электромагнитные переходные процессы. Симметричные короткие замыкания
 Скачать 0.61 Mb.
|
Раздел «Симметричные короткие замыкания»Вопрос: Схемы замещения синхронной машины в сверхпереходном режиме. ЭДС за сопротивлениями  и  в начальный момент переходного процесса сохраняют свои значения неизменными, и называются сверхпереходными ЭДС  и  .Значения этих ЭДС где  ,  ,  ,  – составляющие напряжения и тока до нарушения нормального режима работы машины.Таким образом, синхронную машину с демпферными обмотками в начальный момент переходного процесса характеризуют сверхпереходные сопротивления и и сверхпереходные ЭДС  ,  . Приставкой «сверх» в названиях «сверхпереходные» подчёркивают влияние на переходный процесс демпферных обмоток машины.Принципиальную схему трёх магнитосвязанных обмоток в продольной оси ротора (рис. 1 а) можно представить эквивалентной схемой замещения, аналогичной схеме замещения трансформатора (рис. 1 б), в которой ЭДС  соответствуют результирующим потокосцеплениям обмотки возбуждения и продольной демпферной обмотки. Упрощённая схема замещения машины с параметрами  и изображена на (рис. 1 в). а б в Рис. 1 Схема замещения синхронной машины по продольной оси ротора в сверхпереходном режиме В поперечной оси ротора с параметрами и схема замещения машины имеет такой же вид, как и для двухобмоточного трансформатора (рис. 2).При чисто индуктивной цепи статора продольная и поперечная составляющие сверхпереходного процесса определяются выражениями:  Полный сверхпереходный ток  Угол между полным и сверхпереходными значениями тока  и ЭДС  в общем случае не равен 90°, т. к. даже в чисто индуктивной цепи  . а б в Рис. 2. Схема замещения синхронной машины по продольной оси ротора в переходном режиме Раздел «Несимметричные короткие замыкания» Вопрос: Порядок определения параметров элементов в схемах замещения обратной и нулевой последовательностей. Обратная последовательность Схема замещения по конфигурации практически полностью повторяет схему замещения прямой последовательности. Однако существуют отличия. Прежде всего, в месте КЗ напряжение равно напряжению обратной последовательности.  ЭДС генераторов симметричны, т. е. являются источниками только прямой последовательности, а значит, в схеме обратной последовательности существовать не будут (закорачиваем). Система токов обратной последовательности отличается от системы прямой последовательности обратным порядком чередования фаз. Всем элементам схемы все равно, в какой очередности это происходит (сопротивления будут равны сопротивлениям прямой последовательности), кроме, опять-таки, электрических машин и, в первую очередь, синхронных генераторов. Обобщенный вектор тока обратной последовательности вращается в обратную сторону по отношению к вектору прямой последовательности с двойной скоростью. Токи обратной последовательности, протекая по обмоткам статора генератора, создают магнитное поле, вращающееся в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля реакции статора. Магнитное поле, создаваемое токами обратной последовательности, перемещается относительно ротора с двойной синхронной частотой, вызывая пульсирующее магнитное поле двойной частоты. Измененная картина поля вызывает изменения и в том, каким сопротивлением проявляет себя машина. По этой причине сопротивление обратной последовательности синхронного генератора отличается от сопротивления прямой последовательности. Более подробно физическая картина процессов, протекающих в синхронной машине. Для синхронной машины без демпферных обмоток сопротивление генератора принимают:  .Для машин с демпферными обмотками:  .В качестве приближенных соотношений принимают для машин без демпферных обмоток:  ,для турбогенераторов и машин с демпферными обмотками в обеих осях:  .В практических приближенных расчетах, если в условиях задачи нет дополнительных данных, для турбогенераторов принимают:  .Нагрузка в схеме замещения обратной последовательности замещается только сопротивлением xнг=0,35, однако, если в качестве нагрузки выступают асинхронные двигатели в чистом виде, тогда:  .Нулевой последовательности: Схема замещения нулевой последовательности по конфигурации сильно отличается от других схем. Существуют значительные отличия и в величинах сопротивлений. Прежде всего, в месте КЗ напряжение равно напряжению нулевой последовательности.  Как видно из рисунка, схема замещения своим началом имеет точку КЗ, а ограничивается она путями протекания токов нулевой последовательности. Как уже отмечалось, симметричная система токов нулевой последовательности существенно отличается от прямой и обратной. Она представляет собой систему трех переменных токов, совпадающих по фазе и имеющих одинаковую амплитуду. Эти токи являются, по существу, разветвлением однофазного переменного тока, для которого три провода трехфазной цепи составляют один прямой провод, а обратным служит земля или четвертый (нулевой) провод. Сопротивление нулевой последовательности трансформаторов: Большое значение имеют соединения обмоток трансформаторов сети и заземление их нейтралей. Чтобы из точки КЗ протекал в данную часть схемы ток нулевой последовательности, необходимо, чтобы у трансформатора имелась заземленная нейтраль. Обмотки, незаземленные и соединенные в треугольник, являются фильтрами нулевой последовательности и не дают возможности соответствующим токам протекать дальше по схеме или в землю. В приведенном примере трансформатор слева (Т-1) имеет заземленную первичную обмотку и вторичную собранную треугольником. Токи нулевой последовательности достигают трансформатора и стекают на землю через его нейтраль, но не распространяются дальше в остальную часть левой схемы (вторичная обмотка трансформатора собрана треугольником, о ее последствии ниже). Между тем, путь токам справа не ограничивает трансформатор Т-2, т. к. его обмотки со стороны высокого и среднего напряжений имеют заземленную нейтраль, и токи нулевой последовательности продолжают путь в остальную правую часть схемы, но только потому, что там, в системе, есть заземленная нейтраль, показанная на принципиальной схеме соответствующим значком. Если бы этот значок показывал, что нейтраль не заземлена, то схему следовало бы закончить трансформатором. Отдельно нужно рассмотреть обмотку низкого напряжения трансформатора Т-2. Она собрана в треугольник. Треугольник является фильтром для токов нулевой последовательности: они способны трансформироваться в него, но, протекая через обмотки фаз, замыкаются друг с другом. По этой причине на схеме показан путь для протекания токов через сопротивление низкой обмотки трансформатора на землю, хотя фактически там земли нет. Вторичная обмотка трансформатора Т-1 также собрана в треугольник. Сопротивление нулевой последовательности, таким образом, складывается из сопротивления первичной обмотки, через которое токи непосредственно стекают в землю и из сопротивления вторичной, собранной в треугольник, в которой они замыкаются сами на себя. В итоге трансформатор в схеме показан своим полным реактивным сопротивлением. Двухобмоточный трансформатор может быть представлен так: На этих схемах предполагается, что замыкание происходит слева. Первый вариант представляет собой схему соединения обмоток двухобмоточного трансформатора типа звезда с землей — треугольник. Это есть рассмотренный выше случай. Однако на схеме указано еще сопротивление намагничивания. Но так как ток намагничивания достаточно мал (составляет около 1% от номинального), то можно считать, что это сопротивление настолько велико, что им можно пренебречь. Тогда трансформатор войдет в схему замещения только одним своим сопротивлением, которое рассчитывается обычной известной формулой.  Второй вариант представляет трансформатор с соединением вторичной обмотки в звезду и даже заземленную, но вот будут протекать токи нулевой последовательности через него или нет, зависит от того, есть или нет заземление нейтралей оборудования в остальной правой части схемы. Если есть, то трансформатор войдет в схему последовательно соединенным одним своим сопротивлением (рассчитанным как и для случая трехфазного КЗ). Если нет, то трансформатор следует представить сопротивлением первичной обмотки и сопротивлением намагничивания. Оно столь велико, что в приближенных расчетах часто принимают равным бесконечности, а значит, токи через трансформатор не текут. Между тем, величина сопротивления намагничивания сильно зависит от конструкции трансформатора. Все, что было сказано, подходит для группы трех однофазных трансформаторов и трехфазного с четырьмя или пятью магнитопроводами:  В трехфазных трехстержневых трансформаторах, где магнитные потоки нулевой последовательности замыкаются через изолирующую среду и кожух трансформатора, оказывается достаточно большой ток намагничивания. Реактивность в этом случае находится в пределах Хµ0 = (0,3 ч 1,0):  У трехобмоточных трансформаторов одна из обмоток, как правило, всегда соединена в треугольник, поэтому для них всегда Хµ = ∞.  Сопротивление линии электропередачи: В то время как при токе прямой (обратной) последовательности взаимоиндукция с другими фазами уменьшает сопротивление фазы, при токах нулевой последовательности она увеличивает его.  Токи нулевой последовательности, протекающие в тросах ЛЭП, оказывают размагничивающее действие, что приводит к некоторому уменьшению результирующего потокосцепления фазы. В зависимости от материала троса они оказывают разное влияние на уменьшение индуктивного сопротивления нулевой последовательности линии. Средние значения соотношений между Х0 и Х1 для воздушных линий:  Средние значения соотношений между Х0 и Х1 для кабельных линий: В ориентировочных расчетах для трехжильных кабелей сопротивления нулевой последовательности обычно принимаютR0 ≈ 10∙R1; X0 = (0,35 ч 4,6)∙Х1 . Сопротивление машин и нагрузки: Реактивность нулевой последовательности асинхронного двигателя, как и синхронных машин, определяется только рассеянием статорной обмотки и сильно зависит от типа и конструкции последней. Обычно сопротивление определяется опытным путем, а в задачах, если она действительно необходима для расчетов, бывает известна. Э.д.с. генераторов симметричны и не являются источниками нулевой последовательности. Если в задаче нагрузка указана как отходящая ветвь с шин высокого напряжения (например, 110кВ, 220кВ и т. п.), то в схеме замещения ее обычно НЕ учитывают на том основании, что нагрузок на такие напряжения не существует:  Нагрузка может существовать на более низком классе напряжения, следовательно, до нее на схеме должен находиться трансформатор, скажем, 110/10кВ со вторичной обмоткой, соединенной с сетью с изолированным режимом нейтрали (класс напряжений свыше 1000В до 100кВ не включительно). По этой причине токи нулевой последовательности до нагрузки не дойдут, а параметры трансформатора мы не знаем, следовательно, просто считаем схему соединения его обмоток таковыми, что токи нулевой последовательности через него не протекают. Сопротивление электрического реактора: Сопротивление реактора рассчитывается так же (причем для всех трех последовательностей оно одинаково), как и в случае трехфазного КЗ, если он включен последовательно в электрическую сеть. Однако, включенный в нейтраль трансформатора, он вводится в схему замещения (только нулевой последовательности, притом последовательно с сопротивлением трансформатора) своим утроенным сопротивлением. Это объясняется тем, что в нейтралях протекает утроенный ток, а падение напряжения на сопротивлении реактора должно быть обеспечено в однолинейной схеме замещения. Примечание: Со стороны обмоток, соединенных в треугольник или звезду без заземленной нейтрали, независимо от того, как соединены другие обмотки трансформатора, исключена возможность протекания токов нулевой последовательности.  Реактивность трансформатора нулевой последовательности в этих условиях:  Задача. Выполнить следующие задания по схеме: Составить схему замещения в относительных единицах при приближенном приведении. Три трехфазном КЗ в заданном узле вычислить начальное значение периодической составляющей тока КЗ и мощности КЗ. При трехфазном КЗ в заданном узле вычислить ударный ток КЗ  Точка короткого замыкания - № 8 Решение: В качестве базисной мощности примем Sб =1000 МВА. За базисные напряжения на соответствующих ступенях трансформации примем напряжение из шкалы средних номинальных напряжений: UбI =10,5 кВ; UбII =115 кВ; UбIII =230 кВ; UбIV =37 кВ. Расчет будем вести в относительных единицах (индуктивное сопротивление). Параметры всех элементов схемы замещения приведём к той ступени, где произошло короткое замыкание (точка К4). Найдем параметры схемы замещения: -генераторов:   - системы:   - нагрузок:     - трансформаторов Т1-Т2:   - реакторов:   - линий:     - трехобмоточного трансформатора находим предварительно Uкз каждой обмотки:    - сопротивление обмоток Т3, Т4:    - сопротивление автотрансформаторов:    - сопротивление обмоток АТ1, АТ2:      Рисунок 2 – Схема замещения Значение ЭДС источников согласно [3] принимаются: для турбогенераторов E1= E2= 1,08 системы E3=1,0 нагрузок E4- E5=0,85 Произведем преобразования по упрощению исходной схемы замещения:      Рисунок 3 – Схема замещения             Рисунок 4 – Упрощенная схема замещения Определим начальное значение периодической составляющей тока кз:  где  – ЭДС эквивалентного источника;  - соответствующее сопротивление ветви i;  - трехфазное короткое замыкание.Пересчитаем ток из относительных единиц в именованные, кА:  где  - базисное напряжение той ступени трансформации на которой происходит короткое замыкание.Значение мощности кз:  Определим ударный ток трехфазного КЗ:  где  - ударный коэффициент, принимается 1,717.  В именованных единицах:  Список литературы 1. Расчет токов при коротких замыканиях. Методические указания к выполнению контрольной работы №1 по курсу «Переходные процессы в системах электроснабжения» для студентов специальности 1004.. Серебряков В.Н. СГТУ, 2004. 2.Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. –М.: Энергия, 1970. 3.Крючков И.П., Кувшинский Н.Н., Неклепаев Б.Н. Электрическая часть станций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Изд.3. – М.: Энергия, 1989. |