1.2. Схемы замещения элементов энергосистем
Математической моделью физического объекта является система уравнений, описывающая процессы в нём, или электрическая схема замещения (для электроэнергетического или электротехнического объекта), которой также соответствует система дифференциальных или алгебраических уравнений.. Схема электрической сети представляет собой набор схем замещения составляющих элементов, соединённых в соответствии со структурой схемы энергосистемы.
Универсальных моделей не существует; они зависят от назначения расчётов. В модели выделяют те свойства объекта, которые доминируют в рассматриваемом процессе и пренебрегают свойствами, мало влияющими на результаты расчётов. В этом разделе рассматриваются модели элементов энергосистемы, используемые для расчёта токов КЗ, но они не могут использоваться, например, для расчётов потерь в сети.
При построении схем замещения элементов для расчёта тока КЗ вводится ряд допущений, основными из которых являются:
линейность параметров элементов, что позволяет широко использовать удобные линейные преобразования;
пренебрежение активными сопротивлениями элементов (на промышленной частоте активное сопротивление всех элементов энергосистем значительно меньше индуктивного сопротивления, поэтому, если это специально не оговаривается, то активным сопротивлением элементов энергосистем пренебрегают); вследствие чего значения токов КЗ получают несколько завышенными, т.е. с некоторым запасом.
Синхронный генератор. Условное изображение трёхфазного синхронного генератора и схема замещения его представлены на рис.1.1.
Рис. 1.1 Условное изображение и схема замещения синхронного генератора
В течение переходного режима ЕДС генератора и его внутреннее сопротивление непрерывно изменяются.
Для расчёта ТКЗ
в начальный момент времени генератор
должен быть представлен сверхпереходной
ЭДС по поперечной оси
и сверхпереходным сопротивлением
по продольной оси
.
Термин "сверхпереходный" означает,
что при определении параметра учтены
все свободные токи статора и ротора
(рис.1.2): в обмотке возбуждения (ОВ) и
демпферных обмотках по продольной (d)
и поперечной (q) осям
(ДО), и обозначается верхним индексом -
два штриха (''). Переходный процесс
наступает либо после затухания свободных
токов в ДО, либо при отсутствии ДО в
гидрогенераторе в момент КЗ. В
турбогенераторе роль ДО играет массивный
ротор.
Рис.1.2 Ротор синхронного генератора с демпферными обмотками
Для расчётов токов
КЗ в сверхпереходном режиме для
генераторов задаются: активная мощность
(иногда полная
),
номинальное напряжение на выводах
генератора
,
сверхпереходные относительные номинальные
ЭДС
и сопротивление
,
коэффициент мощности
.
Параметры синхронных генераторов
приведены в приложении 1.
Сверхпереходные
сопротивления по продольной оси
в справочной литературе приводятся в
относительных номинальных единицах, а
их величины находятся в диапазоне
0,11
0,25.
Коэффициент мощности составляет 0,8
0,9.
С увеличением номинальной мощности
генераторов
,
и
,
как правило, увеличиваются.
Типовые турбогенераторы, выпускаемые в нашей стране, имеют следующие номинальные мощности ( ):
2,5; 4,0; 6,0; 12, 32, 50, 63, 100, 160, 200, 300, 500, 800, 1000, 1200 МВт;
и номинальные напряжения (линейные):
3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24 кВ.
(в результате модернизации в некоторых генераторах мощность увеличена по сравнению с приведенной выше).
Если ЭДС генератора
в сверхпереходном (переходном) режиме
неизвестна, то её можно определить из
предшествующего режима работы. ЭДС
превышает напряжение на зажимах
генератора на величину падения напряжения
на его внутреннем сопротивлении (
).
В частности, относительная номинальная
ЭДС для расчёта сверхпереходного тока
(
)
может быть определена из выражения
, (1.11)
где
,
- относительные номинальные напряжение
на выводах и ток генератора в режиме,
предшествующем КЗ. ЭДС генератора в
именованных единицах
. (1.12)
Силовой трансформатор. Условное изображение двухобмоточного трансформатора и его схема замещения приведены на рис.1.3. При вычислении токов КЗ намагничивающими токами трансформаторов пренебрегают. При расчёте токов трёхфазных КЗ и в симметричных режимах соединение обмоток трансформаторов допускается не указывать.
Рис.1.3 Условное изображение и схема замещения двухобмоточного