_методички / ТиТрПС / Сапельченко-21.37

Окончание табл. 1.1

Таблица 1.4

Параметры трансформаторов в системе внешнего электроснабжения

1.3. Виды аварийных режимов и методы их расчета

Расчеты аварийных режимов в системах электроснабжения играют важную роль при планировании развития систем, при проектировании или эксплуатации систем электроснабжения. Они определяются теми отрицательными последствиями, которые могут быть при авариях:

нарушение или ограничение электроснабжения потребителей; нарушение или снижение запаса устойчивости энергосистем; нарушение термической или динамической стойкости элементов систем

электроснабжения; отказ или ложная работа систем релейной защиты и автоматики;

снижение качества электроэнергии у потребителей в послеаварийных режимах и т. д.

Предвидеть возможность развития перечисленных выше негативных последствий и принять меры к приспособлению систем электроснабжения к аварийным режимам позволяют массовые расчеты таких режимов на стадии проектирования и эксплуатации систем электроснабжения.

Существует множество причин возникновения аварийных режимов, которые сопровождаются сложными переходными процессами. Отметим некоторые из них:

непрерывный неконтролируемый рост нагрузок по ЛЭП и связанное с этим нарушение статической устойчивости системы;

неконтролируемое снижение напряжения в узлах нагрузки, вызывающее нарушение их устойчивости;

обрыв одной или двух фаз ЛЭП; потеря возбуждения синхронных машин и связанный с этим их

асинхронный ход и т. д.

Однако основной причиной аварийных режимов выступают различные виды короткого замыкания, под которыми понимают всякие не предусмотренные нормальными условиями работы замыкания между фазами (полюсами), а в системах с заземленной нейтралью – между фазами и землей. Все эти причины могут возникать и в сложных сочетаниях по месту и времени наступления.

При образовании короткого замыкания в системе ее результирующее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению тока в ветвях в сравнении с токами нормального режима. Это в свою очередь вызывает снижение напряжения в узлах системы, в особенности при электрической

близости от места короткого замыкания. В ветвях, непосредственно примыкающих к точке короткого замыкания, фазы токов резко изменяются.

Увеличение тока вследствие короткого замыкания может привести к значительному повышению температуры токоведущих частей и последующему разрушению изоляции. В этом состоит проблема термической стойкости электрооборудования.

При большой мощности короткого замыкания может произойти механическое разрушение токоведущих частей вследствие значительных электродинамических усилий между ними. В этом состоит проблема электродинамической стойкости электрооборудования.

В узлах системы, электрически близких к точке повреждения, имеет место значительное снижение напряжения. Работа потребителей резко ухудшается, а иногда возникает эффект «опрокидывания» нагрузки. В этом состоит проблема статической устойчивости узлов нагрузки.

Цели расчета аварийных режимов при коротком замыкании:

выбор и проверка электрооборудования на термическую и динамическую стойкость;

выбор уставок релейной защиты и проверка ее чувствительности; оценка влияния токов нулевой последовательности ЛЭП на линии связи; выбор заземляющих устройств и др.

При расчете токов короткого замыкания делают ряд допущений: симметрия параметров по фазам элементов электроэнергетической

системы; симметрия и синусоидальность ЭДС и напряжений;

отсутствие токов намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов;

отсутствие насыщения магнитных систем электрических машин; отсутствие поперечной емкости воздушных линий электропередач

напряжением 110, 220 кВ.

Изложенное выше позволяет утверждать, что сложные и массовые расчеты аварийных режимов могут быть выполнены лишь с использованием вычислительной техники.

Современные методы расчета токов короткого замыкания ориентированы на применение ЭВМ. Это, прежде всего, методы, основанные на интегрировании систем обыкновенных дифференциальных уравнений, дифференциальных уравнений Парка-Горева, и машинно-ориентированный

метод узловых напряжений. В данных методических указаниях расчет токов короткого замыкания ведется на основе метода узловых напряжений.

1.3.1. Системы единиц и координат, используемые в расчетах аварийных режимов

При расчетах токов короткого замыкания обычно используются системы: относительных единиц с приведением параметров схем замещения к выбранной основной ступени напряжения исследуемой системы с учетом фактических коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансфор-

маторов; именованных единиц с приведением параметров схем замещения к

выбранной основной ступени напряжения с учетом фактических коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов;

именованных единиц без приведения параметров схем замещения к одной ступени напряжения с учетом фактических коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов;

«приведенных» к 1 кВ единиц параметров схем замещения и др.

В условиях недостаточной информации о фактических коэффициентах трансформации трансформаторов и автотрансформаторов допускается приближенный способ учета. Он сводится к замене их средними значениями, понимаемыми как отношение средних линейных напряжений соответствующих ступеней. Рекомендуется использовать следующий ряд номинальных средних напряжений, кВ: 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18,0; 20,0; 24,0; 27,5; 37,0; 115,0;

154,0; 230,0; 340,0; 515,0.

В расчетах токов короткого замыкания в электроустановках до 1 кВ ряд номинальных средних напряжений дополняется следующими значениями, кВ: 0,69; 0,525; 0,4; 0,23. При этом расчеты проводятся в системе именованных единиц, а сопротивления элементов схем замещения выражаются в омах.

1.3.2. Расчетные условия

Расчетные условия – это совокупность принимаемых самим расчетчиком принципиальных положений, на основе которых базируется анализ аварийных режимов.

К принципиальным задаваемым положениям относятся следующие:

цель проводимых расчетов аварийных режимов (для выбора и проверки токоведущих частей и коммутационной аппаратуры, для расчета уставок и чувствительности релейных защит, для исследования поведения системной автоматики во время аварий, для расчета динамической устойчивости и т. д.);

расчетная точка (точки) на заданной схеме энергосистемы; расчетный вид короткого замыкания (трехфазное или какое-либо из не-

симметричных); расчетное время переходного процесса и др.

Существует ряд принципиальных положений, принимаемых самим расчетчиком. К ним относятся следующие:

1)выбор расчетной схемы. В расчетную схему в общем случае должны включаться все участвующие генераторы и элементы, через которые связываются генераторы между собой и точкой повреждения. Нагрузки в зависимости от цели расчетов либо вообще не вводятся, либо вводятся обобщенной схемой;

2)выбор расчетного режима, подход к которому существенно отличен при расчетах токов короткого замыкания и устойчивости системы.

При расчетах токов короткого замыкания обычно берутся к рассмотрению максимальный или минимальный режим. Под максимальным понимают режим, при котором

а) включены все источники питания; б) включены все трансформаторы и автотрансформаторы, нормально

работающие с заземленной нейтралью; в) подсхема, непосредственно примыкающая к точке повреждения,

такова, что по интересующему элементу проходит наибольший ток. Минимальный режим системы используется для оценки

чувствительности релейных защит;

3)метод расчета, адекватный данной цели. Здесь из существующих методов (метод на основе уравнений Парка-Горева, метод расчетных кривых, метод спрямленных характеристик, машинно-ориентированный метод узловых напряжений и др.) нужно взять один и мотивировать свой выбор;

4)учет или неучет активных сопротивлений элементов энергосистемы;

5)точность расчетов, где важное место занимает учет действительных коэффициентов трансформации силовых трансформаторов, которыми связываются различные ступени напряжений в заданной энергосистеме;

6)системы единиц, в которых будет осуществляться расчет (относительные, именованные, «приведенные»);

7)система координат, в которой будут вестись расчеты.

1.3.3. Методы расчета токов короткого замыкания в относительных базовых и именованных единицах

Наибольшее распространение при практическом выполнении расчетов короткого замыкания нашли системы относительных базовых единиц и система именованных единиц [7].

Вычисление величин в относительных единицах, т. е. в долях или процентах от некоторой заданной, так называемой базовой величины, строится на применении известных соотношений.

Возьмем, например, какой-либо элемент трехфазной цепи (трансформатор, генератор и т. д.) со следующими номинальными

параметрами: Uном , кВ; Iном, кА; Sном, МВ·А; Хном, Ом, которые связаны между собой известными соотношениями:

где Uном – номинальное линейное напряжение, кВ.

Любой другой режим работы того же элемента цепи, в том числе и режим короткого замыкания, характеризуется некоторыми значениями напряжения, тока, мощности и сопротивления, которые можно выразить в долях соответствующих номинальных параметров данного элемента, принимаемых в этом случае за базовые:

Полученные таким образом значения являются относительными, характеризующими элемент цепи при заданных условиях его работы (индекс указывает на то, что величина выражена в относительных единицах).

Относительные значения тока, напряжения и других параметров можно определять не только по отношению к номинальным значениям данного элемента цепи, но и по отношению к любой другой базовой системе величин, принятой за основу расчета. При этом произвольно можно задаться только

двумя базовыми величинами (обычно задаются Sб и Uб ), расчет которых ведется по следующим выражениям:

базовые значения определяются по формулам, аналогичным выражениям (1.3):

значения параметров, определенные по отношению к номинальным мощности, сопротивлению, напряжению машины или аппарата, принятых в данном случае за базовые.

Относительные значения базовых сопротивлений, если базовые условия отличны от номинальных, можно определить по известному относительному номинальному сопротивлению:

Используя выражения (1.4) – (1.6), можно по известному значению сопротивления в относительных единицах определить сопротивление в омах.

В результате преобразований получены формулы расчета сопротивлений для различных элементов схемы электроснабжения в относительных базовых и именованных единицах, которые приведены в табл. 1.6.

Поскольку схема замещения составляется на одну фазу для трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора, необходим условный переход от «треугольника» сопротивлений к эквивалентной «звезде» с определением сопротивлений обмоток через условные напряжения короткого

замыкания uк :

соответствующих сторон трансформатора;