Министерство образования и науки Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

------------------------------------------------------------------------------------------------

В.Н.СЕРЕБРЯКОВ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

(часть 1)

Саратов 2005

АННОТАЦИЯ

Конспект лекций «Переходные процессы в системах электроснабжения» содержит краткое изложение основ данной дисциплины, читаемой автором на протяжении более 20 лет студентам дневной и заочной форм обучения специальности "Электроснабжение промышленных предприятий", необходимых для инженерного решения вопросов, в частности, расчета токов коротких замыканий, устойчивости узла нагрузки, расчета уставок релейной защиты и автоматики и др.

Содержание

1.ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И УКАЗАНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.1. Основные определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.2. Причины возникновения и следствия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1.3. Назначение расчетов и требования, предъявляемые к ним . . . . . . . . . 9

2.2. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТОВ . . . . . . . . . . . . .10

2.2.1. Основные допущения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 2.2.2. Понятие о расчетных условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.2.3. Основные паонятия о системе относительных единиц . . . . . . . . . . . . 11

2.2.4. Порядок составления схемы замещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2.5. Способы приведения схем замещения к простейшему виду . . . . . . . .14

3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

ПРИ СОХРАНЕНИИ СИММЕТРИИ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ . . . . . 21

3.1. ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС В ПРОСТЕЙШИХ ТРЕХФАЗНЫХ

ЦЕПЯХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

3.1.1. Постановка задачи и ее ограничения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.1.2. Анализ трехфазного к.з в неразветвленной простейшей цепи . . . . . . 21

3.2. УСТАНОВИВШИЙСЯ РЕЖИМ ТРЕХФАЗНОГО К.З. . . . . . . . . . . . . 29

3.2.1. Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.2.2. Параметры, характекризующие процесс трехфазного к.з.

на шинах генератора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

3.2.3. Графический способ определения тока трехфазного к.з.

во внешней сети при ее питании от одного генератора. . . . . . . . . . . . 32

3.2.4. Аналитический способ определения установившегося тока

трехфазного к.з. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.2.5. Влияние и учет нагрузки при расчетах установившегося

тока трехфазного к.з. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

3.2.6. Расчет установившегося тока трехфазного к.з. при отсутствии

регулирования возбуждения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.2.7. Расчет установившегося тока трехфазного к.з. при наличии

у генератора автоматического регулирования возбуждения (АРВ) .36

3.2.8. Расчет установившегося тока трехфазного к.з. во внешней сети,

содержащей несколько генераторов с АРВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

3.3. НАЧАЛЬНЫЙ МОМЕНТ ВНЕЗАПНОГО НАРУШЕНИЯ РЕЖИМА .39

3.3.1. Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

3.3.2. Переходные э.д.с. и реактивности синхронной машины . . . . . . . . . . .41

3.3.3. Сверхпереходные э.д.с. и реактивности синхронной машины . . . . . 44

3.3.4. Сравнение э.д.с. и реактивностей синхронной машины . . . . . . . . . . . 47

3.3.5. Характеристики двигателей и нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.3.6.Практический метод расчета начального сверхпереходного

и ударного токов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

3.4. УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕХОДНОГO

ПРОЦЕССА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

3.4.1. Общие замечания и допущения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.4.2. Исходные уравнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.4.3. Индуктивности обмоток синхронной машины . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

3.4.4. Обобщенный вектор трехфазной системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.4.5. Замена переменных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.4.6. Преобразование уравнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

3.4.7. Выражения в операторной форме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.5. ВНЕЗАПНОЕ КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

3.5.1.Внезапное короткое замыкание синхронной машины

без демпферных обмоток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

3.5.2.Влияние и приближенный учет демпферных обмоток . . . . . . . . . . . . .67

3.5.3.Влияние автоматического регулирования возбуждения

при внезапном коротком замыкании . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

3.6. ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНОГО

ПРОЦЕССА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.6.1. Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71

3.6.2. Приближенный учет электрической системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72

3.6.3. Метод расчетных кривых . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.6.4. Уточнение метода расчетных кривых . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.6.5. Метод спрямленных характеристик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

3.6.6.Метод типовых кривых . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ

НАРУШЕНИИ СИММЕТРИИ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ . . . . . . . . . . . . . . 87

4.1. Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.2. Метод симметричных составляющих . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87

4.3. Сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей

для элементов схем замещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

4.4.Порядок составления схем замещения отдельных

последовательностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95

4.4.1 Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

4.4.2. Порядок сставления схем замещения прямой

и обратной последовательностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95

4.4.3.Порядок составления схемы замещения нулевой

последовательности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

4.4.4. Порядок определения результирующих э.д.с. и сопротивления . . . . 98

4.5.Учет влияния трансформации на распределение токов и напряжений 101

4.6. Анализ отдельных видов несимметричных коротких замыканий . . . .101

4.6.1. Двухфазное короткое замыкание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101

4.6.2. Однофазное короткое замыкание на землю . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

4.6.3. Двухфазное короткое замыкание на землю . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

4.7. Обобщение результатов анализа отдельных видов

несимметричных коротких замыканий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

4.8. Учет переходного сопротивления в месте замыкания . . . . . . . . . . . . .107

4.9. Сравнение отдельных видов короткого замыкания . . . . . . . . . . . . . . . 111

4.10. Анализ однократной продольной несимметрии . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

4.10.1. Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113

4.10.2. Разрыв одной фазы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113

4.10.3. Разрыв двух фаз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

ПРИ ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

5.1. Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

5.2. Анализ простого замыкания на землю . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117

5.3. Методика расчета токов к.з. в установках напряжением до 1000 В . . 120

5.4. Методика расчета тока к.з. на стороне выпрямленного тока

вентильных преобразователей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124

6. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УРОВНЕЙ ТОКОВ КОРОТКОГО

ЗАМЫКАНИЯ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . 127

6.1. Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

6.2.Оценка качества электромагнитных переходных процессов . . . . . . . . 127

6.3. Способы ограничения токов к.з. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128

6.4. Оптимизация уровней токов к.з. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132

6.5. Координация уровней токов к.з. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133