Министерство науки, высшей школы и технической политики
Российской Федерации
Ставропольский политехнический институт
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
(часть 2)
Курс лекций Ставрополь
1993
Демин Ю.И., Минченко Ю.Д., Киркоров О.Р. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: Метод.указания/Ставропольский политехнический институт Ставрополь, 1993.- 131 с.
Методические указания являются кратким конспектом лекций по курсу "Электромагнитные переходные процессы". Рассмотрены основные сведения об электромагнитных переходных процессах в электрических системах и практические методы их расчета.
Методические указания предназначены для студентов специальностей 10.04 и 10.02 всех форм обучения и могут быть использованы для углубленного изучения курса в практической работе инженеров-электриков и аспирантов.
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СООТНОШЕНИЯ
1.1. Цели и задачи курса
Как известно из курса "Электрические сети и системы" электроэнергетическая система - это совокупность турбин, генераторов, повышающих и понижающих трансформаторов, ЛЭП и нагрузок, связанных между собой единством процессов генерирования, передачи, распределения и потребления электрической энергии и процессов, появляющихся при изменении состояния системы.
В общем виде схема электроэнергетической системы приведем на рис.1.1.
Электрическая система, как искусственно созданная, предназначена для нормального выполнения функций, т.е. для нормального установленного режима. Но обеспечить ее надежность и качество работы возможно, если любой переходный (нормальный или аварийный) режим будет удовлетворять определенным требованиям.
При изучении электрических систем, например, такой как на рис.1.1 необходимо рассматривать не только электромагнитные процессы (Вы изучали их в первой части ПП), обусловленные упомянутыми выше основными функциями системы, но и затрагивать связанные с ними механические процессы в элементах системы: процессы в первичных двигателях (турбинах) и их автоматических регуляторах, в двигателях нагрузки, где электрическая энергия, получаемая из распредсети системы, преобразуется в механическую. Таким образом, необходимо рассматривать электромеханические переходные процессы (ПП) в электрической системе (т.е. в нашем курсе).
Цель данного курса - научить будущего инженера-электрика понимать физику процесса в переходных режимах, рассчитывать его и управлять им так, чтобы облегчить возможные последствия и тем более не допустить, чтобы они привели к техническим и социально-экономическим катастрофам (например, национально-общественные аварии в США и Франции). Особое значение изучение данного курса приобретает в настоящее время, когда возникли национальные и транснациональные электроэнергетические системы, работоспособность которых зависит от правильности управления электромеханическими переходными процессами.
Отметим понятие режима электроэнергетической системы. Это совокупность процессов, существующих в системе и определяющих ее состояние в любой момент времени, или на некотором интервале времени. Режим характеризуется параметрами, количественно определяющими условия работы системы (это Р, U, i, углы сдвига и т.п.).
Режим электроэнергетической системы может быть установившимся и переходным (неустановившимся). В установившемся режиме реальной системы параметры режима не постоянны, они непрерывно изменяются, но эти изменения, происходящие около некоторого среднего значения, могут быть настолько малыми, что режим практически допустимо считать установившимся (эти режимы изучаются в курсе "Электрические сети и системы").
Все переходные процессы можно условно подразделить на три:
- нормальные ПП,
- аварийные ПП,
- послеаварийные ПП.
Нормальные ПП сопровождают текущую эксплуатацию системы. Это плановые отключения и включения трансформаторов, ЛЭП, изменения нагрузки, изменение потребления активной мощности в течении суток, изменение схемы и т.п. Эти процессы происходят постоянно (рис.1.2).
Аварийные переходные процессы возникают вследствии резких и существенных изменений режима системы или схемы :
- при коротких замыканиях в системе и последующих их отключениях;
- включение генератора методом самосинхронизации;
- отключение ЛЭП и агрегатов, несущих значительную нагрузку и т.п.
Система должна быть устойчива при малых возмущениях (т.е. при протекании нормального ПП). Она должна обладать статической устойчивостью (это способность системы восстанавливать исходный режим после малого ее возмущения или режим, весьма близкий к исходному, если возмущенное воздействие не снято).
По отношению к большим возмущениям (аварийные ПП) вводят понятие динамической устойчивости системы. Это способность системы восстанавливаться после большого возмущения в исходное состояние или практически близкое к исходному.
Наиболее тяжелым большим возмущением в электрической системе является короткое замыкание (КЗ).
Иногда динамическую устойчивость подразделяют на синхронную динамическую устойчивость (если после большого возмущения синхронная работа системы не нарушается) и результирующую динамическую устойчивость (после большого возмущения нарушается синхронная работа и после допустимого - синхронность хода восстанавливается).
В зарубежной практике (США) различают переходную устойчивость (определяемую на протяжении нескольких секунд) и динамическую
Рис.1.1 Схема электроэнергетической системы.
Рис. 1.2 График нагрузки
Рис. 1.3 Ротор генератора
устойчивость (на протяжении нескольких минут - учет динамических характеристик паровых котлов, атомных реакторов, трубопроводов гидростанций, динамических характеристик - РЗ и устройств системы регулирования частоты и мощности), в нашей стране - динамическую устойчивость при длительном переходном процессе. Введенные понятия возмущений - условны и относительны.