Una dintre condițiile principale munca de incredere EES este stabilitatea sa, i.e. capacitatea EES de a restabili starea originală sau aproape de starea de echilibru inițială după încălcarea acesteia și după modul tranzitoriu corespunzător. Cu alte cuvinte, stabilitatea este capacitatea EPS de a menține funcționarea sincronă.
Există două tipuri de instabilitate:
- 1. „Self-swinging”, care se manifestă în fluctuațiile crescânde ale parametrilor regimului, așa-numita instabilitate oscilatorie.
- 2. „Creep” - abatere aperiodica de la pozitia de echilibru, asa-numita instabilitate aperiodica.
Motive pentru balansare (instabilitate oscilatoare): E4
- · Setarea incorectă a ARV SG, când reglarea excitației în loc de amortizare oscilează modul.
- · Alegerea nereușită a parametrilor sistemului de control al puterii turbinei.
- Funcționarea generatoarelor pe o rețea cu capacitate mare: linii cu grad înalt UPC, linii extinse în modurile inactiv sau cu sarcină scăzută.
Principala cauză a instabilității aperiodice este supraîncărcarea liniilor electrice.
Există următoarele trei tipuri de rezistență:
- · Stabilitatea statică (CS) este capacitatea EPS de a menține funcționarea sincronă după o mică perturbare a modului.
- · Stabilitatea dinamică (DU) este capacitatea EPS de a menține funcționarea sincronă după o perturbare mare a regimului. În acele cazuri, de regulă, când există un dezechilibru al puterilor active pe arborele cel puțin unuia dintre generatoare.
- · Stabilitatea rezultată (RU) este capacitatea EPS de a restabili funcționarea sincronă după o încălcare pe termen scurt a acesteia (după un mod asincron pe termen scurt admisibil în funcție de condițiile de funcționare).
Studiul stabilității statice vizează de obicei determinarea parametrilor modului de stabilitate limitativă. Cunoscând acești parametri și parametrii modului inițial (planificat), este ușor de determinat marja de stabilitate statică.
Caracter încălcări ale SS aperiodice iar asigurarea acestuia se determină folosind caracteristicile generatorului și turbinei (Fig. B.3).
unghiul de sarcină d
Orez.
După cum sa menționat, numai acele moduri sunt stabile, ale căror puncte de funcționare se află pe ramura ascendentă a caracteristicii generatorului (punctul „a”).
Dimpotrivă, la punctul „c” lucrul este imposibil, modul este instabil. De exemplu, cu o mică creștere a unghiului d, pe arborele rotorului apare un dezechilibru accelerat. Sub acțiunea sa, rotorul accelerează și mai mult, unghiul continuă să crească etc., procesul este ireversibil. Când unghiul scade, nici nu se întoarce la punctul de plecare, dar unghiul continuă să scadă.
Astfel, ramura de cădere a caracteristicii generatorului este o zonă de instabilitate aperiodică.
Într-adevăr, în acest caz, o creștere mică a unghiului Дд (punctul a1) va duce la o creștere a puterii electrice de frânare. Pe arborele generatorului apare un dezechilibru al puterii de frânare. Sub acțiunea sa, viteza de rotație va scădea și unghiul va scădea (adică, modul original va fi restabilit). Același lucru se întâmplă când unghiul scade.
În regimul de funcționare permanent al generatorului, momentul mecanic M 1 pe arborele motorului principal (turbină cu abur sau hidraulică) este egal cu momentul electromagnetic M dezvoltat de generator (Fig. 17.3). Momentul M 1 nu depinde de unghiul de rotație al rotorului și, prin urmare, este prezentat ca o dreaptă orizontală care se intersectează cu caracteristica M = f (și) în puncte 1 și 2 .
În aceste puncte M 1 = M. Aceasta este o condiție necesară pentru o mișcare constantă, dar nu întotdeauna pentru una stabilă. Munca durabilă va fi doar la punct 1 deoarece dacă rotorul dintr-un motiv oarecare se rotește la un unghi mai mare decât și 1 și devine și 1 + Di (punct 1 "), atunci momentul electromagnetic crește la valoarea M + DM, care va fi mai mare decât cuplul motorului prim (M + DM)> M 1, aceasta va face ca rotorul să decelereze și să revină în poziție. 1 cu un unghi și 1. Dacă, când se lucrează la un punct 1 unghiul și ca urmare a unei perturbări aleatorii va scădea, apoi atunci când această perturbare încetează să mai acționeze, generatorul va reveni și la modul de funcționare în punctul 1 .
La punctul 2 munca va fi neregulată. Dacă, când se lucrează la un punct 2 unghi și crește cu Di (punctul 2 "), Apoi cuplul generatorului va scădea și va deveni mai mic decât cuplul motorului principal (M-DM)< M 1 , ротор будет ускоряться, угол и еще больше возрастет и т. д. В результате генератор выйдет из синхронизма, перейдет в двигательный режим и т. д. Если же при работе в точке 2 unghi si scade, apoi datorita dezechilibrului momentelor va scadea si mai mult pana cand acest echilibru M = M 1 este restabilit in punctul 1 .
Astfel, funcționarea generatorului cu poli implicit este stabilă în regiunea 0< и < 90° и неустойчива в области 90 < и < 180°. Поэтому угол
u = 90 ° este unghiul critic și cr = ± 90 °.
Calculele stabilității EES au următoarele obiective principale:
- 1. Determinarea nivelului de stabilitate EPS și compararea acestuia cu cel dorit. În acest caz, se dezvăluie zona modurilor inițiale și acele daune pentru care este necesar controlul de urgență.
- 2. Este posibilă asigurarea și creșterea stabilității EPS prin influențarea modurilor tranzitorii datorită așa-numitelor acțiuni de control (HC) emanate de la dispozitivele de automatizare: 1. protecție releu, reînchidere automată (AR), AVR, 2. automatizare anti-urgenta (PAA) sau 3.Personal.
Sistemele de protecție cu relee și reînchiderea automată asigură cel mai simplu UV: deconectarea elementelor de sistem deteriorate, tipuri diferite incluziuni repetate. Cu toate acestea, în EPS complex modern, numai aceste cele mai simple HC-uri adesea nu oferă stabilitate; prin urmare, este necesar să se utilizeze HC-uri mai complexe furnizate de sistemul PAA, cum ar fi deconectarea generatoarelor, deconectarea sarcinii și altele, care vor fi discutate mai jos. .
Natura fluxului de moduri tranzitorii afectează direct condițiile de funcționare ale EPS, determinând fiabilitatea funcționării, stabilitatea și supraviețuirea acestuia. În lipsa unei gestionări adecvate sau defectuos management moduri tranzitorii în EPS, se dezvoltă un accident sistemic, care este cel mai grav, deoarece duce la o întrerupere de curent un numar mare consumatori, răscumpărarea centralelor electrice.
Stabilitate statică
Stabilitatea statică este înțeleasă ca capacitatea sistemului de alimentare de a menține funcționarea paralelă sincronă a generatoarelor cu mici perturbări și modificări lente ale parametrilor de mod.
În fig. 9.2, A prezintă o schemă a unui sistem electric format dintr-o centrală electrică ES, linii electrice și sisteme de recepție de putere infinit de mare. Se știe că puterea electrică R, dezvoltat de centrala electrica si consumat de sarcina sistemului electric este egal cu:
Unde E t- EMF a generatoarelor centralei electrice; U c- tensiunea sistemului de alimentare; Khrez este rezistența rezultată a generatoarelor centralei electrice, liniilor electrice și sistemului de alimentare.
Dacă EMF al generatoarelor De exemplu, tensiunea sistemului U cși X 9a sunt neschimbate, atunci puterea electrică transmisă de centrală către sistemul electric depinde de unghiul dintre vectorii £ r și 0 s(Fig. 9.2.6). Această dependență are un caracter sinusoidal, se numește caracteristicile unghiulare ale transmisiei de putere (Fig. 9.2, c).
Valoare maximă puterea care poate fi transferată sistemului de alimentare se numește limită de stabilitate statică:
Puterea turbinei nu depinde de unghiul в și este determinată doar de cantitatea de purtător de energie care intră în turbină.
Condiția (9.3) corespunde punctelor / i 2 în fig. 9.2, v. Punct eu este un punct de echilibru stabil, iar punctul 2 este un echilibru instabil. Zona de funcționare stabilă este determinată de intervalul de unghiuri b de la 0 la 90 °. În zona unghiurilor mai mari de 90 °, funcționarea paralelă stabilă este imposibilă. Nu se lucrează la puterea maximă corespunzătoare unui unghi de 90 °, deoarece micile perturbări, întotdeauna prezente în sistemul de alimentare, fluctuațiile de sarcină, pot provoca o tranziție către o regiune instabilă și o încălcare a sincronismului. Se presupune că valoarea maximă admisă a puterii transmise este mai mică decât limita de stabilitate statică. Stocul este estimat prin factorul de siguranță al stabilității statice, %:
Marja de stabilitate statică pentru transmisia de putere în modul normal ar trebui să fie de cel puțin 20%, iar în modul de post-urgență pe termen scurt (înainte de intervenția personalului în reglarea modului) - de cel puțin 8%.
Stabilitate dinamică
Stabilitatea dinamică este înțeleasă ca fiind capacitatea unui sistem de alimentare de a menține funcționarea sincronă în paralel a generatoarelor în cazul apariției unor perturbări bruște semnificative în sistemul de alimentare (scurtcircuit, oprire de urgență a generatoarelor, liniilor, transformatoarelor). Pentru rata stabilitate dinamică se aplică metoda zonei. Ca exemplu, luați în considerare modul de funcționare al unei transmisii de putere cu dublu circuit care conectează centrala electrică cu sistemul electric, cu un scurtcircuit pe una dintre linii cu deconectarea liniei deteriorate și reînchiderea automată a acesteia (Figura 9.3, A).
Modul inițial de transmisie a puterii este caracterizat printr-un punct / situat pe caracteristica unghiulară /, care corespunde schemei inițiale de transmisie a puterii (Fig. 9.3.6). Cu un scurtcircuit la un punct K1 pe net W2 caracteristica unghiulară a transmisiei puterii ia poziție //. Scăderea amplitudinii caracteristicii // cauzată de o creștere semnificativă a rezistenței rezultate X pe,între punctele de aplicare De exempluși U a. Momentan are loc un scurtcircuit. descărcarea „puterii electrice după valoare AR prin reducerea tensiunii pe autobuzele stației (punctul 2 în fig. 9.3.6). Descărcarea energiei electrice depinde de tipul de scurtcircuit și de locația acestuia. În cazul extrem, cu un scurtcircuit trifazat pe magistralele stației, puterea este resetată la zero. Sub influența excesului putere mecanică turbinele deasupra puterii electrice, rotoarele generatoarelor stației încep să accelereze, iar unghiul de 6 " crește. Procesul de schimbare a puterii urmează caracteristica //. Punct 3 corespunde momentului deconectării liniei deteriorate pe ambele părți de către dispozitivele de protecție cu relee RZ. După deconectarea liniei, modul de transmisie a puterii este caracterizat printr-un punct 4, situat pe caracteristica
ke, care corespunde schemei de transmisie a energiei cu o linie deconectată. În timpul schimbării unghiului de la 6i la bz, rotoarele generatoarelor stației dobândesc energie cinetică suplimentară. Această energie este proporțională cu aria delimitată de linie P t, caracteristică // şi ordonate în puncte 1 p 3. Această zonă se numește locul de accelerație S y. La punctul 4 începe procesul de frânare a rotoarelor, deoarece puterea electrică este mai mare decât puterea turbinelor. Dar procesul de frânare are loc cu o creștere a unghiului в. Creșterea unghiului va continua până când toată energia cinetică stocată este convertită în potențial. Energia potențială este proporțională cu aria delimitată de linie P tși caracteristicile unghiulare ale modului de post-urgență. Această zonă se numește zona de frânare ST. La punctul 5, după o pauză după deconectarea liniei W2 dispozitivul de reînchidere automată este declanșat (se presupune utilizarea unei reînchideri automate trifazate de mare viteză cu o scurtă pauză). Dacă reînchiderea automată are succes, procesul de creștere a unghiului va continua conform caracteristicii Z, 1 corespunzătoare schemei inițiale de transmisie a puterii. Creșterea unghiului se va opri la punct 7, care se caracterizează prin egalitatea siturilor S y și S T. La punctul 7, procesul tranzitoriu nu se oprește: datorită faptului că puterea electrică depășește puterea turbinelor, procesul de frânare va continua după caracteristica /, dar numai cu scăderea unghiului. Procesul se va stabili la punctul / după mai multe fluctuații în jurul acestui punct. Natura modificării unghiului b în timp este prezentată în Fig. 9.3, c.
Pentru a simplifica analiza, puterea turbinelor Pt în timpul procesului tranzitoriu a fost luată neschimbată. De fapt, se modifică oarecum datorită acțiunii regulatoarelor de turație a turbinei.
Astfel, analiza a arătat că, în condițiile acestui exemplu, stabilitatea funcționării în paralel rămâne. O condiție prealabilă stabilitatea dinamică este îndeplinirea condiţiilor de stabilitate statică în modul post-accident. În exemplul considerat, această condiție este îndeplinită, deoarece puterea turbinelor nu depășește limita de stabilitate statică.
Stabilitatea funcționării paralele ar fi încălcată dacă, în procesul tranzitoriu, unghiul 6 ar depăși valoarea corespunzătoare punctului 8. Punct 8 limitează zona maximă de frânare pe dreapta. Unghiul corespunzător unui punct 8, a fost numit critic 6 KP. Când această limită este depășită, se observă o creștere a avalanșei a unghiului b, adică generatoarele nu se sincronizează.
Marja de stabilitate dinamică este estimată prin coeficient, egal cu raportul zona maxima posibila de franare pana la zona de accelerare:
Pentru £ 3, dyn> 1, modul este stabil, pentru A 3, dii<1 происходит нарушение устойчивости. В случае неуспешного АПВ (включение линии на неустранившееся КЗ) процесс из точки 5 перейдет на характеристику //. Нетрудно убедиться, что в условиях acest exemplu stabilitatea după scurtcircuit repetat și deconectarea ulterioară a liniei nu este păstrată.
Stabilitatea sistemului de alimentare- aceasta este capacitatea sa de a reveni la starea inițială cu perturbări mici sau semnificative. Prin analogie cu un sistem mecanic, starea staționară a sistemului de putere poate fi interpretată ca poziția sa de echilibru.
Funcționarea în paralel a generatoarelor centralelor electrice care intră în sistemul electric diferă de funcționarea generatoarelor la o stație prin prezența liniilor electrice care leagă aceste stații. Rezistențele liniilor electrice reduc puterea de sincronizare a generatoarelor și le îngreunează funcționarea în paralel. În plus, abaterile de la funcționarea normală a sistemului, care apar în timpul întreruperilor, scurtcircuitelor, scăderii bruște de sarcină sau supratensiunilor, pot duce și la o pierdere a stabilității, care este una dintre cele mai grave: accidente care duc la o întrerupere a curentului consumatorilor. Prin urmare, studiul problemei stabilității este foarte important, mai ales în raport cu liniile de transmisie AC. Există două tipuri de stabilitate: statică și dinamică.
Stabilitatea statică este capacitatea sistemului de a restabili în mod independent modul original cu perturbări mici și care apar încet, de exemplu, cu o creștere sau o scădere treptată nesemnificativă a sarcinii.
Dinamic stabilitatea sistemului de alimentare caracterizează capacitatea sistemului de a menține sincronismul după modificări bruște și bruște ale parametrilor de mod sau în caz de accidente în sistem (scurtcircuite, deconectări ale frecvenței generatoarelor, liniilor sau transformatoarelor). După astfel de întreruperi bruște în funcționarea normală, în sistem are loc un proces tranzitoriu, după care ar trebui să apară din nou modul de funcționare post-urgență stabilit.
Modalități de creștere a rezistenței
Principala modalitate de a îmbunătăți stabilitatea este creșterea limitei de transfer de putere. Acest lucru poate fi realizat prin creșterea fem. generatoare, tensiunea pe magistralele de sarcină sau o scădere a rezistenței inductive a liniei. Principalele mijloace de creștere a stabilității sunt următoarele:
Utilizarea regulatoarelor automate de tensiune de mare viteză care măresc e. etc cu. generatoare cu sarcină în creștere. Pentru a crește stabilitatea dinamică la c.H. forțarea excitației este deosebit de importantă, în care contactele unui releu special șuntează reostatele de excitație; ca urmare, cel mai mare curent posibil este furnizat înfășurării excitatorului (excitație „aerică”). La generatoarele moderne, curentul de excitație „de plafon” este de 1,8-2,0 din valoarea sa nominală;
Creșterea tensiunii liniilor existente, de exemplu, de la 110 la 150 sau 220 kV;
Reducerea rezistenței inductive a liniilor, realizată prin împărțirea firelor liniilor puternice în două sau trei, sau prin utilizarea compensării capacitive longitudinale cu o serie de bănci de condensatoare conectate la linie;
Aplicarea comutatoarelor de mare viteză, protecții și reînchidere automată a liniilor.
abstract
Nota explicativă conține 21 de pagini, 6 tabele, 14 figuri, 3 surse de literatură, în care este descrisă în detaliu metodologia de calcul care a fost utilizată în această lucrare.
Obiect de cercetare: sistem de transmisie a puterii.
Scopul lucrării: obținerea abilităților de a calcula tranzitorii electromecanici în sistemul de transmisie a puterii, de a calcula căderea maximă de tensiune pe magistralele unui motor cu inducție, de a evalua stabilitatea statică și dinamică a sistemului.
Introducere
Datele inițiale
Concluzie
Introducere
Stabilitatea sistemului de alimentare- aceasta este capacitatea sa de a reveni la starea inițială cu perturbări mici sau semnificative. Prin analogie cu un sistem mecanic, starea staționară a sistemului de putere poate fi interpretată ca poziția sa de echilibru.
Funcționarea în paralel a generatoarelor centralelor electrice incluse în sistemul electric diferă de funcționarea generatoarelor la o stație prin prezența liniilor electrice care leagă aceste stații. Rezistențele liniilor electrice reduc puterea de sincronizare a generatoarelor și le îngreunează funcționarea în paralel. În plus, abaterile de la funcționarea normală a sistemului, care apar în timpul întreruperilor, scurtcircuitelor, scăderii bruște a sarcinii sau supratensiunii, pot duce și la o defecțiune a stabilității, care este una dintre cele mai grave: accidente care conduc la o întrerupere a sistemului. alimentarea consumatorilor Prin urmare, studiul problemei stabilității este foarte important, mai ales atunci când este aplicat liniilor de curent alternativ. Există două tipuri de stabilitate: statică și dinamică.
Stabilitatea statică este capacitatea unui sistem de a restabili în mod independent modul inițial în cazul unor perturbări mici și lente, de exemplu, cu o creștere sau o scădere treptată nesemnificativă a sarcinii.
Dinamic stabilitatea sistemului de alimentarecaracterizează capacitatea sistemului de a menține sincronismul după modificări bruște și bruște ale parametrilor de mod sau în caz de accidente în sistem (scurtcircuite, deconectări ale frecvenței generatoarelor, liniilor sau transformatoarelor). După astfel de întreruperi bruște în funcționarea normală, în sistem are loc un proces tranzitoriu, după care ar trebui să apară din nou modul de funcționare post-urgență stabilit.
Aceste întreruperi bruște în funcționarea SES sunt cele care duc la consecințe economice grave pentru populație și instalațiile industriale.
Ingineria modernă a energiei acordă o mare atenție luptei împotriva accidentelor de linie, scurtcircuitelor; aduce o mare contribuție chiar și în etapa de proiectare a SES-ului orașelor și întreprinderilor.
Datele inițiale
Diagrama pentru calcul este prezentată în Figura 1.
Figura 1 - Diagrama sistemului de transmisie a puterii
Datele inițiale pentru calcularea primei și a doua sarcini sunt preluate din tabel în conformitate cu numărul opțiunii.
Date tehnice ale transformatoarelor:
tip transformator,
MVA Limite de reglementare
vaniya,%, kV
înfăşurări,%
% VNTDC-250000 / 110250-11013,8; 15,75; 1810.56402000.5TDC-630000 / 110630-1102010.59003200.45
Parametrii liniei electrice aeriene cu dublu circuit
marca firului,
Ohm / km Lungime
l, kmU, kV AS-3300.1070.3670.3820.3301.3890.931300110
Figura 2 - Schema sistemului de calcul al căderii de tensiune limită pe magistralele unui motor cu inducție
Datele inițiale pentru calcularea celei de-a treia probleme sunt luate mai jos în tabel în conformitate cu numărul variantei.
Date tehnice motor asincron
Tip Date nominale Caracteristici de pornire P, kW I, AN, rpm , %, kg * m 2U, kVn 0, rpm DAZO 17-39-8 / 1050061.574191.00.855.20.652.12886741
Parametrii CL:
Tip fir Lungime l, kmx 0, Ohm / km APvV 1 * 3000,0350,099
Întocmim circuitul echivalent al sistemului, care este prezentat în Fig. 1 și calculăm rezistența inductivă a tuturor elementelor:
Figura 3 - Circuitul echivalent al sistemului
reactanța inductivă dată,
reactanța inductivă a transformatoarelor:
rezistența inductivă a liniilor electrice:
Toate rezistențele circuitului echivalent sunt reduse la tensiunea nominală a generatorului. Rezistenta transformatoarelor:
rezistența liniei de alimentare:
Determinați rezistența totală a sistemului:
Calculăm puterea reactivă nominală a generatorului:
Determinăm valoarea aproximativă a EMF sincronă a generatorului:
Determinați valoarea factorului de siguranță al stabilității statice:
Pe baza datelor de calcul, construim o diagramă vectorială.
Figura 4 - Diagrama vectorială
Rezultatele calculului sunt înscrise în tabelul 3.
Tabelul 3
MW0162312.5442541603.7625603.7541442312.51620
Figura 5 - Caracteristica puterii unghiulare
Sistemul este stabil static deoarece factorul de siguranță este mai mare de 20%. Și limita puterii transmise a generatorului către sistem este atinsă la cărbune? = 900.
Calculăm modurile pe rând.
2.1 Calculul modului de urgență și post-urgență cu un scurtcircuit monofazat la punctul K-1
1.1 Modul normal
1.2 Modul de urgență
Întocmim circuitul echivalent al sistemului cu un scurtcircuit monofazat
Figura 6 - Circuit echivalent pentru modul de urgență cu scurtcircuit monofazat
Rezistența totală la scurtcircuit X ?cu un scurtcircuit monofazat este egal cu suma rezistenței secvenței negative și rezistența de secvență zero.
Transformăm circuitul echivalent al sistemului cu un scurtcircuit monofazat dintr-o conexiune „stea” într-o conexiune „delta” cu laturile X 1, X 2, NS 3.
Rezistența X 2 al lor 3 poate fi aruncat deoarece prin aceste rezistenţe nu trece debitul de putere livrat de generator către reţea.
Figura 7 - Circuit echivalent convertit
Să determinăm rezistența totală a sistemului:
Unde X? = X2? + X0? - un șunt de scurtcircuit asimetric, care este conectat între începutul și sfârșitul secvenței pozitive și negative.
Determinați rezistența inductivă a secvenței zero X0 ?:
Să se determine reactanța inductivă a secvenței negative X2?
Determinați rezistența scurtcircuitului șunt X ?:
X2? + X0? = 3 +0,097 = 3,097 Ohm
Xd II = 20,2 + 0,1 + 3,5 +0,04 + = 47Ω.
Determinăm limita puterii transmise a generatorului către sistem:
Schimbând valorile unghiului de la 0 la 180 de grade, calculăm valorile corespunzătoare ale puterii furnizate de generator sistemului conform formulei:
Rezultatele calculului sunt înscrise în tabelul 4.
Tabelul 4
Gra, MW 081.3157222.3271.9303.3314303.3271.9222.315781.30
1.3 Mod post-urgență
Întocmim circuitul echivalent al sistemului pentru modul post-urgență.
Figura 8 - Circuit echivalent pentru modul post-urgență cu un scurtcircuit monofazat
Modul post-urgență este determinat prin deconectarea unui circuit de linie de alimentare, după care rezistența se modifică:
Determinați rezistența totală a sistemului:
Determinăm limita puterii transmise a generatorului către sistem:
Calculăm valoarea unghiurilor:
Totkl = +
Deoarece linia este protejată, după un timp va fi deconectată de întrerupătoare. Prin urmare, alegem un întrerupător SF6 din seria VGBE-35-110 cu un timp de declanșare = 0,07 s. De asemenea, trebuie prevăzute dispozitive de protecție a releului la scurtcircuit. Selectăm releul de curent RT-40 cu timp de setare = 0,08 s.
0,07 + 0,08 = 0,15 s,
Găsim timpul pentru oprirea scurtcircuitului:
Totkl = 0,07 + 0,15 = 0,22 s.
29? 0,22, care îndeplinește condiția? Totkl
Schimbând valorile unghiului de la 0 la 180 de grade, calculăm valorile corespunzătoare ale puterii furnizate de generator sistemului conform formulei:
Tabelul 5
Rezultatele calculului sunt înscrise în tabelul 5.
grindină 0153045607590105120135150165180,
MW0 140 270.5382.5468.5522.6541522.6468.5382.5270.51400
Construim într-un singur plan de coordonate caracteristicile unghiulare ale puterii în modurile normal, de urgență și post-urgență, pe grafic indicăm valoarea puterii turbinei P 0... Luând în considerare valoarea calculată a unghiului limitator de întrerupere a scurtcircuitului ?oprit reprezentați pe grafic zonele de accelerație și decelerație.
Figura 9 - Graficul caracteristicilor unghiulare ale puterilor și zonelor de accelerare și decelerare la un scurtcircuit monofazat
2.2 Calculul modului de urgență și post-urgență cu un scurtcircuit trifazat la punctul K-2
2.2.1 Modul normal
Calculul modului normal a fost efectuat în problema 1.
2.2 Modul de urgență
Întocmim circuitul echivalent al sistemului cu un scurtcircuit trifazat
Figura 10 - Circuitul echivalent al sistemului cu un scurtcircuit trifazat
Cu un scurtcircuit trifazat în punctul K-2, rezistența reciprocă a circuitului devine infinit de mare, deoarece scurtcircuit de rezistență la șunt X ? (3) = 0. În acest caz, caracteristica de putere a modului de urgență coincide cu axa absciselor.
2.3 Modul post-urgență
Circuitul echivalent pentru un scurtcircuit trifazat și calculul modului de post-urgență este similar cu modul de post-urgență prezentat în clauza 2.1.3.
Calculăm valoarea unghiurilor:
Găsim unghiul limitator de oprire a scurtcircuitului?
Calculăm timpul limită pentru oprirea scurtcircuitului:
Selectăm setările adecvate pentru funcționarea dispozitivelor de protecție cu relee:
Totkl = +
Deoarece linia este protejată, după un timp va fi deconectată de întrerupătoare. Prin urmare, selectăm întrerupătorul de circuit din seria SF6
VGT - 110 cu timp de oprire = 0,055 s. De asemenea, trebuie prevăzute dispozitive de protecție a releului la scurtcircuit. Selectăm releul de curent RT-40 cu timp de setare = 0,05 s.
Durata protecției releului este determinată de:
0,005 + 0,05 = 0,055 s,
Găsim timpul pentru oprirea scurtcircuitului:
Totkl = 0,055 + 0,055 = 0,11 s.
17? 0.11, ce satisface condiția? Totkl
Trasăm caracteristicile unghiulare ale puterii într-un singur plan de coordonate în modurile normal, de urgență și post-urgență, pe grafic indicăm valoarea puterii turbinei P0. Ținând cont de valoarea calculată a unghiului limitator de oprire a scurtcircuitului?Oprit, trasăm zonele de accelerație și decelerare pe grafic.
Figura 11 - Graficul caracteristicilor unghiulare ale puterilor și zonelor de accelerare și decelerare la un scurtcircuit trifazat
Pentru a determina stabilitatea dinamică a sistemului cu un scurtcircuit monofazat, este necesar să se ia în considerare zonele de accelerație Fstart și frânare Ffrânare. Condiția pentru stabilitatea dinamică a sistemului este inegalitatea: Fusk? Ftorm. Se poate observa cu ochiul liber din graficul caracteristicii unghiulare că aria de accelerație este cu un ordin de mărime mai mare decât zona de frânare, ceea ce înseamnă că sistemul nu este stabil din punct de vedere dinamic. În consecință, energia cinetică acumulată nu are timp să se transforme în energie potențială, ca urmare, viteza și unghiul rotorului? va crește și generatorul va cădea din sincronicitate. Pentru a determina stabilitatea statică a sistemului, este necesar să se găsească factorul de siguranță. După ce am calculat factorul de siguranță, putem concluziona că sistemul este stabil static, deoarece.
Se calculează parametrii elementelor de transmisie și parametrii de sarcină reduși la tensiunea de bază U b = 6 kV și putere de bază:
Sb = SAD nom =,
Rezistența liniei:
Reactanța inductivă de scurgere a circuitului magnetic al motorului:
Determinați puterea activă consumată în modul inițial al motorului:
Găsim rezistența activă a rotorului motorului în modul inițial (circuit echivalent simplificat al unui motor cu inducție):
0392 +0,05? = ,
înlocuiți cu x și obțineți:
05x2 - x + 0,0392 = 0;
D= B2 - 4ac = 12 - 4? 0,05? 0,0392 = 0,99216;
Alegem cea mai mare dintre rădăcinile ecuației și obținem:
Determinați puterea reactivă consumată în modul inițial de către motor:
Determinați tensiunea pe magistralele de sistem în modul inițial:
Determinați tensiunea pe anvelopele sistemului la care este frânat motorul:
Determinați marja stabilității tensiunii statice a motorului:
Pentru a construi o caracteristică mecanică M = f (S) conform ecuației
M =, trebuie să faceți următorul calcul:
Determinați viteza nominală a rotorului:
nom = n0? (1 - Snom) = 741? (1-0,01) = 734 rpm.
Găsiți alunecarea critică:
cr = Snom? (?? +) = 0,01? (2,1 +) = 0,039.
Determinați momentele nominale și maxime (critice) ale motorului:
Mnom = = N? M,
Мmax = ?? ? Mnom = 2,1? 6505,3 = 13661,4 N? M.
Pentru a construi o caracteristică mecanică, folosim formula Kloss:
După setarea diferitelor valori ale alunecării S, găsim valorile corespunzătoare momentului M. Vom introduce rezultatele calculului în tabelul 6.
Tabelul 6
SM, N? M000.0166480.039136610.06124190.08105890.192620.251260.335020.426420.521180.617630.715180.81613520.816135
Conform tabelului 6, construim un grafic M = f (S):
Figura 12 - Graficul caracteristicilor mecanice ale unui motor cu inducție
Sistemul este stabil static deoarece factorul de siguranță al tensiunii al motorului este mai mare de 20%
Concluzie
După finalizarea acestei lucrări de curs au fost elaborate și consolidate cunoștințele teoretice dobândite pe parcursul semestrului privind calculul diferitelor tipuri de scurtcircuit; verificarea stabilității statice și dinamice a sistemului; construcția caracteristicilor unghiulare ale puterii și caracteristicilor mecanice ale asincronului.
Am învățat cum să analizez sistemul pentru stabilitate, să calculez modurile de funcționare ale sistemului înainte, după și în timpul diferitelor tipuri de scurtcircuit.
Se poate concluziona că calculul tranzitorilor electromecanici ocupă una dintre pozițiile semnificative în calculul și proiectarea diferitelor sisteme de alimentare simple și complexe.
Bibliografie
1. Kulikov Yu.A. Procese tranzitorii în sistemele electrice: manual. indemnizatie. - Novosibirsk: NSTU, M .: Mir: OOO „Editura AST”, 2008. -
Borovikov V.N. și altele.Sisteme și rețele de energie electrică - Moscova: Metroizdat., 2010. - 356 p.
Apollonov A.A. Calcul și proiectarea protecției și automatizării releelor - Sankt Petersburg, 2009. - 159 p.
Îndrumare
Ai nevoie de ajutor pentru a explora un subiect?
Experții noștri vă vor consilia sau vă vor oferi servicii de îndrumare pe subiecte care vă interesează.
Trimite o cerere cu indicarea temei chiar acum pentru a afla despre posibilitatea de a obtine o consultatie.
Sarcina principală a industriei energiei electrice este furnizarea neîntreruptă și durabilă de energie electrică a consumatorului. Este necesar să se determine în ce condiții este posibil să se asigure funcționarea stabilă a generatoarelor, ce cantitate de putere poate fi transmisă prin linia electrică, ce factori asigură stabilitatea, de ce este perturbată funcționarea stabilă, paralelă a generatoarelor sincrone în funcționare normală . Să începem să luăm în considerare aceste probleme.
Fig 7. Cea mai simplă schemă sistem electric
Pentru schema de transmisie a puterii prezentată în secțiunea anterioară s-a obținut o expresie pentru puterea electrică în funcție de unghiul dintre vectorii emf. Echivalentul și tensiunea magistralelor receptoare U, care se numește caracteristică unghiulară:
Pentru valorile date ale Eq, U, Xd, puterea generatorului este o funcție a unghiului, iar această dependență este neliniară - sinusoidală. Pentru a fi complet, caracteristica de putere a turbinei PT este desenată pe același grafic și, deoarece nu depinde de unghi, este reprezentată printr-o linie dreaptă.
Orez. opt.
Echilibrul puterilor pe arborele generatorului, i.e. functionarea sincrona este asigurata la Pg = PT, i.e. când puterea mecanică (momentul) rotativă a turbinei și puterea (momentul) electromagnetică de frânare a generatorului sunt egale. Această afirmație rezultă și din ecuația diferențială a mișcării relative a rotorului unei mașini sincrone, considerată în prelegerea anterioară.
la Pg = PT, = constantă. (21)
După cum se poate observa din graficul din Fig. 8, condiția PG = PT este îndeplinită în două puncte 1 și 2, care corespund unghiurilor 1 și 2. Este necesar să se determine în care dintre aceste puncte generatorul va funcționa stabil.
Să presupunem că, ca urmare a unei acțiuni, unghiul din punctul 1 a deviat cu o cantitate mică. În acest caz, puterea electromagnetică a generatorului și puterea transmisă prin linia electrică au crescut cu valoarea P1, în timp ce puterea mecanică a turbinei nu s-a modificat din cauza inerției. Condiția pentru echilibrul puterilor (momentelor) pe arbore a fost încălcată, deoarece (Pg1 + P1)> PT, iar cuplul de frânare predomină pe arbore, sub acțiunea căruia rotorul generatorului este decelerat. Ca urmare, unghiul începe să scadă la 0, iar rotorul revine la punctul 1, unde echilibrul momentului este asigurat. Un proces similar - o întoarcere la punctul 1 are loc dacă unghiul în acest punct scade cu.
Dacă aceeași creștere a unghiului cu o sumă are loc în punctul 2, atunci cuplul în exces care apare pe arbore va fi accelerat, deoarece (Pg2 - P2) În consecință, din două puncte 1 și 2, modul în punctul 1 este stabil, deoarece rotorul revine la punctul de plecare cu mici abateri. Prin urmare, un semn al stabilității generatorului sincron este revenirea la modul său original. Trebuie amintit că restabilirea modului original sau aproape de acesta este principalul indicator al funcționării stabile a generatorului sincron și, în consecință, a sistemului electric. Pe măsură ce puterea turbinei crește și, în consecință, puterea transmisă prin linie conform graficului, crește și valoarea unghiului, apropiindu-se de punctul 3. Acest punct, pe de o parte, arată puterea activă maximă a generatorului care poate fi transmisă. la m = 900: unde Pm = este puterea maximă. Pe de altă parte, punctul este punctul de limită care separă zonele stabile și instabile ale generatorului. Trebuie amintit că limitele unghiului se modifică: 0900 este zona de funcționare stabilă a generatorului sincron; -> 900 zonă de funcționare instabilă a generatorului sincron. Puterea maximă Pm = se numește limita statică ideală a puterii transmise, corespunzătoare tensiunii constante U, ceea ce nu este întotdeauna cazul. În calculele practice, pentru cuantificarea nivelului de stabilitate statică (stabilitate cu mici abateri) se introduce conceptul de factor de siguranță pentru stabilitatea statică, determinat de următoarele rapoarte: Valoarea Kc este setată în intervalul nu mai mic de: 20% în modurile normale, 8% în moduri post-urgență. S-a constatat că funcționarea stabilă a generatorului sincron este asigurată dacă semnele creșterilor unghiului și puterii P = PT ± Pg coincid. Apoi pentru abateri puteți scrie: sau, trecând la derivatul:, întrucât PT = post. Astfel, stabilitatea statică va fi asigurată dacă starea Această condiție este criteriu matematic stabilitatea statică a unei mașini sincrone. Problema și esența stabilității sub mici perturbații se reduc la adoptarea de măsuri în care această condiție va fi satisfăcută. Vor fi discutate în continuare. Trebuie remarcat încă o dată că posibilitatea de a transfera puterea activă printr-o linie de transmisie a energiei este asociată tocmai cu prezența unui unghi de deplasare între vectorii emf. Eq și tensiunea sistemului receptor U, cu alte cuvinte, unghiul de forfecare dintre vectorii de tensiune de la capetele transmisiei. Astfel, o modificare a aportului unui purtător de energie (abur sau apă) în turbinele unei stații de transport și puterea lor mecanică se reflectă în modul electric transmisie prin modificarea unghiului, care este o mărime care caracterizează atât stabilitatea transmisiei, cât și modul de limitare a acesteia. Măsuri pentru asigurarea unei marje de stabilitate statică a sistemului electric Pentru a evita încălcările stabilității statice a sistemului electric, trebuie îndeplinite următoarele condiții: Puterea maximă transmisă prin liniile electrice nu trebuie să depășească valorile maxime admise, ceea ce echivalează cu stabilirea unghiurilor limită de deplasare ale rotoarelor generatoarelor; Nivelurile de stres, în special la nodurile de încărcare, nu trebuie să scadă sub nivelul permis. Aceste condiții sunt asigurate atât în timpul funcționării sistemului electric, cât și în procesul de proiectare a acestuia prin selectarea echipamentelor adecvate, deoarece parametrii acestora trebuie selectați pe baza acestor cerințe. Valoarea marjei de stabilitate statica datorita conditiilor de mai sus are o valoare semnificativa semnificație practică, iar furnizarea și creșterea acestuia depind de mulți factori. Să luăm în considerare cele mai importante dintre ele. Să fie dată o diagramă simplă a unui sistem electric Fig 9 Cea mai simplă schemă a unui sistem electric.
Fig 10. Circuit echivalent al sistemului electric
Puterea transmisă de la generator este determinată de expresia: În cazul neglijării rezistenţelor active ale elementelor reteaua electrica(ri = 0) această formulă este simplificată Din structura formulei se poate observa că prin acționarea sau modificarea valorilor incluse în Pm este posibilă creșterea caracteristicii maxime sau, ceea ce este același, creșterea puterii maxime transmise și, prin urmare, creșterea marjei de stabilitate statică, determinată de raportul: Să le luăm în considerare separat și să stabilim posibilitățile de modificare. Să începem cu reactanțe inductive. Rezistenţă. Rezistențele transformatoarelor și schimbarea lor sunt asociate cu caracteristici de proiectare aparat, prin urmare, în perioada de funcționare, un transformator de lucru în calculele stabilității statice este reprezentat de o rezistență dată determinată de datele nominale: putere, tensiuni scurt circuit trepte etc. Rezistențele liniilor electrice incluse în formulă se pot modifica în cazul deconectarii unuia dintre circuite, piese și secțiuni. Deoarece Xl este inclus în numitorul expresiei puterii, respectiv, maximul caracteristicii unghiulare se modifică: atunci când unul dintre circuite este deconectat, valoarea acestuia scade de la Pm1 la Pm2, iar valoarea unghiului corespunzătoare modului normal crește de la 1. la 2. Pentru a crește Pm se adaugă un nou circuit. Fig 11. Trebuie remarcat faptul că creșterea numărului de circuite paralele ale liniei de transmisie a energiei pentru a crește puterea maximă transmisă și marja de stabilitate statică este o măsură costisitoare. Prin urmare, în liniile lungi, ele folosesc (pe lângă trecerea la o clasă de tensiune superioară) despicarea firelor de fază ale liniei de transmisie a energiei electrice. După cum știți, rezistența inductivă specifică a liniei, referită la 1 km, este determinată de: unde Dav este distanța medie geometrică dintre firele de fază, re este raza echivalentă. Scăderea rezistenței inductive a liniei la despărțirea firelor de fază se explică prin redistribuirea câmpurilor magnetice ale firelor: câmpurile dintre firele despicate sunt slăbite și forțate spre exterior, ca și cum ar crește secțiunea transversală a firului la acelasi consum de metal. Trebuie remarcat faptul că fiecare fir suplimentar, pe măsură ce se desparte, dă din ce în ce mai puțin efect suplimentar... De exemplu, cu două fire într-o fază, rezistența inductivă scade cu 19%, cu trei fire cu 28%, cu patru fire cu 32% etc. Valorile rezistențelor inductive specifice în timpul divizării variază de la 0,410,42 ohm/km la 0,26 0,29 ohm/km. Firul de fază este împărțit în două, trei, patru și Mai mult fire conectate în paralel. De exemplu, cu o tensiune de linie de 330 kV - 2 fire pe fază, 500 kV - 3 fire, 750 kV - 5 fire și 1150 kV - 8 fire pe fază. Prin urmare, o astfel de măsură conduce la o creștere a puterii maxime transmise fără a crește consumul de material de sârmă, deoarece secțiunea transversală totală a acestuia nu crește. Luând în considerare sarcina cu rezistență constantă crește rezistența totală și deci reduce caracteristica maximă. Generatorul sincron are cea mai mare rezistență inductivă. Există o anumită relație între valorile parametrilor mașinilor și costul acestora, deoarece rezistențele inductive sunt determinate de valorile sarcinilor electromagnetice. Reducerea reactanțelor inductive ale unui generator sincron, în special Xd, este o cale extrem de dificilă și costisitoare asociată cu o creștere a dimensiunii mașinii și o scădere a coeficientului. acțiune utilă... Să luăm în considerare această problemă mai detaliat. După cum știți, valorile reactanțelor inductive sincrone sunt invers proporționale cu dimensiunea spațiului de aer al mașinii. unde este golul de aer. În același timp, Xd este, de asemenea, invers proporțional cu curentul de excitație Din aceste relații se poate observa că pentru a reduce rezistența inductivă sincronă este necesară creșterea întrefierului și a curentului de excitație, ceea ce este necesar pentru a crea un flux magnetic oferind crescut procese energetice... În consecință, în acest caz, devine necesară creșterea puterii de excitație, întărirea înfășurării de excitație și a altor înfășurări, ceea ce este asociat cu o creștere a consumului de material. Datorită dificultății de plasare a înfășurării de excitație, aceasta va duce la o creștere a dimensiunii generatorului. Prin urmare, în general, o scădere a Xd și Xq va duce la o creștere a costului mașinii. O scădere a inductanțelor tranzitorii Xd ", Xq" ale unui generator sincron este posibilă datorită creșterii densității de curent în înfășurare, ceea ce duce la o creștere a pierderilor, o scădere a eficienței, o creștere a greutății generatorului. și, în consecință, în costul generatorului. Aceste probleme sunt de o importanță deosebită în crearea unor generatoare sincrone moderne, foarte utilizate, cu o capacitate de 200-1200 MW. Utilizarea ARV-urilor este mai eficientă tipuri diferite, cu ajutorul căruia, în esență, se compensează inductanțele sincrone și tranzitorii ale generatoarelor. Modificarea emf generator (in în acest caz Eq) duce la modificarea a doi parametri importanți: factorul său de putere și tensiunea de pe anvelopele mașinii. Generatoarele sincrone moderne foarte utilizate sunt fabricate cu valori mari ale factorului de putere nominal cos = 0,9-1. O creștere a factorului de putere nominală, la o putere activă dată, duce la o scădere a puterii reactive nominale, a dimensiunilor și a costului generatorului, deoarece aceasta reduce puterea totală a mașinii () și, în consecință, consumul de energie activă. și material structural va fi mai putin. Pe de altă parte, o creștere a cosului duce la o scădere a fem. Eq, care reduce marja de stabilitate statică. În plus, lungimea optimă din punct de vedere economic de transmisie a puterii reactive generate de generator este limitată de distanța (25-70) km. Puterea reactivă necesară pentru sarcină trebuie să fie generată în punctul de consum. Modificarea tensiunii generatorului depinde de sarcina acestuia și pentru a o menține la nivelul necesar, de exemplu, nominal, într-o gamă largă de modificări de sarcină, este necesară modificarea fem. generator prin schimbarea curentului de excitație al acestuia. Această problemă este rezolvată cu succes de diferite tipuri de ARV, care compensează în esență rezistența internă a generatorului. De exemplu, în prezența ARV-urilor, rezistența internă a generatorului sincron la magistralele capătului de pornire, inclusiv rezistența transformatorului XT1, poate fi compensată prin reglarea corespunzătoare a excitației generatorului, care asigură tensiunea constantă. UГ = const. Caracteristica unghiulară maximă în acest caz poate fi determinată din relație Pentru comparație, sunt prezentate caracteristicile unghiulare pentru diferite tipuri de ARV (Fig. 12) Fig 12 După cum se poate observa din formula puterii active (28), valoarea acesteia este determinată de produsul fem tensiunea generatorului și a sistemului sau mai mult vedere generala depinde de pătratul tensiunii. Prin urmare, într-o primă aproximare, putem presupune că o dublare a tensiunii de linie este echivalentă cu o creștere a numărului de circuite de transmisie cu un factor de patru. Rezultă că creșterea tensiunii de transmisie pentru a crește puterea maximă transmisă este mai economică decât creșterea numărului de circuite de transmisie. Compensarea longitudinală și laterală a parametrilor liniei de transmisie a energiei sunt, de asemenea, măsuri de creștere a puterii maxime transmise și de creștere a marjei de stabilitate statică. Compensarea longitudinală înseamnă o conexiune în serie a condensatoarelor în linie, în care valoarea rezistenței scade de la Chl la (Chl-Xc) unde Xc este rezistența capacitivă a condensatorului. Această măsură este eficientă în special în cazul liniilor electrice lungi. Compensarea laterală este un compensator sincron conectat la linia de transmisie printr-un transformator. Prin menținerea tensiunii în punctul de conectare, SC are în esență ca efect reducerea lungimii liniei și, în consecință, a rezistenței acesteia. În prezent, sunt utilizate surse statice de putere reactivă (SIRM) foarte eficiente, de mare viteză, cu un timp de răspuns de (0,02h0,06) sec. Aceste dispozitive au un reactor reglat și un condensator nereglat, precum și un sistem de control. Pe lângă creșterea puterii, efectuează o gamă largă de sarcini, efectuează reglarea fază cu fază a parametrilor modului, suprimă supratensiunea, reglează tensiunile într-o gamă largă și măresc marja de stabilitate statică și dinamică. Familia de compensatoare include și reactoare reglabile și nereglate care compensează capacitatea liniilor de alimentare și mențin tensiunea la punctul de conectare datorită caracteristicii neliniare a saturației miezului. Trebuie reamintit încă o dată că criteriul pentru stabilitatea statică a generatorului sincron este condiția și la puterea maximă transmisă Pm puterea de sincronizare devine egală cu zero. Prin urmare, în conditii practice este imposibil de transmis această putere, deoarece cel mai mic șoc al sarcinii din EES face ca generatorul să scadă de sincronism, prin urmare, puterea normală transmisă P0 trebuie să fie mai mică decât Pmax. Iar valoarea acestuia va fi determinată pe baza factorului de siguranță al stabilității statice a sistemului. Din cele de mai sus, putem concluziona următoarele: Limita ideală a puterii de transmisie este puterea maximă furnizată sistemului, presupunând o tensiune constantă pe magistralele de la capătul de recepție. Criteriul de stabilitate statică cel mai simplu sistem este pozitivitatea derivatei puterii transmise în raport cu unghiul dintre FEM cu generatoare și tensiunea capătului de recepție al transmisiei. Factorul de siguranță al stabilității statice arată cu ce cantitate poate fi mărită puterea transmisă de la stație la rețea pentru a preveni încălcarea stabilității sistemului electric. 4. Regulatoarele de excitație automate moderne (ARV-s, ARV-p) pot compensa rezistențele inductive ale elementelor, inclusiv rezistențele inductive ale unui generator sincron, datorită reglării eficiente a sistemului de excitație în funcție de parametrii modului sistemului electric . Evaluând toate măsurile de mai sus pentru creșterea limitei de putere statică, se poate concluziona că cele mai economice măsuri sunt cele care vizează menținerea unei tensiuni constante la bornele generatoarelor și pe magistralele de sarcină. Utilizarea diferitelor tipuri de ARV pe generatoare și surse statice moderne de mare viteză de putere reactivă este practic cea mai rațională și economică măsură de creștere a limitelor puterii transmise și a marjei de stabilitate statică, atât pentru o transmisie individuală, cât și pentru cea electrică. sistem în ansamblu.
