Характеристики и параметры элементов электрической системы, схемы замещения

1.1. Краткие теоретические основы

Моделирование характеристик элементов электрической системы возможно двумя способами.

1. Описание математическими уравнениями каждого элемента.

2. Составление схем замещения для элементов электрической системы и определение их параметров [1, 3].

Первый способ предпочтителен при использовании ЭВМ.

Второй способ является более наглядным и физичным при начальном изучении электромагнитных и электромеханических переходных процессов и поэтому используется в настоящем пособии.

При составлении схем замещения принимают следующие допущения.

1. Трехфазную электрическую сеть считают полностью симметричной, поэтому расчет ведется на одну фазу с применением однолинейных схем замещения и использованием фазных напряжений и сопротивлений.

2. Не учитывают:

а) насыщение магнитных систем генераторов, трансформаторов и электродвигателей, поэтому все параметры схем замещения считаются постоянными;

б) токи намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов;

в) емкостную проводимость воздушных линий электропередачи напряжением до 220 кВ включительно;

г) активные сопротивления и проводимости электрической сети;

д) сдвиг фаз и качание роторов генераторов (все ЭДС совпадают по фазе).

3. Влияние активных сопротивлений элементов сети на периодическую составляющую аварийного тока учитывают, если их сумма превышает 1/3 суммарного индуктивного сопротивления схемы и при расчете постоянной времени затухания апериодической составляющей тока (Т_а).

1.2. Определение параметров схем замещения

Параметры элементов схем замещения электрической системы могут определяться в именованиях и относительных единицах. В обоих случаях могут учитываться как действительные коэффициенты трансформаторов (K_т) так и K_т, определенные по средненоминальным напряжениям (U_ср). Средненоминальные напряжения (U_ср) нормируются для каждой ступени трансформации. Их шкала следующая:

• для генераторов: 11; 13,8; 15,75; 18; 20; 24 кВ;

• для электрических сетей: 6,3; 10,5; 37; 115; 230; 515; 750; 1150 кВ.

При определении параметров элементов схем замещения их приводят к одному напряжению, принятому за основное (U_осн), и базисным условиям, чтобы заменить в трансформаторах и автотрансформаторах магнитные связи электрическими и существенно упростить дальнейшие расчеты. При приведении схемы замещения к одной ступени напряжения (U_осн) расчет проще выполнять в именованных единицах. Часто проводят расчеты в относительных единицах, позволяющие сразу оценить изменение полученных токов, напряжений, мощностей и других величин по отношению к номинальным или принятым за базисные.

Поясним расчет в относительных единицах (о.е.). Относительные единицы – это отношение одноименных величин и их составляющих к величинам, принятым за базисные, т.е. I/I_б; U/U_б (U_б – линейное напряжение); S/S_б; Z/Z_б. Отсюда видно, что базисных величин четыре и они связаны соотношениями

и

(1.1)

, (1.2)

поэтому произвольно выбрать можно только две. Обычно это и . Остальные две рассчитываются:

и . (1.2а)

Базисная мощность (S_б) принимается одна для всей схемы любой сложности. Число базисных напряжений (U_б) равно числу ступеней напряжения в исходной схеме, по которой составлена схема замещения. Базисные напряжения различных ступеней связаны соотношениями

, (1.3)

где – первое выбранное базисное напряжение; определяют как отношение напряжения на выбранной базисной ступени к той, где находится элемент электрической сети, подлежащий приведению; n – число трансформаторов между выбранной базисной ступенью и элементом схемы, подлежащим приведению. Формулы для расчета сопротивлений сведены в табл. 1.1

Обозначения, принятые в табл. 1.1:

– реактивные сопротивления в омах, приведенные к основному напряжению (U_осн) соответственно для генератора, трансформатора, нагрузки, реактора, линии и системы;

– те же сопротивления в относительных единицах, приведенные к базисным условиям;

S_г н и U_г н, S_т н и U_т н, S_нагр н и U_нагр н  – номинальные мощности и напряжения соответственного для генератора, трансформатора и нагрузки в именованных единицах (МВА и кВ).

U_р н и I_р н – номинальные напряжения (кВ) и ток (кА) токоограничивающего реактора;

х₀ и l – удельное индуктивное сопротивление (Ом/км) и длина линии (км);

U_c и S_кз – напряжение системы (кВ) и мощность КЗ на шинах системы (МВА);

и – ЭДС (напряжения) и токи, приведенные к U_осн, и в о.е., приведенных к базисным условиям;

Т а б л и ц а 1.1

Именованные единицы			Относительные единицы
Обозна­чение	Учет фактических Kт	по Uср	Обозна­чение	Учет фактических Kт	по Uср

и – индуктивные сопротивления генератора и нагрузки в относительных номинальных единицах при S_б = S_н и U_б = U_н;

U_к% и Х_Р% – напряжение короткого замыкания трансформатора и сопротивление реактора в процентах;

U_бг, U_бт, U_бн, U_бр, U_бл, U_бс – базисные напряжения (кВ) на ступени трансформации, где подключен элемент соответственно для генератора, трансформатора, нагрузки, реактора, линии и системы [рассчитываются по выражению (1.3)];

U_ср г, U_ср т, U_ср н, U_ср р, U_ср л, U_ср с, – средненоминальные напряжения ступени (кВ), где подключен элемент (генератор, трансформатор, нагрузка и т.д.).

Примечания.

1. Если сопротивление реактора задано в омах, то в табл. 1.1 его величину нужно подставить вместо выражения .

2. При расчете в относительных единицах (о.е.) можно использовать одну величину U_б, выбранную на основной ступени напряжения (U_осн), к которой предварительно приведены все элементы схемы замещения