Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Несимметричные электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах. Учебное пособие
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В.В. СЕНЬКО
НЕСИММЕТРИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Учебное пособие
Самара
Самарский государственный технический университет
2015
Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ
УДК 621.311 (075.8)
С-317
Сенько В.В.
С-317 Несимметричные электромагнитные переходные процессы
в электроэнергетических системах: учеб.пособие / В.В. Сенько. –
Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2015. – 54 с.: ил.
Рассмотрены общие положения по анализу несимметричных
электромагнитных переходных процессов в электроэнергетических
системах, приведены характеристики схем замещения элементов ЭЭС
для токов различных последовательностей, показаны основные
соотношения между симметричными составляющими, а также
фазными значениями токов и напряжений при несимметричных
авариях.
Предназначено для студентов высших технических учебных
заведений, обучающихся по направлениям 13.04.02 и 13.03.02
«Электроэнергетика и электротехника». Пособие необходимо при
изучении курсов «Электромагнитные переходные процессы в ЭЭС» и
«Расчет несимметричных коротких замыканий в ЭЭС».
Р е ц е н з е н т ы:
д-р техн. наук Ю.П. Кубарьков,
канд. тех. наук А.С. Ведерников
Компьютерный набор:
студенты А.А. Атласова, Н.Ю. Осипова, М.М. Шестова
УДК 621.311 (075.8)
ББК 31.2973
С-317
ISBN_________________ В.В. Сенько, 2015
Самарский государственный
технический университет, 2015
Содержание
Предисловие …………………………………………………...................4
Введение…………………………………………………..........................6
1. Анализ переходных процессов при нарушении симметричной
работы в электроэнергетической системе……………………………... 8
2.Метод симметричных составляющих…………………………….....10
3.Параметры элементов схем электроснабжения для токов различных
последовательностей …………………………..…………....................13
3.1.Общие положения…………………………………………….. 13
3.2.Синхронные машины………………………………………..... 14
3.3.Асинхронные машины………………………………………... 15
3.4.Силовые трансформаторы…………………………..………... 17
3.5.Воздушные линии…………………………………………….. 23
3.6.Кабельные линии……………………………………………… 24
4.Схемы прямой, обратной и нулевой последовательностей......…..25
5.Режим однофазного короткого замыкания в ЭЭС……………...…28
6.Режим двухфазного короткого замыкания в ЭЭС………………... 31
7.Режим двухфазного короткого замыкания на землю……………..33
8. Распределение и трансформация симметричных составляющих
тока и напряжения…………....……………..........................................36
9.Правило эквивалентности прямой последовательности…….........37
10.Комплексные схемы замещения…...………………….…..............40
Заключение ……………....……………................................................43
Вопросы для самопроверки……………..……………………………..43
Литература………………...…………………………………................45
Приложение 1……………...…………………………………................47
Приложение 2……………...…………………………………................50
Приложение 3……………...…………………………………................51
Предисловие
Дисциплина «Электромагнитные переходные процессы в
электроэнергетических системах» является частью
профессионального цикла при обучении студентов (бакалавров и
магистрантов) по направлениям 13.03.02 и 13.04.02
«Электроэнергетика и электротехника». Основной целью этой
дисциплины является обучение студентов теоретическим знаниям по
вопросам анализа и расчета параметров несимметричных переходных
режимов, возникающих в электрических системах при протекании
аварий - коротких замыканий и обрывов фаз.
Практические задачи, при решении которых возникает
необходимость количественной оценки тех или иных параметров
электромагнитного переходного процесса, многочисленны и
многообразны, но все они объединены одной целью - обеспечить
надежную работу как конкретных электроприемников, так и всей
электроэнергетической системы (ЭЭС) в целом.
Традиционно дисциплину «Электромагнитные переходные
процессы в электроэнергетических системах» разбивают на два
раздела: первый посвящен анализу симметричных трехфазных
коротких замыканий, второй – анализу несимметричных аварий в
ЭЭС. Данное пособие посвящено анализу несимметричных
переходных процессов, протекающих в электроэнергетических
системах, и опирается на знания, полученные в рамках первого
раздела.
В результате изучения данного учебного пособия студент должен
получить следующие компетенции:
Знать:
основные методы расчёта несимметричных коротких
замыканий;
различные методы математического анализа и
компьютерного моделирования несимметричных электромагнитных
переходных процессов в ЭЭС.
Уметь:
использовать различные современные средства расчёта токов
короткого замыкания и обрывов фаз;
научно анализировать результаты расчётов и исследований
несимметричных электромагнитных переходных процессов в ЭЭС.
Владеть:
навыками составления схем замещения обратной и нулевой
последовательностей для последующего определения токов и
напряжений при несимметричных коротких замыканиях.
различными способами получения информации о новейших
разработках в области несимметричных электромагнитных
переходных процессов в ЭЭС.
Введение
Состояние электроэнергетической системы (ЭЭС) в любой
момент времени называется режимом. Основные электрические
параметры режима (ток, напряжение, мощность и т. п.) связаны
между собой и зависят от параметров системы: сопротивлений
элементов ЭЭС (активных, индуктивных, емкостных); от ЭДС
источников; от постоянных времени составляющих тока и др. При
переходе от одного электрического режима к другому возникает
переходный процесс (ПП).
Переходный процесс в ЭЭС ‒это процесс перехода от одного
установившегося режима к другому. Такие процессы возникают в
электроэнергетических системах как при нормальной эксплуатации
(включение и отключение нагрузок, цепей и т.д.), так и в аварийных
ситуациях: короткие замыкания, выпадение генератора из
синхронизма, лавинные процессы в системе и др.
Так как любой переходный процесс в ЭЭС вызывает изменения
электромагнитных потоков, электромеханических моментов
синхронных машин, то и поведение системы моделируется как
совокупность электромагнитных и механических изменений в
системе. Тем не менее благодаря большой инеpционности роторов
синхронных машин начальная стадия переходного процесса (0,1 ‒ 0,2
сек.) характеризуется преимущественно электромагнитными
изменениями. Поэтому в задачах расчетов параметров коротких
замыканий и обрывов переходные процессы практически можно
учитывать только как электромагнитные (без учета механической
составляющей).
Из всего многообразия электромагнитных переходных процессов
в ЭЭС наиболее распространенными являются процессы, вызванные:
коротким замыканием (КЗ) в системе, а также повторным
включением и отключением (одновременным или каскадным)
короткозамкнутой цепи;
включением и отключением двигателей и других приемников
электроэнергии;
возникновением местной несимметрии в системе (например,
отключение одной фазы линии передачи).
Короткие замыкания в электрических системах вызываются
повреждением фазовой и линейной изоляции токоведущих частей.
Основными причинами нарушения изоляции являются: прямые
удары молний в токоведущие части, повреждение изоляции при
неправильных операциях с разъединителями, старение изоляции,
механические повреждения кабелей и т.д. Короткие замыкания
сопровождаются понижением уровня напряжения и резким
увеличением тока, особенно вблизи места повреждения. Резкое
понижение напряжения при замыканиях может привести к
нарушению устойчивости параллельной работы генераторов и к
системной аварии. Замыкания сопровождается таким переходным
процессом, при котором значение токов и напряжений, а также
характер их изменения во времени зависит от соотношения
мощностей и сопротивлений источников питания и цепи, в которой
произошло повреждение.
Переходные процессы играют огромную роль в работе
электроэнергетических систем. Их характер часто предопределяет
качество электроэнергии и функционирование оборудования. Анализ
этих режимов дает возможность детально выявить поведение
электроустановок, произвести правильный их выбор, уменьшить
расход энергии при пуске и торможении и т.д.
1. АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ
НАРУШЕНИИ СИММЕТРИЧНОЙ РАБОТЫ В
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЕСКОЙ СИСТЕМЕ.
Переходные процессы в электроэнергетических системах
рассматриваются в предположении, что симметрия нарушается
только в каком-либо одном месте. Такую несимметрию называют
однократной, всю остальную систему, согласно принятым ранее
допущениям, по-прежнему полагают симметричной. Несимметрия
может быть либо поперечной, например несимметричные короткие
замыкания, либо продольной, представляемой включением в фазы в
общем случае неодинаковых по величине сопротивлений ZА, ZВ, ZС,
например, в виде разрыва одной или двух фаз.
Коротким замыканием (КЗ) называют всякое, непредусмотренное
нормальными условиями работы, замыкание между фазами, а в
системах с заземленной нейтpалью, замыкание одной или нескольких
фаз на землю или нулевой провод.
Трёхфазное замыкание относят к симметричному, все остальные
виды КЗ – к несимметричным.
Несимметричные короткие замыкания (КЗ) составляют около
95% всех коротких замыканий в электрических системах. Различают:
а) двухфазное КЗ на землю (замыкание между собой двух фаз с
одновременным замыканием на землю);
б) двухфазное КЗ (замыкание между собой двух фаз без их
замыкания на землю);
в) однофазное КЗ (замыкание одной фазы на землю).
В особую группу выделяют однофазные КЗ в схемах, нейтрали
трансформаторов которых со стороны замыкания изолированы от
земли или заземлены через компенсационные устройства: такие
замыкания называют простыми.
Согласно общей статистке однофазные КЗ составляют около
60÷70% всех коротких замыканий, двухфазные – около 10%,
двухфазные на землю – порядка 20% [2].
Если в месте КЗ нет хорошего контакта, то возникает горение
электрической дуги, а замыкание называют неметаллическим. Если
контакт есть, и горение отсутствует, то такой вид КЗ называется
металлическим.
Основными причинами замыканий в ЭЭС являются:
старение и повреждение материала изоляции;
механические повреждения электрооборудования;
воздействие чрезвычайных ситуаций и природных
катаклизмов;
пробой изоляции из-за перенапряжения;
перекрытие токоведущих частей животными и птицами;
ошибки персонала при проведении переключений и др.
По мере развития аварии, вследствие ухудшения состояния
изоляции (ионизация воздуха, выгорание изоляции), несимметричные
замыкания могут переходить к более сложным видам, вплоть до
трехфазного КЗ.
Расчеты несимметричных КЗ, как и трехфазных, проводятся с
приведением расчетных схем к одной ступени напряжения, с
использованием (в разветвленных схемах с номинальным
напряжением свыше 1000 В) или без использования (в схемах с
номинальным напряжением ниже 1000 В) системы относительных
единиц.
Неблагоприятные следствия коротких замыканий в системе:
1. Многократное увеличение протекающих токов и недопустимые
перегревы токоведущих частей, в результате которых силовое
оборудование может выйти из строя;
2. Механические перенапряжения в токоведущих частях могут
привести к механическому разрушению электроустановки;
3. Понижение напряжения у потребителя приводит к нарушению
технологических режимов и, даже, к остановке производства;
4. Неблагоприятное влияние на линии связи;
5. Нарушение устойчивой работы энергосистемы в целом может
привести к системным авариям, которые наносят большой ущерб.
Анализ электромагнитных переходных процессов ведется при
решении следующих задач проектирования и управления ЭЭС:
Выбор схем электpопpисоединений;
Выбор аппаратуры и шинопpоводов;
Расчет релейной защиты и автоматики;
Выбор защитных сооружений (заземлений);
Анализ произошедших аварий;
Проведение различных испытаний электрооборудования и дp.
2. МЕТОД СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ
Несимметричную систему трехфазных векторов
СВ
A
FFF
,,
можно
разложить на три системы симметричных векторов прямой, обратной,
нулевой последовательностей (рис.1):
Рис.1. Несимметричная система трехфазных векторов,
представленная в виде системы симметричных векторов прямой, обратной,
нулевой последовательностей.
Несимметричная система трехфазных векторов может быть
представлена в виде систем симметричных векторов прямой
последовательности
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]