаторы    Т-5, Т-6

Трансформаторы Т-7, Т-8

Н-3

Автотрансформатор АТ-2

Н-4

Sном, МВА

Uном, кВ

Xd

X"d

If.пред

Sном, МВА

Uном,кВ

Uк, %

Sном, МВА

Uном,кВ

Uк, %

Sном, МВА

Sном, МВА

Uном,кВ

Uк, %

Sном, МВА

Uвн,кВ

Uнн, кВ

Uвн,кВ

Uнн, кВ

Uвн,кВ

Uсн,кВ

Uнн,кВ

Uк В-С

Uк В-Н

Uк С-Н

Подпись: 121

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

0

80

10,5

1,23

0,22

3,2

80

121

10,5

11

125

330

10,5/10,5

11

55

200

330

115

38,5

10

34

22,5

100

1

25

10,5

0,95

0,24

3,1

40

121

10,5

11

80

242

6,3

12

70

63

230

121

38,5

11

35

22

30

2

27,5

6,3

1,25

0,21

2,6

40

121

6,3

11

125

242

10,5

11

100

100

230

121

11

11

31

19

45

3

66

10,5

0,91

0,21

2,8

80

121

10,5

11

32

230

6,6/6,6

12

12

125

230

121

6,6

11

31

19

60

4

100

13,8

0,89

0,26

2,9

125

121

13,8

11

63

230

11/11

12

30

160

230

121

38,5

11

32

20

80

5

97

13,8

0,76

0,21

3

125

121

13,8

11

125

347

10,5

11

90

125

330

115

11

10

35

22

50

6

55

10,5

0,61

0,23

2,6

80

121

10,5

11

200

330

10,5/10,5

11

85

63

330

115

6,6

10

32

21,5

25

7

236

15,8

1,65

0,3

3,4

250

121

15,8

11

32

330

6,6/6,3

11

10

200

330

115

11

10

34

22,5

90

8

160

13,8

1,34

0,28

3,3

200

121

13,8

11

63

330

10,5/10,5

11

25

125

330

115

38,5

10

35

22

55

9

30

10,5

0,95

0,3

2,7

40

121

10,5

11

100

230

11/11

12

40

250

230

121

38,5

11

32

20

125

 

 

 

           Продолжение таблицы 3

 

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

ЭЛЕМЕНТ № 8

ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ

РЕАКТОР

Л-1

Л-2

Л-3

Л-4

Л-5

Н-5

двухцепная

одноцепная

одноцепная

одноцепная

двухцепная

Sном, МВА

L, км

Х0/Х1

L, км

Х0/Х1

L, км

Х0/Х1

L, км

Х0/Х1

L, км

Х0/Х1

Хр, Ом

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Подпись: 130

120

320

3

70

2

270

2

105

3

170

2

35

1

200

280

5,5

140

3,5

70

3

80

3,5

160

3

15

2

250

360

4,7

100

3

60

3

90

3

150

4,7

20

3

300

180

3

80

2

70

2

100

3

140

5,5

25

4

150

300

4,7

210

3,5

100

3

70

2

130

3,5

30

5

350

390

5,5

180

3

220

3,5

60

3,5

120

2

35

6

240

250

3

125

2

200

3

65

3

110

3

15

7

320

420

4,7

240

3,5

120

3

75

3

100

4,7

30

8

180

200

5,5

90

3

110

3

85

2

90

5,6

25

9

100

450

4,7

60

3

300

2

95

3

80

3,5

30

Примечание - Для воздушных линий принимать удельное сопротивление прямой последовательности худ = 0,4 Ом/км.

 

 

 




Рисунок 1 - Схемы типовых элементов электрической системы

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 - СХЕМА № 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 - СХЕМА № 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 - СХЕМА № 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 - СХЕМА № 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 - СХЕМА № 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 - СХЕМА № 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 - СХЕМА № 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9 - СХЕМА № 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10 - СХЕМА № 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 11 - СХЕМА № 10

 

 

 

 

 

Таблица 4 - Схемы замещения трансформаторов и автотрансформаторов

 

Наименование

Условное обозначение

Схема замещения

Исходные данные

Расчетные выражения

Двухобмоточный трансформатор

 

 

 

 

Uк

Sн

Трехобмоточный трансформатор

 

 

 

 

 

Uк В-С

Uк В-Н

Uк С-Н

Sн

Автотрансформатор с обмоткой низшего напряжения

 

 

 

Uк В-С

Uк В-Н

Uк С-Н

Sн

Аналогично трехобмоточному трансформатору

Трехфазный трансформатор с обмоткой низшего напряжения, разделенной на две ветви

 

 

 

 

Uк В-Н

Sн

 

 

При протекании тока прямой последовательности в фазе воздушной линии взаимоиндукция с другими фазами уменьшает сопротивление фазы, а при протекании тока нулевой последовательности увеличивает его. По этой причине  x1 и xо воздушной линии резко различаются между собой. В таблице 3 даны значения отношения xо/x1, по которому по известной величине x1 легко определить сопротивление нулевой последовательности xо воздушной линии.

Началом схемы нулевой последовательности считают точку, в которой  объединены ветви с нулевым потенциалом, а ее концом - точку, где возникла несимметрия.

 

2.3.2 Расчет параметров элементов схемы замещения в системе относительных единиц

При расчете в относительных единицах базисная мощность может быть взята произвольной (например, 100 или 1000 МВА). Если производится точный  учет действительных коэффициентов трансформации, то вначале задаются базисным напряжением на ступени к.з.  Uб, обычно его принимают равным номинальному напряжению одного из элементов данной ступени), а затем определяются базисные напряжения для каждой другой ступени путем пересчета через коэффициенты трансформации по формуле

,
где k1, k2 ... kn - коэффициенты трансформации трансформаторов, связывающих данную ступень напряжения схемы  со ступенью напряжения точки к.з.

Базисный ток любой ступени напряжения может быть найден по  выражению 

.

Сопротивление элементов схемы замещения в относительных единицах при базисных условиях x*(б) определяют следующим образом.

Если сопротивление, включенное на ступени Uб, задано:

а) в относительных единицах x*(н) при Sн  и  Uн  (генераторы,    трансформаторы), то

;

б) в процентах x(н)  % при  Iн  и Uн (реакторы), то

;

 в) в Омах  x (воздушные линии, кабели) на единицу длины, то при длине   

.

В указанных формулах следует принимать Uб той ступени, на которой находится данный элемент.

Э.д.с.  источников при принятых базисных условиях определяются по формуле   

 .

При приближенном приведении параметров к базисной ступени в относительных единицах используются следующие формулы:

генераторы           

, ;

трансформаторы

;

воздушные и кабельные линии

;

где Uнл - среднее значение  номинального напряжения ЛЭП или КЛ;

нагрузка

для момента  t = 0

, ;

для момента t¥

, .

Способ приведения параметров к базисной ступени точное или приближенное  выбирается студентом самостоятельно.

 

2.3.3     Преобразование схем замещения

Преобразование схемы замещения выполняется в направлении от источников питания к месту короткого замыкания. Для приведения к простейшему виду схемы замещения с несколькими источниками производят замену отдельных генерирующих ветвей с э.д.с. Е1, Е2, …, Еn и сопротивлениями x1, x2, …, xn одной эквивалентной генерирующей ветвью (таблица 5).

 

2.3.4 Расчет токов и напряжений в точке к.з.

Ток прямой последовательности для различных видов к.з. можно определить по следующей формуле

,

где  Е1å       - результирующая э.д.с. схемы прямой последовательности;

        x1å           - результирующее сопротивление схемы прямой последовательности относительно точки к.з.;

            - дополнительное сопротивление, зависящее от вида к.з. и результирующих сопротивлений схем обратной и нулевой последовательностей.

Периодическая составляющая тока поврежденной фазы в месте к.з.  

,

где   m(n) - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида к.з.

Для трехфазного к.з.  и m(n) =1.

Значения  и коэффициента m(n) для несимметричных к.з. приведены в таблице Х. Там же даны основные расчетные формулы для токов и напряжений в месте повреждения для различных видов несимметричных к.з.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5 - Основные формулы преобразования схем замещения

 

Производимое преобразование

Схемы

Э.д.с. и сопротивления преобразованной схемы

До преобразования

После преобразования

Последовательное соединение

 

 

 

 

Параллельное соединение

 

 

 

 

 

 

Преобразование треугольника в эквивалентную звезду

 

 

 

Преобразование звезды в эквивалентный треугольник

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6 - Основные формулы, применяемые при расчете КЗ

 

Определяемые величины

Вид короткого замыкания

Двухфазное

Однофазное

Двухфазное на землю

1

2

3

4

Условное обозначение вида КЗ (n)

(2)

(1)

(1,1)

Дополнительное сопротивление

Коэффициент m(n)

3

Токи в месте КЗ прямой последова-тельности фазы А,

То же обратной последователь-ности фазы А,

То же нулевой последовательности,

0

Ток в месте КЗ фазы А,

0

0

То же фазы B,

0

То же фазы C,

0

Напряжения в месте КЗ прямой последователь-ности фазы А,

 

 

 

 

Продолжение таблицы 6

 

1

2

3

4

То же обратной последователь-ности фазы А,

То же нулевой последователь-ности,

0

Напряжения в месте КЗ фазы А,

0

То же фазы B,  

0

То же фазы C,

0

 

Примечание: Оператор ; .

 

2.4           3адание на выполнение контрольной работы № 2

 

Рассчитать самозапуск синхронных электродвигателей при  отключении, вследствие повреждения трансформатора Т-1 и автоматическом включении (АВР) через время  tэ секционных выключателей.

Контрольная работа выполняется на основе единой схемы для всех вариантов (рисунок 12). От  I  и  II секции шин получают питание по  N  синхронных электродвигателей (СД) и прочие электроприемники мощностью Sн1, Sн2. От III и IV секции шин получает питание соответственно обобщенные нагрузки мощность Sн3, Sн4. Все необходимые данные содержатся в таблицах 7¸10.Коэффициент загрузки трансформаторов ГПП следует принимать равным для всех вариантов b=0,7, напряжение короткого замыкания Uк = 10,5%.

Суммарная мощность синхронных электродвигателей составляет 50% от расчетной нагрузки, подключенной к трансформатору ГПП.

Например: мощность трансформатора ГПП Sнт=40 МВА, мощность электродвигателя Рн=1250 кВт.

Расчетная нагрузка трансформатора Sр = b × Sнт = 0,7× 40 = 28 МВА.

Количество электродвигателей, приходящихся на  I  II  секцию шин:

           N1 = N2 =.

Принимаем ближайшее целое число   N1 =  N2 = 6.

Мощность электроприемников прочей нагрузки  I  и  II  секций шин:

            МВА.

Мощность электроприемников нагрузки  III  и  IV секций шин:

            МВА.

Для всех вариантов следует принимать коэффициент мощности нагрузки  III  и IV секций шин, равный  cos jн = 0,9.

Система - источник неограниченной мощности, поэтому следует полагать, что xс = 0,  Uс = соnst (в приближенных расчетах Uс* = 1,05).

 

 

 

 

Таблица 7 - Исходные данные

 

Начальные буквы фамилии студентов

А, Д, Э

В, Г, Я

Б, Е, Щ

Ж, З, И, Л

К, Ю

М, О

Н, П

Р, Т, У, Ф

С, Ч

Х, Ц, Ш

Длина воздушной линии, км

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Номинальная скорость вращения, об/мин

СД

250

300

375

500

600

250

300

375

500

600

Закон изменения момента сопротивления приводимого механизма

СД

0,15+0,55(1-s)2

0,15+0,65(1-s)2

0,15+0,75(1-s)2

0,15+0,85(1-s)2

0,15+0,85(1-s)2

0,15+0,75(1-s)2

0,15+0,65(1-s)2

0,15+0,55(1-s)2

0,15+0,75(1-s)2

0,15+0,65(1-s)2

 

 

Таблица 8 - Исходные данные

 

Предпоследняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Номинальная мощность трансформатора ГПП, МВА

25

32

40

63

80

25

32

40

63

80

Номинальная мощность синхронного двигателя, кВт

1600

1250

1000

800

630

800

1000

1250

1600

630

Момент инерции приводимого механизма, Jмех, Т·м2

0,3×Jдв

0,4×Jдв

0,5×Jдв

0,6×Jдв

0,7×Jдв

0,3×Jдв

0,4×Jдв

0,5×Jдв

0,6×Jдв

0,7×Jдв

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 12 - Схема питания узла нагрузки

Таблица 9 - Исходные данные

 

Последняя цифра номера зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Время перерыва питания tэ, с

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

 

Таблица 10 - Номинальные параметры синхронных электродвигателей 

 

Тип двигателя

Рн,

кВт

Sн,

кВА

Uн,

кВ

Iн,

 А

hн,

 %

Пусковые характеристики

Момент инерции, J, Т·м2

           1              

 2

 3

 4

 5

 6

 7

 8

 9

10

11

n = 600 об/мин

СДН-15-64-10

1600

1860

6

179

95,7

2,12

6,2

0,95

1,6

2,6

СДН-15-49-10

1250

1460

6

141

95,2

2,11

5,8

0,85

1,4

2,22

СДН-15-39-10

1000

1170

6

113

94,6

2,17

5,8

0,8

1,4

1,88

СДН-14-56-10

 800

 940

6

91

94,4

2,09

5,7

0,85

1,5

0,96

СДН-14-44-10

 630

 745

6

72

93,8

2,05

5,4

0,8

1,3

0,79

n = 500 об/мин

СДН-16-51-12

1600

1870

6

180

95,3

2,08

5,1

0,95

1,1

5,53

СДН-16-41-12

1250

1460

6

141

94,8

2,22

5,4

1,0

1,0

4,64

СДН-15-49-12

1000

1170

6

113

94,8

2,07

5,4

0,9

1,2

2,01

СДН-15-39-12

 800

 945

6

 91

94,0

2,07

5,2

0,0

1,1

1,78

СДН-15-34-12

 630

 750

6

 73

93,6

2,01

4,4

0,8

1,0

1,46

n = 375 об/мин

СДН-17-46-20

1600

1880

6

181

94,8

2,16

5,4

0,85

1,4

10,2

СДН-17-39-20

1250

1480

6

142

94,0

2,18

5,3

0,8

1,3

8,93

СДН-16-41-20

 800

 955

6

 92

93,2

2,26

5,1

0,75

1,3

3,61

СДН-16-34-20

 630

 755

6

 73

92,6

2,18

4,9

0,7

11

3,11

n = 250 об/мин

СДН-18-39-24

1600

1890

6

182

93,8

2,18

5,7

0,9

1,5

20,5

СДН-17-46-24

1250

1480

6

143

94,0

2,06

4,7

0,7

1,3

10,4

СДН-17-39-24

1000

1190

6

115

93,4

2,14

5,0

0,75

1,3

9,17

СДН-17-31-24

 800

 960

6

  93

93,2

2,04

4,5

0,65

1,2

7,58

СДН-16-41-24

 630

 760

6

  73

92,8

2,31

4,4

0,8

1,0

3,55

 

 

2.5 Методические указания к контрольной работе № 2

 

Исходная схема замещения системы электроснабжения представлена на рисунке 13. Расчеты следует вести в системе относительных единиц. В расчетах в качестве базисной мощности  (Sб) следует принять номинальную мощность трансформатора главной понизительной подстанции (ГПП), базисного напряжения - напряжение ступени, где произошло короткое замыкание (Uб=6 кВ).

Сопротивление нагрузки прочих электроприемников  I  и  II секций:

;

III  и  IV секций:

.

Преобразованная схема замещения приведена на рисунке 14, где число СД равно 2N, а сопротивления нагрузок

;                   .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 13 – Исходная схема замещения             Рисунок 14 – Преобразованная  схема замещения

 

Определение возможности осуществления самозапуска двигателя сводится, в основном, к решению двух вопросов: к установлению достаточности момента вращения электродвигателя с учетом пониженного при этом напряжения и определению дополнительного нагрева электродвигателя, вызванного удлиненным временем разгона. При самозапуске синхронного двигателя следует также проверять успешность синхронизации.

При расчете самозапуска необходимо определить: выбег за время нарушения электроснабжения; сопротивление электродвигателей и сети; напряжение и избыточный момент электродвигателей; время самозапуска и дополнительный нагрев.

Механическая постоянная времени механизма и электродвигателя определяется выражением, (с):

,  с,

где Jдв , Jмех. - момент инерции, соответственно, электродвигателя и механизма, приведенные к валу электродвигателя, т.м2;

       n - синхронная частота вращения электродвигателя, об/мин;

       Рн - номинальная мощность электродвигателя, кВт.

Выбег за время нарушения электроснабжения приближенно определяется по формуле

,

где  Ммех.    - момент сопротивления механизма, отн.ед.;

           tэ       - время нарушения электроснабжения, (с).

Напряжение на зажимах электродвигателей при самозапуске определяется по следующему выражению

,

где xэ - эквивалентное сопротивление самозапускаемых двигателей и нагрузки секций.

.

      xвн - сопротивление внешней сети (воздушная линия и трансформатор ГПП);

     Uс - напряжение источника питания.

Сопротивление двигателя приводится к базисной мощности

,

где  Sб - базисная мощность, МВА;

      Uн  - номинальное напряжение двигателя, кВ;

      Uб            - базисное напряжение, кВ;

      Iп(s) - кратность пускового тока электродвигателя при скольжении, соответствующему началу самозапуска  sгр , определяется по формуле:

,

Iп(s) = .

   Критическое скольжение (sк.м.), при котором развиваемый двигателем асинхронный момент достигает максимальной величины Ммакс, а для синхронного двигателя определяется по выражению

Sк.м. = ,

где  Мпуск., Мвх - каталожные параметры двигателя.

Входной момент (Мвх) определяется при скольжении s= 0,05.

Если U