Скачать

Расчёт устойчивости электрических систем

Устойчивость применительно к электрической системе – это способность её вернуться к исходному или новому установившемуся состоянию, после устранения возмущающего действия, без возникновения несинхронного вращения роторов генераторов системы. Если величена возмущающего действия мала, то говорят о статической устойчивости . При значительном возмущении в системе, например, при коротком замыкании, говорят о динамической устойчивости.

Аварии, связанные с нарушением устойчивости параллельной работы в электрических системах, являются наиболее тяжёлыми, влекущими за собой расстройство электроснабжения больших районов и городов. Проблема устойчивости наложила большой отпечаток на схемы коммутации , режимы работы и параметры оборудования и автоматики электрических систем.

На устойчивую параллельную работу станций непосредственное влияние оказывают также переходные процессы в узлах нагрузки , т. е. в приёмниках электроэнергии , включающих синхронные и асинхронные двигатели. Во время переходных процессов при пусках, самозапусках двигателей, резких колебаниях на валу и т.д. напряжение на шинах узла нагрузки может изменяться по величине и фазе выше допустимых пределов. В ряде случаев это может оказывать значительное влияние на режим работы системы электроснабжения в целом. Поэтому при проектировании и эксплуатации электроэнергетических установок потребителями вопросам режимов работы узлов нагрузок, как и вопросам устойчивости электрических систем, должно уделяться большое внимание.


ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Расчётная схема сети представлена на рисунке 1.

Исходные данные сети представлены в таблице 1.

Таблица 1

Электростанция:

Рст=3х160=480МВт

Рном=160МВт, cosj=0,85, Uном=18кВ, Хd=2,3о.е, Х¢d=0,33о.е, Х2=0,27о.е, =13,5Т*,Sном=160/0,85=188,24МВ*А.

Трансформатор Т:

Sном=3х200=600МВ*А

nт=242/18, Uk=11%, Px=200кВт, Qx=900квар.

Автотрансформатор АТ:

АОДЦТН-3х167000/500/220

nтв-с= 500/230, nтв-н=500/10,5,

Uквн=35% , Uксн=21,5% , Uквс=11%,

Uкв=12,5% , Uкс=0%, Uкн=22,75%,

Хв=61,1Ом, Хс=0 , Хн=113,5Ом.

СистемаUc=505кВ, Рс=220МВт, cosj=0,94, Sc=220/0,94=234,04МВ*А, sinj=0,341.
ЛЭП

Uном=220кВ, =140км, n=2, АС-240 ,

Нагрузка

Sн=66+j23,95 , cos=0,94 , (30%Sc).

Рисунок 1 – Исходная схема.


1 Расчёт установившегося режима

Расчёт схемы замещения производится в относительных единицах.

Базисные условия :

=565 МВ*А , (задались мощностью электростанции) ; =500 кВ .

Базисные напряжения ступеней 220кВ , 18кВ , кВ :

Мощность передаваемая в систему, о. е.:

Мощность нагрузки, о. е. :


Сопротивление генератора на схеме замещения представляется в зависимости от схемы АРВ.

Сопротивление генератора при различных режимах, о. е. :

Сопротивление обратной последовательности генератора, о. е. :

Cопротивление трансформаторов, о. е.:


Сопротивление автотрансформатора, о. е.:

Сопротивление линии, о. е.:

Зарядная мощность линии, о. е.:

Мощности холостого хода трансформаторов и автотрансформаторов, о. е. :


Напряжение системы, о. е. :

При составлении схемы замещения активными сопротивлениями ЛЭП, трансформаторов , автотрансформаторов и генераторов пренебрегаем, так как они малы .

Схема замещения установившегося режима показана на рисунке 2.

Рисунок 2.

Схема замещения установившегося режима с расчётными данными показана на рисунке 3.


Рисунок 3.

Для определения сопротивления нагрузки рассчитывается напряжение в узле 2, для этого рассчитываются мощности конца и начала участка 2-1:

Напряжение в узлах рассчитываются по формуле, о. е. :

Сопротивление нагрузки, о. е. :


Мощности конца и начала участка 3-2 находятся аналогично, как на участке 2-1 :

Напряжение в узле 3, о. е. :

Мощности конца и начала участка 4-3:

Напряжение на зажимах генератора, о. е. :

Угол между векторами Uго и Uс:

ЭДС за синхронным сопротивлением генератора, о. е. :


Угол между синхронной ЭДС и напряжением системы :

Переходная ЭДС генератора, о. е. :

Угол между переходной ЭДС и напряжением системы :

Проекция переходной ЭДС на ось q , о. е. :


2.Определение взаимных и собственных проводимостей при различных системах возбуждения

Расчётная схема для определения проводимостей представлена на рисунке 4. Из схемы исключены поперечные схемы проводимостей в силу их малого влияния на результат и существенного усложнения решения.

Рисунок 4 –Расчетная схема для определения проводимостей.

Взаимные и собственные проводимости при различных системах возбуждения определяются методом единичного тока:


Собственная проводимость , о.е. :

Взаимная проводимость, о.е. :

Угол собственных потерь:

Угол взаимных потерь:

Результаты расчётов записаны в таблице2.

Таблица2-Результаты расчёта проводимостей для различных АРВ.

Вид АРВ

Без АРВ2,548-0,087+j3,1570,320,0720,317-1,579
АРВ п. д.0,366-0,023+j0,9521,0610,2421,05-1,402
АРВ с. д.0-0,013+j0,5831,7330,3901,715-1,254

Составляющие тока генератора по осям d, q и суммарный ток генератора, о.е. :


Векторная диаграмма нормального режима работы синхронного генератора представлена на рисунке 5.

Масштаб: для Е- 1см =0,2о.е. , для I – 1см = 0,1 о.е.


                                +j                                          

                                                      q

                                                                                                        Eq



             Еq

                                                                                      Uг


                                                                                                                                        +1

       Uс

                                                                      Iг


                                       Id                                   

                                                                Iq

d

Рисунок 5- Векторная диаграмма


3. Определение коэффициента запаса статической устойчивости.

3.1 По действительному пределу передаваемой мощности, когда генератор ЭС не имеет АРВ

При исследованиях статической устойчивости с помощью практических критериев не учитывают нелинейность характеристик намагничивания генераторов и трансформаторов, пренебрегают их токами намагничивания. Кроме того, принимается упрощающее допущение о постоянстве ЭДС генераторов в исследуемых установившихся режимах. В основе этого допущения лежит эквивалентное представление синхронного генератора в виде постоянной ЭДС, приложенной за соответствующим индуктивным сопротивлением.

Мощности генератора, о.е. :

Изменение активной и реактивной мощности в зависимости от угла d представлено в таблице 3.

Таблица 3 – Зависимость Рг и Qг от d.

d
00,0210,882
300,3720,987
600,6231,252
900,7081,607
1200,6031,958
1500,3382,209
180-0,0172,294

Коэффициент запаса статической устойчивости генератора без АРВ, %:

График изменения Рг=f(d) представлен на рисунке 6, Qг=f(d) на рисунке 7 :

3.2 По действительному пределу передаваемой мощности , когда генератор ЭС имеет АРВ пропорционального действия

Мощность генератора, о.е. :

Таблица 4 – Зависимость Рг от d

d
00,0402
300,707
601,186
901,350
1201,154
1500,650
180-0,026

Коэффициент запаса генератора с АРВ п.д., %:

График изменения Рг=f(d) представлен на рисунке 6.

3.3 По действительному пределу передаваемой мощности, когда генератор ЭС имеет АРВ сильного действия

Мощность генератора, о.е. :

Таблица 5 – Зависимость Рг от d

d
00.0585
301.036
601.740
901.982
1201.697
1500.961
180-0,028

Коэффициент запаса генератора с АРВ с.д., % :


График изменения Рг=(d) представлен на рисунке 6.


Рг2,0


                                                                                                                                              безАРВ

                                                                                                                                               АРВп.д


   1,0                                                                                                                                       АРВс.д


                                                                                                                                 Ро


     0

               30               60               90              120            150               180

Рисунок 6 – Графики изменения Рг=f(d) для различных АРВ


   2.5                                                                                                                                     


   2.0                                                                                                                                      


   1.5                                                                                                                                      


   1.0


  0.5                                                                                                                         


     0

               30               60               90              120            150               180

Рисунок 7 – Графики изменения Qг =f(d)


Расчёт коэффициента запаса статической устойчивости для режима максимальных нагрузок для всех видов АРВ показал , что коэффициент запаса статической больше допустимого предельного значения 20 %. Таким образом , систему в данных случаях можно считать устойчивой, Анализируя системы возбуждения генератора можно заметить , что с увеличением скорости регулирования возбуждения , растёт предел передаваемой мощности, а значит и коэффициент запаса статической устойчивости.


4. Расчёт динамической устойчивости системы

4.1 Расчёт предельного времени отключения линии при двухфазном к.з. при условии

 Определяются собственные и взаимные проводимости схем замещения нормального, аварийного и послеаварийного режимов. Генератор замещяется переходным сопротивлением . Аварийный режим – режим в течение всего короткого замыкания до момента его отключения. Для данного режима в схему замещения нормального режима в точку к.з. включается шунт. Сопротивление этого шунта определяется по формуле:

,

где -- эквивалентное сопротивление нулевой последовательности относительно точки к.з.

- - эквивалентное сопротивление обратной последовательности.

Схема замещения обратной последовательности представлена на рисунке 8. Генератор замещения сопротивлением. Сопротивление обратной последовательности нагрузки принимается равным .

Схема замещения нулевой последовательности представлена на рисунке 9. В данной схеме сопротивления линий равны . Генератор не учитывается из-за того, что расположен за обмоткой трансформатора, соединенной в треугольник, за который точки нулевой последовательности не выходят.


Рисунок 8 – Схема замещения обратной последовательности.

Рисунок 9 – Схема замещения нулевой последовательности.

После эквивалентирования схем получим :

Х2=0,0024+j0,217 о.е.

Хо=j0,104 о.е.

Сопротивление шунта, о.е. :


Схема для расчёта проводимостей аварийного режима представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 – Схема замещения аварийного режима.

Проводимости рассчитываются аналогично расчёту , приведённому выше, т.е. методом единичного тока:

Активная мощность генератора в аварийном режиме, о.е. :


Результаты расчёта активной мощности генератора в аварийном режиме для различных углов представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Зависимость Рг от d

d
00,0018
300,161
600,277
900,319
1200,276
1500,159
1800,0004

В послеаварийном режиме сопротивление линии увеличивается в 2 раза. Схема замещения для расчёта проводимостей послеаварийного режима представлена на рисунке 11.

Рисунок 11 – Схема замещения послеаварийного режима.


Проводимости послеаварийного режима :

Активная мощность генератора в послеаварийном режиме, о.е. :

Результаты расчёта активной мощности генератора в послеаварийном режиме для различных углов представлены в таблице 7.

Таблица 7 – Зависимость Рг от d

d
00,029
300,517
600,867
900,986
1200,842
1500,473
180-0,021

Графики изменения Рг=(d) в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах представлены на рисунке 12.



Рг2,0

                                                                                                                                            ав.реж.

                                                                                                                                           п/ав.реж.


   1,0                                                                                                                                    нор.реж.


                                                                                                                             Ро


     0

               30               60               90              120            150               180

Рисунок 12 – Графики изменения Рг=f(d) для различных режимов.

Косинус предельного угла отключения, о.е. :

Предельный угол отключения равен 99,56 градусов.


5. Определение предельного времени отключения методом последовательных интервалов

Постоянная инерции генератора, с :

Постоянная инерции турбины, с :

Постоянная инерции агрегата, с :

Приращение угла на первом интервале (t=0.05) , в градусах:


Угол в конце первого интервала, в градусах:

В дальнейшем расчёт производится по следующим формулам :

Расчёты представлены в таблице 8.

Таблица 8 – Расчёт предельного времени отключения методом последовательных интервалов.

000019,55
0,050,1080,3502,622,18
0,10,1220,3377,65529,835
0,150,1600,22912,1441,975
0,20,2140,24516,07558,05
0,250,271
  • Астрономии
  • Банковскому делу
  • ОБЖ
  • Биологии
  • Бухучету и аудиту
  • Военному делу
  • Географии
  • Праву
  • Гражданскому праву
  • Иностранным языкам
  • Истории
  • Коммуникации и связи
  • Информатике
  • Культурологии
  • Литературе
  • Маркетингу
  • Математике
  • Медицине
  • Международным отношениям
  • Менеджменту
  • Педагогике
  • Политологии
  • Психологии
  • Радиоэлектронике
  • Религии и мифологии
  • Сельскому хозяйству
  • Социологии
  • Строительству
  • Технике
  • Транспорту
  • Туризму
  • Физике
  • Физкультуре
  • Философии
  • Химии
  • Экологии
  • Экономике
  • Кулинарии
  • Подобное: