Ett av huvudvillkoren tillförlitlig drift EPS är dess stabilitet, dvs. förmågan hos EPS att återställa originalet eller nära det ursprungliga stabila tillståndet efter dess överträdelse och efter motsvarande övergångsläge. Stabilitet är med andra ord förmågan hos en EPS att upprätthålla synkron drift.
Det finns två typer av instabilitet:
- 1. "Self-rocking", som visar sig i ökande fluktuationer i regimparametrarna, den så kallade oscillerande instabiliteten.
- 2. "Crawl" - en aperiodisk avvikelse från jämviktspositionen, den så kallade aperiodiska instabiliteten.
Orsaker till gungning (oscillerande instabilitet): E4
- · Felaktig inställning av ARV SG när excitationskontroll istället för dämpning svänger läget.
- · Misslyckat val av parametrar för styrsystemet för turbineffekt.
- Arbete av generatorer på ett nätverk med stor kapacitet: ledningar med en hög grad CPC, utökade linjer i tomgångs- eller lågbelastningsläge.
Den främsta orsaken till aperiodisk instabilitet är överbelastningen av kraftledningar.
Det finns tre typer av hållbarhet:
- · Statisk stabilitet (SS) är förmågan hos EPS att upprätthålla synkron drift efter en liten störning av regimen.
- · Dynamisk stabilitet (DU) är förmågan hos EPS att upprätthålla synkron drift efter en stor funktionsstörning. I de fall, som regel, när det finns en obalans av aktiva krafter på axeln hos minst en av generatorerna.
- · Resultatstabilitet (RU) är förmågan hos EPS att återställa synkron drift efter dess korttidsavbrott (efter ett kortvarigt asynkront läge som är acceptabelt under driftsförhållanden).
Studiet av statisk stabilitet syftar vanligtvis till att bestämma parametrarna för det stabilitetsbegränsande läget. Genom att känna till dessa parametrar och parametrarna för det initiala (planerade) läget kan man enkelt bestämma marginalen för statisk stabilitet.
Karaktär brott mot aperiodisk SU och dess utbud bestäms med hjälp av egenskaperna hos generatorn och turbinen (Fig. B.3).
d - belastningsvinkel
Ris.
Som nämnts är endast dessa moder stabila, vars arbetspunkter är på den stigande grenen av generatorkarakteristiken (punkt "a").
Tvärtom, vid punkt "c" är arbete omöjligt, regimen är instabil. Till exempel, med en liten ökning av vinkeln q, uppstår en accelererande obalans på rotoraxeln. Under dess verkan accelererar rotorn ännu mer, vinkeln fortsätter att öka, etc., processen är oåterkallelig. När vinkeln minskar går det inte heller tillbaka till startpunkten, och vinkeln fortsätter att minska.
Således är den fallande grenen av generatorkarakteristiken en zon med aperiodisk instabilitet.
Faktum är att i detta fall kommer en liten ökning av vinkeln Dd (punkt a1) att leda till en ökning av den elektriska bromseffekten. En bromseffektobalans uppstår på generatoraxeln. Under dess verkan kommer rotationshastigheten att minska och vinkeln minskar (dvs det ursprungliga läget kommer att återställas). Samma sak händer när vinkeln minskar.
I generatorns stationära drift är det mekaniska momentet M 1 på axeln på primärmotorn (ång- eller hydraulturbin) lika med det elektromagnetiska momentet M som utvecklas av generatorn (fig. 17.3). Momentet M 1 beror inte på rotorns rotationsvinkel och avbildas därför som en horisontell rät linje som skär karakteristiken M = f (u) i punkter 1 Och 2 .
Vid dessa punkter, M 1 \u003d M. Detta är ett nödvändigt villkor för stadig rörelse, men inte alltid för hållbar. Hållbart arbete kommer bara att vara vid punkten 1 för om rotorn av någon anledning vrider sig genom en vinkel större än och 1 och blir och 1 + Di (punkt 1 "), då ökar det elektromagnetiska vridmomentet till värdet M + DM, vilket kommer att vara större än momentet för drivkraften (M + DM)> M 1, detta kommer att få rotorn att sakta ner och återgå till positionen 1 med vinkel och 1 . Om, när du arbetar vid en punkt 1 vinkeln och som ett resultat av en slumpmässig störning kommer att minska, sedan när denna störning upphör, kommer generatorn också att återgå till driftläge vid punkten 1 .
Vid punkten 2 arbetet kommer att vara instabilt. Om, när du arbetar vid en punkt 2 vinkel och öka med Di (punkt 2 ”), då kommer generatorns vridmoment att minska och bli mindre än drivmotorns vridmoment (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 vinkel och minskar, sedan på grund av brott mot balansen av moment kommer den att fortsätta att minska tills denna balans M = M 1 återställs vid punkten 1 .
Således är driften av den implicita polgeneratorn stabil i området 0< и < 90° и неустойчива в области 90 < и < 180°. Поэтому угол
u = 90° är den kritiska vinkeln och cr = ±90°.
EPS-stabilitetsberäkningar har följande huvudmål:
- 1. Bestäm nivån av EPS-stabilitet och jämför den med den önskade. I det här fallet avslöjas området för de initiala regimerna och de skador som kräver anti-nödkontroll.
- 2. Det är möjligt att säkerställa och öka stabiliteten hos EPS genom att påverka transienta lägen på grund av de så kallade kontrollåtgärderna (HC) som härrör från automationsanordningar: 1. reläskydd, automatisk återstängning (AR), AVR, 2. nödläge automatik (PAA) eller 3.staff.
Reläskydd och automatiska återstängningssystem ger de enklaste SW:erna: avstängning av skadade systemelement, olika sorter upprepade inneslutningar. Men i moderna komplexa EPS ger bara dessa enklaste stötar ofta inte stabilitet, så det är nödvändigt att använda mer komplexa stötar som tillhandahålls av PAA-systemet, såsom att stänga av generatorer, stänga av belastningen och andra, som kommer att diskuteras Nedan.
Typen av flödet av transienta lägen påverkar direkt driftsförhållandena för EPS, vilket bestämmer tillförlitligheten av dess drift, stabilitet och överlevnadsförmåga. I avsaknad av korrekt förvaltning eller vanskötsel transienta lägen i EPS, utvecklas en systemolycka, vilket är den allvarligaste, eftersom det leder till ett avbrott i strömförsörjningen ett stort antal konsumenter, återbetalning av kraftverk.
Statisk stabilitet
Statisk stabilitet förstås som förmågan hos ett kraftsystem att upprätthålla synkron parallelldrift av generatorer under små störningar och långsamma förändringar i modparametrar.
På fig. 9.2, men visar ett diagram över ett elsystem som består av ett kraftverk ES, transmissionsledningar och mottagande kraftsystem med oändligt hög effekt. Det är känt att elektrisk kraft R, utvecklat av kraftverket och förbrukat av kraftsystemets belastning är lika med:
var E t- EMF för kraftverksgeneratorer; Uc- spänning i kraftsystemet; Khrez - det resulterande motståndet hos generatorerna i kraftverket, kraftledningen och kraftsystemet.
Om generatorernas EMF T.ex, systemspänning Uc Och X 9aär oförändrade, då beror den elektriska kraft som överförs av kraftverket till kraftsystemet på vinkeln mellan vektorerna £ r och 0 s(Fig. 9.2.6). Detta beroende har en sinusformad karaktär, det kallas vinkelkaraktäristiken för kraftöverföring (Fig. 9.2, c).
Maximalt värde kraft som kan överföras till kraftsystemet kallas gränsen för statisk stabilitet:
Turbinens effekt beror inte på vinkeln θ och bestäms endast av mängden energi som tillförs till turbinen.
Villkor (9.3) motsvarar poäng / n 2 i fig. 9.2, i. Punkt jagär en punkt med stabil jämvikt, och punkt 2 är en instabil jämvikt. Området för stabil drift bestäms av området för vinklar b från 0 till 90 e. I området för vinklar större än 90° är stabil parallelldrift omöjlig. Drift med maximal effekt som motsvarar en vinkel på 90 ° utförs inte, eftersom små störningar, som alltid finns i kraftsystemet, belastningsfluktuationer, kan orsaka en övergång till ett instabilt område och en kränkning av synkronismen. Det maximalt tillåtna värdet för den överförda effekten antas vara mindre än den statiska stabilitetsgränsen. Marginalen uppskattas av den statiska stabilitetsfaktorn, %:
Den statiska stabilitetsmarginalen för kraftöverföring i normalt läge bör vara minst 20 %, och i kortsiktigt läge efter olycka (före personalingripande i lägeskontroll) - minst 8 %.
Dynamisk stabilitet
Dynamisk stabilitet förstås som kraftsystemets förmåga att upprätthålla synkron parallelldrift av generatorer under betydande plötsliga störningar som uppstår i kraftsystemet (kortslutning, nödavstängning av generatorer, ledningar, transformatorer). För kurs dynamisk stabilitet areametoden tillämpas. Som ett exempel, betrakta driftsättet för en dubbelkrets kraftöverföring som länkar ett kraftverk med ett kraftsystem i händelse av en kortslutning på en av ledningarna med den skadade ledningen frånkopplad och dess framgångsrika AR (Fig. 9.3, men).
Det initiala kraftöverföringsläget kännetecknas av en punkt / placerad på vinkelkarakteristiken /, vilket motsvarar det ursprungliga kraftöverföringsschemat (fig. 9.3.6). Med kortslutning vid en punkt K1 på linjen W2 vinkelkarakteristiken för kraftöverföringen upptar positionen //. Minskningen av amplituden för karakteristiken // orsakas av en signifikant ökning av det resulterande motståndet x re, mellan ansökningspunkterna T.ex Och U a. Vid tidpunkten för kortslutningen inträffar. urladdning av elektrisk "kraft med värdet AR genom att minska spänningen på stationens samlingsskenor (punkt 2 i fig. 9.3.6). Urladdningen av elektrisk kraft beror på typen av kortslutning och dess placering. I begränsningsfallet, med en trefas kortslutning på stationens samlingsskenor, återställs strömmen till noll. Under påverkan av överflöd mekanisk kraft turbiner över elektrisk kraft börjar stationens generatorrotorer att accelerera, och vinkeln på 6 "ökar. Processen att ändra kraften går enligt egenskapen //. Punkt 3 motsvarar ögonblicket för frånkoppling av den skadade ledningen från båda sidor av reläskyddsanordningar RZ. Efter att linjen har kopplats bort kännetecknas kraftöverföringsläget av en punkt 4, ligger på egenskapen
ke, vilket motsvarar ett kraftöverföringsschema med en frånkopplad linje. Under ändringen av vinkeln från 6i till 6i får rotorerna i stationens generatorer ytterligare kinetisk energi. Denna energi är proportionell mot området som begränsas av linjen R t, karakteristiska // och ordinater vid punkter 1 p 3. Detta område kallas accelerationsarean S y . Vid punkten 4 processen att bromsa rotorerna börjar, eftersom den elektriska kraften är större än kraften hos turbinerna. Men bromsningsprocessen sker med en ökning av vinkeln θ. Ökningen av vinkeln θ kommer att fortsätta tills all lagrad kinetisk energi omvandlas till potentiell energi. Potentiell energi är proportionell mot området som begränsas av linjen Rt och vinkelegenskaper efter nödsituationer. Detta område kallas bromsområdet ST . Vid punkt 5, efter en viss paus efter att linjen kopplats bort W2 den automatiska återinkopplingsanordningen utlöses (den är tänkt att använda en trefas snabb återinkoppling med en liten paus). Med en framgångsrik AR kommer processen att öka vinkeln att fortsätta enligt karakteristiken Z, 1 som motsvarar det ursprungliga kraftöverföringsschemat. Vinkelökningen stannar vid punkten 7, som kännetecknas av jämlikheten mellan områdena S y och ST . Vid punkt 7 slutar inte den transienta processen: på grund av att den elektriska kraften överstiger turbinernas effekt, kommer bromsprocessen att fortsätta enligt karakteristiken /, men bara med en minskning av vinkeln. Processen kommer att lägga sig vid punkt / efter flera svängningar runt denna punkt. Typen av förändringen i vinkeln b i tiden visas i fig. 9,3, c.
För att förenkla analysen tas kraften hos turbinerna P t under övergångsprocessen oförändrad. I verkligheten förändras det något på grund av turbinhastighetsregulatorernas verkan.
Således visade analysen att stabiliteten för parallelldrift bevaras under förhållandena i detta exempel. Nödvändigt skick dynamisk stabilitet är uppfyllandet av villkoren för statisk stabilitet i läget efter olycka. I det övervägda exemplet är detta villkor uppfyllt, eftersom kraften hos turbinerna inte överstiger gränsen för statisk stabilitet.
Stabiliteten för parallelldrift skulle kränkas om vinkel 6 i den transienta processen passerade värdet som motsvarar punkten 8. Punkt 8 begränsar det maximala bromsområdet till höger. Vinkel som motsvarar en punkt 8, kallades kritiska 6 KP. När denna gräns passeras, observeras en lavinökning i vinkeln 6, dvs. generatorerna faller ur synkronism.
Den dynamiska stabilitetsmarginalen uppskattas av koefficienten, lika med förhållandet det största möjliga bromsområdet till accelerationsområdet:
För £3, dyn > 1, är läget stabilt, för A 3, dy<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 detta exempel stabilitet efter en upprepad kortslutning och efterföljande frånkoppling av ledningen bevaras inte.
Energisystem hållbarhet- detta är dess förmåga att återgå till sitt ursprungliga tillstånd med små eller betydande störningar. I analogi med ett mekaniskt system kan kraftsystemets stabila tillstånd tolkas som dess jämviktsposition.
Parallell drift av generatorer av kraftverk som ingår i kraftsystemet skiljer sig från driften av generatorer vid en station genom närvaron av kraftledningar som förbinder dessa stationer. Motståndet hos kraftledningar minskar synkroniseringseffekten hos generatorer och gör det svårt för dem att arbeta parallellt. Dessutom kan avvikelser från den normala driften av systemet, som uppstår under avstängningar, kortslutningar, plötsliga belastningsavfall eller överspänningar, också leda till en kränkning av stabiliteten, vilket är en av de allvarligaste: olyckor som leder till strömavbrott konsumenter Därför är studiet av stabilitetsproblemet mycket viktigt, särskilt i förhållande till kraftledningar med växelström. Det finns två typer av stabilitet: statisk och dynamisk.
Statisk stabilitet kallas systemets förmåga att självständigt återställa det ursprungliga läget under små och långsamt förekommande störningar, till exempel med en gradvis lätt ökning eller minskning av belastningen.
Dynamisk energisystemets hållbarhet kännetecknar systemets förmåga att upprätthålla synkronism efter plötsliga och abrupta förändringar i modparametrar eller vid olyckor i systemet (kortslutningar, frekventa avbrott i generatorer, ledningar eller transformatorer). Efter sådana plötsliga avbrott i normal drift uppstår en övergående process i systemet, varefter det etablerade driftsättet efter nödläge igen bör inträffa.
Sätt att förbättra motståndskraften
Det huvudsakliga sättet att öka stabiliteten är att öka gränsen för den överförda effekten. Detta kan uppnås genom att öka emf. generatorer, spänning på lastbussarna eller en minskning av ledningens induktiva resistans. De viktigaste sätten att öka stabiliteten är följande:
Användningen av höghastighets automatiska spänningsregulatorer som ökar t.ex. d.s. generatorer när belastningen ökar. För att förbättra dynamisk stabilitet vid kortslutning. av särskild betydelse är excitationskraften, i vilken kontakterna på ett speciellt relä shuntar excitationsreostaterna; som ett resultat av detta tillförs den största möjliga strömmen till magnetiseringslindningen ("tak"-excitering). I moderna generatorer är "tak"-excitationsströmmen 1,8-2,0 av dess nominella värde;
Öka spänningen på befintliga ledningar, till exempel från 110 till 150 eller IA 220 kV;
Minskning av det induktiva resistansen hos ledningar, uppnått genom att dela upp trådarna i kraftfulla ledningar i två eller tre, eller genom att använda längsgående kapacitiv kompensation med en seriekoppling av en kondensatorbank i ledningen;
Användning av höghastighetsbrytare, skydd och automatisk återstängning av linjer.
abstrakt
Den förklarande noten innehåller 21 sidor, 6 tabeller, 14 figurer, 3 litteraturkällor, som i detalj beskriver den beräkningsmetod som används i detta arbete.
Studieobjekt: kraftöverföringssystem.
Syftet med arbetet: att få färdigheter i att beräkna elektromekaniska transienter i ett kraftöverföringssystem, beräkna det maximala spänningsfallet på bussarna till en asynkronmotor, utvärdera systemets statiska och dynamiska stabilitet.
Introduktion
Inledande data
Slutsats
Introduktion
Energisystem hållbarhetär dess förmåga att återgå till sitt ursprungliga tillstånd med små eller betydande störningar. I analogi med ett mekaniskt system kan kraftsystemets stabila tillstånd tolkas som dess jämviktsposition.
Parallell drift av generatorer av kraftverk som ingår i kraftsystemet skiljer sig från driften av generatorer vid en station genom närvaron av kraftledningar som förbinder dessa stationer. Transmissionsledningsmotstånd minskar synkroniseringseffekten hos generatorer och gör det svårt för dem att arbeta parallellt. Dessutom kan avvikelser från systemets normala driftsätt, som inträffar under avstängningar, kortslutningar, plötsliga belastningsavfall eller överspänningar, också leda till en kränkning av stabiliteten, vilket är en av de allvarligaste: olyckor som leder till ett avbrott i strömförsörjningen till konsumenter. Därför är det mycket viktigt att studera stabilitetsproblemet, särskilt i förhållande till växelströmsledningar. Det finns två typer av stabilitet: statisk och dynamisk.
Statisk stabilitet är systemets förmåga att självständigt återställa det ursprungliga läget under små och långsamt förekommande störningar, till exempel med en gradvis lätt ökning eller minskning av belastningen.
Dynamisk energisystemets hållbarhetkännetecknar systemets förmåga att upprätthålla synkronism efter plötsliga och plötsliga förändringar i modparametrarna eller vid olyckor i systemet (kortslutningar, frekventa avbrott i generatorer, ledningar eller transformatorer). Efter sådana plötsliga störningar i normal drift uppstår en övergående process i systemet, varefter det etablerade driftsättet efter olyckan återigen bör inträffa.
Det är sådana plötsliga störningar i driften av SES som leder till allvarliga ekonomiska konsekvenser för befolkningen och industrianläggningarna.
Den moderna energiindustrin ägnar stor uppmärksamhet åt kampen mot linjeolyckor, kortslutningar och ger ett stort bidrag även vid designstadiet av SES för städer och företag.
Inledande data
Beräkningsschemat visas i figur 1.
Figur 1 - Diagram över kraftöverföringssystemet
De initiala uppgifterna för beräkningen av den första och andra uppgiften tas från tabellen i enlighet med numret på alternativet.
Tekniska data för transformatorer:
transformatortyp,
MVALgränser justerbar
vaniya, %, kV
lindningar, %
% VNTDC-250000/110250-11013.8; 15,75; 1810.56402000.5TDTS-630000/110630-1102010.59003200.45
Parametrar för dubbelkrets luftledning
tråd varumärke,
ohm/km längd
l, kmU, kV AS-3300.1070.3670.3820.3301.3890.931300110
Figur 2 - Diagram över systemet för att beräkna det maximala spänningsfallet på däcken på en asynkronmotor
De initiala uppgifterna för beräkningen av den tredje uppgiften är hämtade från tabellen nedan i enlighet med numret på alternativet.
Tekniska data för asynkronmotor
TypRated data Startegenskaper P, kWI, AN, rpm , %, kg*m 2U, kVn 0rpm DAZO 17-39-8/1050061.574191.00.855.20.652.12886741
CL parametrar:
Trådtypslängd l, kmx 0, Ohm/kmAPV 1*3000.0350.099
Vi ritar upp den ekvivalenta kretsen för systemet, som visas i fig. 1 och beräknar de induktiva resistanserna för alla element:
Figur 3 - Systemekvivalentdiagram
induktiv reaktans ges,
induktiv reaktans hos transformatorer:
induktivt motstånd för kraftledningar:
Alla resistanser i den ekvivalenta kretsen reduceras till generatorns märkspänning. Transformatormotstånd:
kraftledningsmotstånd:
Vi bestämmer systemets totala motstånd:
Vi beräknar generatorns nominella reaktiva effekt:
Vi bestämmer det ungefärliga värdet för generatorns synkrona EMF:
Bestäm värdet på den statiska stabilitetsfaktorn:
Baserat på beräkningsdata bygger vi ett vektordiagram.
Figur 4 - Vektordiagram
Resultaten av beräkningen anges i tabell 3.
Tabell 3
MW0162312.5442541603.7625603.7541442312.51620
Figur 5 - Vinkeleffektkarakteristik
Systemet är statiskt stabilt eftersom säkerhetsfaktorn är större än 20 %. Och gränsen för generatoreffekten som överförs till systemet nås i en vinkel? = 900.
Vi beräknar lägena i tur och ordning.
2.1 Beräkning av nöd- och efternödläge i händelse av en enfas kortslutning vid punkt K-1
1.1 Normalläge
1.2 Nödläge
Vi ritar upp motsvarande krets av systemet med en enfas kortslutning
Figur 6 - Ekvivalent krets för nödläge med enfas kortslutning
Totalt kortslutningsmotstånd Х ?för en enfas kortslutning, lika med summan av den negativa sekvensresistansen och nollsekvensresistans.
Låt oss konvertera systemets ekvivalenta krets med en enfas kortslutning från "stjärnan" till "delta" -anslutningen med X-sidor 1, X 2, X 3.
Motstånd X 2 dem 3 kan kasseras, eftersom kraftflödet som generatorn avger till nätverket passerar inte genom dessa motstånd.
Figur 7 - Transformerad ekvivalent krets
Låt oss bestämma systemets totala motstånd:
Där X?=X2?+X0? - en obalanserad kortslutningsshunt, som är kopplad mellan början och slutet av den positiva och negativa sekvenskretsen.
Vi bestämmer den induktiva reaktansen för nollsekvensen X0?:
Definiera den induktiva reaktansen för den negativa sekvensen X2?
Vi bestämmer resistansen för shuntkortslutningen X?:
X2?+X0? \u003d 3 +0,097 \u003d 3,097 ohm
Xd? II \u003d 20,2 + 0,1 + 3,5 + 0,04 + \u003d 47 Ohm.
Vi bestämmer gränsen för generatoreffekten som överförs till systemet:
Genom att ändra vinkelvärdena från 0 till 180 grader, beräknar vi motsvarande värden på strömmen som levereras av generatorn till systemet med hjälp av formeln:
Resultaten av beräkningen anges i tabell 4.
Tabell 4
Gra, MW081.3157222.3271.9303.3314303.3271.9222.315781.30
1.3 Efterfelsläge
Vi ritar upp en systemekvivalent krets för läget efter olycka.
Figur 8 - Ekvivalent krets för efternödläge med enfas kortslutning
Läget efter olycka bestäms av frånkopplingen av en kraftledningskrets, varefter motståndet ändras:
Vi bestämmer systemets totala motstånd:
Vi bestämmer gränsen för generatoreffekten som överförs till systemet:
Vi beräknar värdet på vinklarna:
Totkl = +
Eftersom linjen har skydd kommer den efter ett tag att stängas av med strömbrytare. Därför väljer vi en SF6-brytare av VGBE-35 - 110-serien med en utlösningstid = 0,07 s. Kortslutningsreläskydd måste också tillhandahållas. Vi väljer det aktuella reläet RT-40 med inställningstiden = 0,08 s.
0,07 + 0,08 = 0,15 s,
Vi hittar kortslutningsfrånkopplingstiden:
Totc = 0,07 + 0,15 = 0,22 s.
29? 0,22, vilket uppfyller villkoret? Totkl
Genom att ändra vinkelvärdena från 0 till 180 grader, beräknar vi motsvarande värden på strömmen som levereras av generatorn till systemet med hjälp av formeln:
Tabell 5
Resultaten av beräkningen anges i tabell 5.
deg0153045607590105120135150165180,
MW0140270.5382.5468.5522.6541522.6468.5382.5270.51400
Vi bygger i ett koordinatplan kraftens vinkelegenskaper i normala, nöd- och efternödlägen, på grafen anger vi värdet på turbineffekten Р 0. Med hänsyn till det beräknade värdet för begränsningsvinkeln för kortslutningsfrånkoppling ?av plotta områdena för acceleration och retardation på grafen.
Figur 9 - Diagram över effekternas vinkelegenskaper och området för acceleration och retardation för en enfas kortslutning
2.2 Beräkning av nöd- och efternödläge i händelse av en trefas kortslutning vid punkt K-2
2.2.1 Normalläge
Beräkningen av normalläget utfördes i uppgift 1.
2.2 Nödläge
Vi ritar upp motsvarande krets av systemet med en trefas kortslutning
Figur 10 - Systemekvivalent krets för trefas kortslutning
Med en trefas kortslutning i punkt K-2 blir kretsens inbördes motstånd oändligt stort, eftersom shuntkortslutningsmotstånd Х ? (3) = 0. I detta fall sammanfaller nödlägeseffektkarakteristiken med abskissaxeln.
2.3 Efterfelsläge
Den ekvivalenta kretsen för en trefas kortslutning och beräkningen av efternödläget liknar efternödläget som anges i avsnitt 2.1.3
Vi beräknar värdet på vinklarna:
Vi finner begränsningsvinkeln för kortslutningsavstängning? av:
Vi beräknar begränsningstiden för kortslutningsbortkoppling:
Vi väljer lämpliga inställningar för driften av reläskyddsenheter:
Totkl = +
Eftersom linjen har skydd kommer den efter ett tag att stängas av med strömbrytare. Därför väljer vi SF6-strömbrytaren i serien
VGT - 110 med avstängningstid = 0,055 s. Reläskydd mot kortslutning måste också finnas. Vi väljer det aktuella reläet RT-40 med inställningstiden = 0,05 s.
Reläskyddets åtgärdstid bestäms av:
0,005 + 0,05 = 0,055 s,
Vi hittar kortslutningsfrånkopplingstiden:
Totcl \u003d 0,055 + 0,055 \u003d 0,11 s.
17? 0,11, vilket uppfyller villkoret? Totkl
Vi bygger i ett koordinatplan kraftens vinkelegenskaper i normala, nöd- och efternödlägen, på grafen anger vi värdet på turbineffekten Р0. Med hänsyn till det beräknade värdet för den gränsöverskridande vinkeln för cut-off kortslutning på grafen, plottar vi områdena för acceleration och retardation.
Figur 11 - Diagram över krafternas vinkelegenskaper och området för acceleration och retardation med en trefas kortslutning
För att bestämma systemets dynamiska stabilitet med en enfas kortslutning är det nödvändigt att överväga områdena för acceleration Fac och bromsning Fbr. Villkoret för systemets dynamiska stabilitet är ojämlikheten: Fusk? Fbr. Med blotta ögat kan man se från grafen över vinkelkarakteristiken att accelerationsarean är en storleksordning större än retardationsarean, vilket gör att systemet inte är dynamiskt stabilt. Följaktligen har den ackumulerade kinetiska energin inte tid att förvandlas till potential, som ett resultat, rotorhastigheten och vinkeln? kommer att växa och generatorn kommer att falla ur synkronism. För att bestämma systemets statiska stabilitet är det nödvändigt att hitta säkerhetsfaktorn. Genom att beräkna säkerhetsfaktorn kan vi dra slutsatsen att systemet är statiskt stabilt, eftersom.
Vi beräknar parametrarna för kraftöverföringselementen och belastningsparametrarna reducerade till basspänningen U b = 6 kV och grundeffekt:
Sb \u003d SAD nom \u003d,
Linjemotstånd:
Läckinduktans för motorns magnetiska krets:
Vi bestämmer den aktiva effekten som förbrukas i motorns initiala läge:
Vi hittar det aktiva motståndet hos motorrotorn i det initiala läget (förenklad ekvivalent krets för en asynkronmotor):
0392 +0,05? = ,
Låt oss byta ut x och få:
05x2 - x + 0,0392 = 0;
D\u003d b2 - 4ac \u003d 12 - 4? 0,05? 0,0392 \u003d 0,99216;
Vi väljer den största av rötterna till ekvationen och får:
Vi bestämmer den reaktiva effekten som förbrukas i det initiala läget av motorn:
Bestäm spänningen på systembussarna i initialläget:
Vi bestämmer spänningen på systembussarna där motorn bromsas:
Vi bestämmer marginalen för motorns statiska stabilitet genom spänning:
Att konstruera en mekanisk karakteristik M = f (S) enligt ekvationen
M = , det är nödvändigt att göra följande beräkning:
Bestäm rotorns nominella varvtal:
nom = n0? (1 - Snom) = 741? (1-0,01) = 734 rpm.
Hitta det kritiska felet:
kr \u003d Snom? (?? +) \u003d 0,01? (2,1+) = 0,039.
Vi bestämmer de nominella och maximala (kritiska) momenten för motorn:
Mnom = = N?m,
Мmax = ?? ? Mnom \u003d 2.1? 6505.3 \u003d 13661. 4 N?m.
För att konstruera en mekanisk egenskap använder vi Kloss-formeln:
Efter att ha gett olika värden för slip S, kommer vi att hitta motsvarande värden för ögonblicket M. Resultaten av beräkningen kommer att anges i tabell 6.
Tabell 6
SM, N?m000,0166480,039136610,06124190,08105890,192620,251260,335020,426420,521180,617630,715150,81130,19130,19130,1913
Enligt tabell 6 bygger vi en graf M = f (S):
Figur 12 - Graf över den mekaniska egenskapen för en induktionsmotor
Systemet är statiskt stabilt, eftersom motorns spänningssäkerhetsfaktor är större än 20 %
Slutsats
Efter avslutat kursarbete utarbetades och konsoliderades de under terminen förvärvade teoretiska kunskaperna om beräkning av olika typer av kortslutningar; kontrollera systemet för statisk och dynamisk stabilitet; konstruktion av vinkeleffektegenskaper och mekaniska egenskaper hos asynkrona.
Lärt sig att analysera systemet för stabilitet, beräkna systemets driftlägen före, efter och under olika typer av kortslutningar.
Man kan dra slutsatsen att beräkningen av elektromekaniska transienter upptar en av de viktigaste positionerna i beräkningen och designen av olika enkla och komplexa strömförsörjningssystem.
Bibliografi
1. Kulikov Yu.A. Transienta processer i elektriska system: Proc. ersättning. - Novosibirsk: NSTU, M.: Mir: OOO "Förlag AST", 2008. -
Borovikov V.N. etc. Elkraftsystem och nätverk - Moskva: Metroizdat., 2010. - 356 s.
Apollonov A.A. Beräkning och design av reläskydd och automation - St. Petersburg, 2009 - 159 sid.
Handledning
Behöver du hjälp med att lära dig ett ämne?
Våra experter kommer att ge råd eller tillhandahålla handledningstjänster i ämnen av intresse för dig.
Lämna in en ansökan anger ämnet just nu för att ta reda på möjligheten att få en konsultation.
Elkraftindustrins huvuduppgift är oavbruten, hållbar försörjning av elektrisk energi till konsumenten. Det är nödvändigt att bestämma under vilka förhållanden det är möjligt att säkerställa en stabil drift av generatorer, vilken mängd effekt som kan överföras genom kraftledningen, på vilka faktorer stabiliteten beror på, varför den stabila, parallella driften av synkrona generatorer i normal drift är störd. Låt oss ta en titt på dessa frågor.
Fig 7. Den enklaste kretsen elektriskt system
För det presenterade kraftöverföringsschemat i föregående avsnitt erhölls ett uttryck för elektrisk effekt beroende på vinkeln mellan emk-vektorerna. Ekv och spänningen hos de mottagande däcken U, som kallas vinkelkarakteristiken:
För givna värden på Eq, U, Xd är generatoreffekten en funktion av vinkeln, och detta beroende är icke-linjärt - sinusformigt. För fullständighetens skull ritas effektkarakteristiken för turbinen PT på samma graf, och eftersom den inte beror på vinkeln, representeras den av en rät linje.
Ris. 8.
Effektbalans på generatoraxeln, d.v.s. synkron drift tillhandahålls när Pg=PT, dvs. när den roterande mekaniska kraften (vridmomentet) hos turbinen är lika med den elektromagnetiska bromseffekten (vridmomentet) hos generatorn. Detta påstående följer också av differentialekvationen för den relativa rörelsen av rotorn i en synkronmaskin, som beaktades i föregående föreläsning
vid Pg=PT,=kon. (21)
Som framgår av grafen i fig. 8 är villkoret PG = PT uppfyllt vid två punkter 1 och 2, som motsvarar vinklarna 1 och 2. Det är nödvändigt att bestämma vid vilka av dessa punkter generatorn kommer att fungera stabilt.
Antag att vinkeln vid punkt 1 som ett resultat av viss påverkan avviker lite. I detta fall ökade den elektromagnetiska kraften hos generatorn och kraften som överförs genom kraftledningen med värdet P1, medan den mekaniska kraften hos turbinen inte förändrades på grund av tröghet. Tillståndet för kraftbalansen (moment) på axeln har brutits, eftersom (Pg1 + P1)>PT, och bromsmomentet råder på axeln, under påverkan av vilken generatorrotorn bromsas. Som ett resultat börjar vinkeln att minska och 0, och rotorn återgår till punkt 1, där balansen mellan momenten säkerställs. En liknande process - att återgå till punkt 1 inträffar om vinkeln vid denna punkt minskar med.
Om samma ökning av vinkeln med ett värde inträffar vid punkt 2, kommer det överskottsmoment som uppstår på axeln att accelerera, eftersom (Pg2 - P2) Därför, från två punkter 1 och 2, är läget vid punkt 1 stabilt, eftersom rotorn återgår till sin startpunkt med små avvikelser. Därför är ett tecken på stabiliteten hos den synkrona generatorn återgången till sitt ursprungliga läge. Man måste komma ihåg att återställningen av det ursprungliga läget eller nära det är huvudindikatorn för den stabila driften av den synkrona generatorn och följaktligen det elektriska systemet. I takt med att turbineffekten ökar och följaktligen effekten som överförs längs linjen enligt grafen, ökar också vinkeln när man närmar sig punkt 3. Denna punkt visar å ena sidan den maximala aktiva effekten hos generatorn som kan överföras kl. m=900: där Pm= - maximal effekt. Å andra sidan är punkten en gräns som skiljer de stabila och instabila områdena av generatorn. Man måste komma ihåg att gränserna för att ändra vinkeln: 0900 är zonen för stabil drift av synkrongeneratorn; - >900 område av instabil drift av synkrongeneratorn. Den maximala effekten Pm= kallas den ideala statiska gränsen för den överförda effekten motsvarande en konstant spänning U, vilket inte alltid är fallet. I praktiska beräkningar, för att kvantifiera nivån av statisk stabilitet (stabilitet med små avvikelser), introduceras konceptet med en statisk stabilitetssäkerhetsfaktor, som bestäms av relationerna: Värdet på Kc sätts inom gränserna för minst: 20 % i normala lägen, 8 % vid förhållanden efter olyckan. Det visade sig att den stabila driften av synkrongeneratorn säkerställs om tecknen på ökningarna av vinkeln och effekten P= PT ± Pg sammanfaller. Sedan för avvikelser kan vi skriva: eller, övergår till derivatan: , eftersom PT=post. Således kommer statisk stabilitet att säkerställas när tillståndet Detta tillstånd är matematiskt kriterium statisk stabilitet hos en synkronmaskin. Problemet och kärnan i stabilitet under små störningar reduceras till att åtgärder vidtas under vilka detta villkor kommer att uppfyllas. De kommer att diskuteras härnäst. Det bör återigen noteras att möjligheten att överföra aktiv effekt längs en kraftledning är associerad exakt med närvaron av en skiftvinkel mellan emk-vektorerna. Ekv och spänningar för det mottagande systemet U, med andra ord, skiftvinkeln mellan spänningsvektorerna vid ändarna av transmissionen. Således återspeglas en förändring i inloppet av en energibärare (ånga eller vatten) till turbinerna i en sändningsstation och deras mekaniska effekt i elektriskt läge transmission genom att ändra vinkeln, vilket är ett värde som kännetecknar både transmissionens stabilitet och dess begränsningsläge. Åtgärder för att säkerställa marginalen för statisk stabilitet hos det elektriska systemet För att undvika brott mot det elektriska systemets statiska stabilitet måste följande villkor uppfyllas: Den maximala effekten som överförs genom kraftledningar bör inte överstiga de högsta tillåtna värdena, vilket är liktydigt med att ställa in de maximala växlingsvinklarna för generatorns rotorer; Stressnivåer, särskilt i belastningsnoder, bör inte sjunka under den tillåtna nivån. Dessa förhållanden säkerställs både under driften av det elektriska systemet och under dess design med val av lämplig utrustning, eftersom deras parametrar måste väljas baserat på dessa krav. Värdet av den statiska stabilitetsmarginalen på grund av ovanstående förhållanden har en betydande praktiskt värde, och dess utbud och ökning beror på många faktorer. Låt oss överväga de viktigaste av dem. Låt ett enkelt elsystemschema ges Fig 9 Det enklaste diagrammet över ett elektriskt system.
Bild 10. Elektriskt system ekvivalent diagram
Effekten som överförs från generatorn bestäms av uttrycket: Om elementens aktiva motstånd inte beaktas elektriska nätverk(ri=0) denna formel är förenklad Det kan ses från strukturen av formeln att genom att påverka eller ändra värdena som ingår i Pm är det möjligt att öka den maximala karakteristiken eller, vad som är samma, öka den maximala överförda effekten och därigenom öka den statiska stabilitetsmarginalen , bestäms av relationen: Låt oss överväga dem separat och bestämma möjligheterna för deras förändring. Låt oss börja med induktiva reaktanser. motstånd. Transformatorernas motstånd och deras förändring är förknippade med design egenskaper enhet, därför, under driftperioden, representeras en fungerande transformator i beräkningarna av statisk stabilitet av ett givet motstånd, bestämt av nominella data: effekt, spänningar kortslutning steg osv. Motståndet hos kraftledningar som ingår i formeln kan ändras i händelse av en frånkoppling av en av kretsarna, delarna och sektionerna. Eftersom Xl ingår i nämnaren för effektuttrycket, ändras det maximala av vinkelkarakteristiken: när en av kretsarna stängs av minskar dess värde från Pm1 till Pm2 och värdet på vinkeln som motsvarar normalläget ökar från 1 till 2. För att öka Pm läggs en ny krets till. Bild 11. Det bör noteras att att öka antalet parallella kretsar i en kraftledning för att öka den maximala överförbara effekten och den statiska stabilitetsmarginalen är ett dyrt åtagande. Därför använder de i långa ledningar (förutom att byta till en högre spänningsklass) uppdelning av fasledningarna i kraftledningar. Som du vet bestäms det specifika induktiva motståndet för linjen, relaterat till 1 km, av: där Dav är det geometriska medelavståndet mellan fasernas trådar, re är den ekvivalenta radien. Minskningen av linjens induktiva resistans vid delning av fastrådarna förklaras av omfördelningen av trådarnas magnetiska fält: fälten mellan de delade trådarna försvagas och tvingas utåt, som om ledningens tvärsnitt ökar vid samma metallförbrukning. Det bör noteras att varje ytterligare tråd, när den delas, ger mindre och mindre ytterligare effekt. Till exempel, med två ledningar i fas, minskar den induktiva reaktansen med 19%, med tre - med 28%, med fyra - med 32%, etc. Värdena för specifik induktiv reaktans under delning varierar från 0,410,42 ohm/km till 0,26 0,29 ohm/km. Fastråden är uppdelad i två, tre, fyra och Mer ledningar kopplade parallellt. Till exempel, vid en linjespänning på 330 kV - 2 trådar i en fas, 500 kV - 3 trådar, 750 kV - 5 trådar och 1150 kV - 8 trådar i en fas. Därför leder en sådan åtgärd till en ökning av den maximala överförda effekten utan att öka förbrukningen av trådmaterial, eftersom dess totala tvärsnitt inte ökar. Att ta hänsyn till belastningen med ett konstant motstånd ökar det totala motståndet och minskar därför den maximala karakteristiken. Synkrongeneratorn har det största induktiva motståndet. Det finns ett visst samband mellan värdena på maskinparametrar och deras kostnad, eftersom induktiva resistanser bestäms av värdena för elektromagnetiska belastningar. Att minska de induktiva reaktanserna hos en synkrongenerator, särskilt Xd, är ett extremt svårt och dyrt sätt, förknippat med en ökning av maskinens dimensioner och en minskning av koefficienten användbar åtgärd. Låt oss överväga denna fråga mer detaljerat. Som bekant är värdena för synkrona induktiva reaktanser omvänt proportionella mot storleken på maskinens luftgap. var är luftgapet. Samtidigt är Xd också omvänt proportionell mot excitationsströmmen Av dessa samband kan man se att för att minska det synkrona induktiva motståndet är det nödvändigt att öka luftgapet och excitationsströmmen, vilket är nödvändigt för att skapa en ytterligare magnetiskt flöde ger ökat energiprocesser. Följaktligen, i detta fall, blir det nödvändigt att öka excitationskraften, stärka excitationslindningen och andra lindningar, vilket är förknippat med en ökning av materialförbrukningen. På grund av svårigheten att placera excitationslindningen kommer detta att leda till en ökning av generatorns dimensioner. Därför kommer i allmänhet en minskning av Xd och Xq att leda till en ökning av kostnaden för maskinen. Att minska transientinduktanserna Xd", Xq" för en synkrongenerator är möjlig genom att öka strömtätheten i lindningen, vilket leder till en ökning av förlusterna, en minskning av effektiviteten, en ökning av generatorns vikt och följaktligen kostnaden för generatorn. De noterade problemen är särskilt viktiga när man skapar moderna, mycket använda synkrongeneratorer med en kapacitet på 200-1200 MW. Mer effektivt är användningen av ARV olika typer, med vars hjälp i huvudsak kompensation av generatorernas synkrona och transienta induktanser sker. E.m.f. förändring generator (in det här fallet Eq) leder till en förändring av två viktiga parametrar: dess effektfaktor och spänningen på maskinens däck. Moderna mycket använda synkrongeneratorer tillverkas med hög nominell effektfaktor cos = 0,9-1. En ökning av märkeffektfaktorn, vid en given aktiv effekt, leder till en minskning av generatorns märkeffekt, dimensioner och kostnad, eftersom detta minskar maskinens totala effekt () och följaktligen förbrukningen av aktiv effekt. och konstruktionsmaterial kommer att bli mindre. Å andra sidan leder en ökning av cos till en minskning av emk. Eq, vilket minskar marginalen för statisk stabilitet. Dessutom är den ekonomiskt optimala överföringslängden för reaktiv effekt som genereras av generatorn begränsad av ett avstånd på (25-70) km. Den reaktiva effekten som krävs för lasten måste genereras vid förbrukningspunkten. Förändringen i generatorspänningen beror på dess belastning och för att bibehålla den på den erforderliga nivån, till exempel nominell, i ett brett spektrum av belastningsförändringar, är en förändring i emk nödvändig. generator genom att ändra dess exciteringsström. Detta problem löses framgångsrikt av olika typer av ARV, som i huvudsak kompenserar för generatorns inre motstånd. Till exempel, i närvaro av ARV-s, kan den interna resistansen hos synkrongeneratorn till samlingsskenorna i startänden, inklusive resistansen hos transformatorn XT1, kompenseras genom lämplig reglering av generatorns excitation, vilket säkerställer spänningen UГ= konst. Den maximala vinkelkarakteristiken i detta fall kan bestämmas från förhållandet För jämförelse ges vinkelegenskaperna för olika typer av ARV (Fig. 12) Bild 12 Som framgår av formeln för aktiv effekt (28) bestäms dess värde av produkten av emf. generator och systemspänning, eller mer allmän syn beror på kvadraten på spänningen. Därför kan vi i den första approximationen anta att en tvåfaldig ökning av linjespänningen är ekvivalent med en fyrfaldig ökning av antalet transmissionskretsar. Det följer att ökning av överföringsspänningen för att öka den maximala sändningseffekten är mer ekonomisk än att öka antalet överföringskretsar. Longitudinell och tvärgående kompensation av kraftledningsparametrar är också åtgärder för att öka den maximala överförbara effekten och öka den statiska stabilitetsmarginalen. Longitudinell kompensation betyder seriekoppling av kondensatorer i ledningen, där resistansvärdet minskar från Xl till (Xl-Xs) där Xs är kondensatorns kapacitans. Denna åtgärd är särskilt effektiv för långa transmissionsledningar. Korskompensation är en synkron kompensator ansluten till transmissionsledningen via en transformator. Genom att upprätthålla spänningen vid anslutningspunkten har SC i huvudsak effekten av att minska längden på ledningen och följaktligen dess motstånd. För närvarande används mycket effektiva, höghastighets statiska reaktiva kraftkällor (SRPS) med en svarstid (0,02 h 0,06) sek. Dessa enheter har en justerbar reaktor och en oreglerad kondensor, samt ett kontrollsystem. Förutom att öka effekten utför de ett brett utbud av uppgifter, utför fas-för-fas-reglering av modparametrar, undertrycker överspänningar, reglerar spänningar inom ett brett område och ökar marginalen för statisk och dynamisk stabilitet. Kompensatorfamiljen inkluderar även justerbara och oreglerade reaktorer som kompenserar för kraftledningarnas kapacitans och upprätthåller spänningen vid anslutningspunkten på grund av härdens icke-linjära mättnadskarakteristik. Det är nödvändigt att återigen komma ihåg att kriteriet för den statiska stabiliteten för en synkrongenerator är villkoret och vid den maximala överförda effekten Pm blir synkroniseringseffekten lika med noll. Därför, i praktiska förhållanden det är omöjligt att överföra denna kraft, eftersom minsta tryck av belastningen i EPS får generatorn att falla ur synkronism, därför måste den normala överförda effekten P0 vara mindre än Pmax. Och dess värde kommer att bestämmas baserat på säkerhetsfaktorn för systemets statiska stabilitet. Av ovanstående kan man dra slutsatsen: Den idealiska gränsen för sändningseffekt är den maximala effekt som överförs till systemet under antagande av en konstant spänning på mottagningsändens bussar. Kriterium för statisk stabilitet det enklaste systemetär positiviteten hos derivatan av den överförda effekten med avseende på vinkeln mellan generatorernas emk och spänningen hos den mottagande änden av överföringen. Den statiska stabilitetsfaktorn visar med vilken mängd det är möjligt att öka den överförda effekten från stationen till nätverket för att förhindra brott mot det elektriska systemets stabilitet. 4. Moderna automatiska magnetiseringsregulatorer (ARV-s, ARV-p) kan kompensera för elements induktiva resistanser, inklusive de induktiva resistanserna hos en synkron generator, på grund av den effektiva regleringen av magnetiseringssystemet beroende på parametrarna för det elektriska systemet läge. Genom att utvärdera alla ovanstående åtgärder för att öka den statiska effektgränsen kan vi dra slutsatsen att de mest ekonomiska är åtgärder som syftar till att upprätthålla en konstant spänning vid terminalerna på generatorerna och på lastbussarna. Användningen av olika typer av AVR på generatorer och moderna höghastighetsstatiska källor för reaktiv effekt är praktiskt taget den mest rationella och ekonomiska åtgärden för att öka gränserna för den överförda effekten och marginalen för statisk stabilitet, både för en separat överföring och för elsystemet som helhet.
