Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах

диаграмма.cdw

расчетная схема.frw

схема замещения.frw

Электромагн переходн проц. заочное отд..doc

Центр подготовки и переподготовки
специалистов в области электроэнергетики
по дисциплине: Электромагнитные переходные процессы
в электроэнергетических системах
Герасимова Ольга Владиславовна
Индивидуальное расчетное задание
I Этап выполнения расчетного задания
Расчет параметров схемы замещения генератора
Расчет нормального режима
Расчет начального тока при трехфазном КЗ генератора
II Этап выполнения расчетного задания
Схема замещения сети
Расчет параметров схемы замещения
Расчет начального периодического и ударного тока при трехфазном коротком замыкании в заданной точке схемы
) рассчитать параметры схемы замещения турбогенератора нормальный режим построить векторную диаграмму рассчитать начальный ток генератора при трехфазном коротком замыкании на его выводах;
) рассчитать начальный периодический и ударный ток в ветви трехфазного короткого замыкания в заданной точке расчетной схемы.
Параметры электрооборудования даны в таблицах 2.1-2.3
Таблица 2.1 Параметры турбогенераторных блоков
Трансформаторы турбогенераторов (Т)
Трансформаторы собственных нужд (ТСН)
Параметры электрооборудования сети даны в таблицах 2.4-2.6
Т р а н с ф о р м а т о р ы (АТ TR TT)
Вариант расчетной схемы приведены на рис.2.1. На схеме состав электрической системы:
C - энергосистема (эквивалентный источник энергии)
СМ - синхронная машина турбогенератор
Т - двухобмоточный трансформатор генераторного блока
TR – трансформатор нагрузки с расщепленными обмотками
TT - трехобмоточный трансформатор местной нагрузки
TCH - трансформатор собственных нужд блока
AT - автотрансформатор связи со смежной сетью
W1 - двухцепная линия связи станции с энергосистемой
W2 - одноцепная линия отходящая от шин ВН станции
LR - реактор кабельной линии.
На схеме отмечена точка КЗ. Короткое замыкание возникшее в какой-либо цепи отключается выключателями этой цепи. Все элементы электросети подключены к сети и находятся под напряжением. Обобщенные нагрузки – отключены они при расчетах токов КЗ обычно не учитываются.
Рисунок 2.1 Расчетная схема
1 Расчет параметров схемы замещения генератора
Расчет ненасыщенных индуктивных сопротивлений
Погрешность расчета при отсутствии учета явнополюсности генераторов составляет 3% что позволяет принимать а расчетах для всех видов машин xd» xq
Сопротивления взаимоиндукции обмоток статора и ротора по ортогональным d q – осям определим без учета насыщения магнитопровода по формулам:
хad = хd – хе = 2106 – 0180=1926 о.е.
хaq = xq – xе = 2106 – 0180=1926 о.е.
Полное индуктивное сопротивление обмотки возбуждения о.е.
Как известно для демпферных контуров турбогенераторов допустимо принять:
х1d = хf =2023 о.е.
Сопротивления рассеяния обмотки возбуждения и демпферных контуров по dq-осям о.е.
хs f = хf – хad = 2023 – 1926=0097 о.е.
хs1d = x1d – xad = 2023 – 1926=0097 о.е.
хs1q = x1q – xaq = 2023 – 1926=0097 о.е.
Расчет насыщенных индуктивных сопротивлений
Сопротивление рассеяния статорной обмотки определим с учетом вытеснения электромагнитных полей и насыщения стали в пазовых и зубцовых зонах в переходных режимах. Для этого относительно обмотки статора определим эквивалентные сопротивления параллельных ветвей в схемах замещения синхронной машины а именно:
- ветви взаимоиндукции контуров ротора и статора
- ветви обмотки возбуждения
- ветви демпферной обмотки.
Нужные эквиваленты параллельных ветвей обозначим как
При известном каталожном значении хd вычислим насыщенное сопротивление рассеяния обмотки статора учитывая наличие роторных контуров о.е.
хs = xd - хmrd = 0180 – 0047 = 0133 о.е.
Насыщенные синхронные параметры по продольной и поперечной осям:
хd = хs + xad = 0133+1926 = 2059 о.е.
хq = xs + xaq = 0133+1926 = 2059 о.е.
Индуктивности контуров ротора при коротком замыкании в цепях статора синхронной машины изменяются незначительно поэтому
xf = xs f + xad = 0097+1926 = 2023 о.е.
x1d = xs1d + xad = 0097+1926 = 2023 о.е.
x1q = xs1q + xaq = 0097+1926 = 2023 о.е.
Соответственно можно определить значения эквивалентных насыщенных переходных и сверхпереходных параметров синхронной машины о.е.
хs » (07 ÷ 08)0180»0126÷0144
Расчет активного сопротивления обмотки возбуждения
Если каталожный параметр Rf15 известен то его следует привести к температуре 75 оС Ом
Если каталожный параметр Rf15 неизвестен то можно использовать соотношение Ом
Активное сопротивление обмотки возбуждения о.е. приведенное к статору (при номинальных базисных условиях машины) следует вычислить по формуле
хd – ненасыщенный параметр.
Расчет электромагнитных постоянных времени
Используем широко известное упрощенное соотношение для постоянных времени контуров при разомкнутом статоре машины
Tdo » Tfo + T1do » 705с
Постоянную времени обмотки возбуждения (без учёта влияния демпферного контура) Tfo можно определить по формуле с
Тогда постоянная времени демпферного контура (без учёта влияния обмотки возбуждения) T1do вычисляется как
T1do » Tdo - Tfo » 705 – 5238 » 1812 с
Вычисленное значение T1do позволяет определить активное сопротивление демпферных контуров о.е.:
Для турбомашин с гладким ротором допустимо принять:
R1q = R1d = 00036 о.е.
При расчётах постоянных времени контуров при замкнутом статоре допустимо использовать следующее упрощенное соотношение
Td’ » Tf’ + T1d’ = 0572+0196=0768с
Порядок вычислений составляющих следующий (при Хвш = 0)
Xs f = Xs f + Xad = 0097 + 0124=0221 о.е.
Xs1d = Xs1d + Xad = 0097 + 0124 =0221 о.е.
Расчет сопротивлений
Сопротивление обратной последовательности (насыщенное значение):
Активное сопротивление обмотки статора
Расчёт электромеханической постоянной времени
Применительно к вращающимся массам турбоагрегата (жёстко сцепленным
роторам генератора и турбины) справедливо выражение с
Для паровых турбоагрегатов: Tj = 5 ÷ 10 с.
Результаты расчета параметров схемы замещения генератора
2 Расчёт нормального режима генератора и сети
Основные соотношения представим в dq - координатах в скалярной форме удобной для расчёта и анализа режима. При обычно известных параметрах режима машины: Uм Iм cosj - можно определить
(Угол нагрузки машины)
Ud = - Uм sin dм = -1× sin 40 = -0643 о.е
Id = - Iм sin(dм + j)= -1× sin(40+32)=-0951 о.е
Uq = + Uм cos dм = 1× cos40 = 0766 о.е
Iq = + Iм cos(dм + j)= 1× cos(40+32) = 0309 о.е
Eq=(Uq - XqId -(Xd - Xq)Id=(0766–2059×(-0951))–(2059–2059×(-0951)=2724о.е
Eq'= Uq - Xd'Id = 0766– 0225 × (-0951) = 0980 о.е
Eq" = Uq - Xd" Id = 0766 – 0180× (-0951) = 0937 о.е
Ed" = Ud + Xq" Iq = -0643+0225×0309 = -0573 о.е
Uqc = Uq + Xвш Id = 0766 + 053× (-0951) = 0262 о.е
Udc = Ud - Xвш Iq = -0643– 053×0309=-0807 о.е
d = arc tg(-Udc Uqc) = arc tg(08070262 )= 72°
где Хвш – эквивалентное сопротивление связи генератора с системой в нормальном режиме.
Векторная диаграмма синхронного генератора приведена на рис.3.2.
Рис.3.2 Векторная диаграмма синхронного генератора
3 Расчёт тока генератора в начальный момент короткого замыкания
При радиальной цепи: генератор - точка трёхфазного КЗ
Хвш =Zвш×sinj = 1 × sin32=053
Синхронная составляющая тока статора
Переходная составляющая тока статора
Полный (сверхпереходный) периодический ток статора
где Xd" - насыщенный параметр
Определение базисных величин
В расчетной работе синхpонная машина (СМ) является главным объектом исследования а ее схема - главным элементом pасчетной схемы. Тогда для всех ступеней напряжения следует принять: SБ= SНОМ.СМ МВА.
На основной ступени напряжения (СМ) следует принять
IБ.СМ = SБ (173 UБ.СМ) кА
ZБ.СМ = UБ.СМ2 SБ Ом.
На смежных ступенях напряжения (j) следует рассчитать
UБj = UБ.СМ (UНОМj UНОМ.М) кВ
IБj = SБ (173 UБj) кА
где UНОМ.М - номинальная отпайка трансформаторной обмотки расположенной на ступени машины (м) кВ; UНОМj - номинальная отпайка трансформаторной обмотки расположенной на смежной ступени (j) кВ.
UБ.СМ = UНОМ.СМ = 1575кВ
1 Схема замещения сети
Рисунок 4.1 Схема замещения сети
2 Расчет параметров схемы замещения
Учет источников энергии:
ЕС » UСР.НОМ.С » 154 кВ
Е0" » U0 + I0 Xd" sin(jо)=1+1×0103×085=109 о.е. >1
Uв = 05(Uв-с + Uв-н - Uс-н)=05(10+18-6)=11%
Uс = 05(Uв-с + Uс-н - Uв-н)=05(10+6-18)=-1%
3 Преобразование схемы замещения
X*2(б)= X*1(б)+ X*см(б)=0103+0180=0183о.е.
X*3(б)= X*В(б)+ X*Н(б)=0593+0054=0647о.е.
X*S(б)= X*эк+ X*3(б)=0077+0647=0724 о.е.
4 Расчет начального периодического и ударного тока при трехфазном коротком замыкании в заданной точке схемы
Iко(3)=I*ко(б)×I(б)III=1354×337=456 кА
Определение ударного тока
Iуд = 141×Iко×Куд=141×456×178=1144 кА
Куд= 1 + exp(–001Ta)=1+е-1075=00093
R*2= R*T+ R*СМ=343+0002=3432
R*3= R*В+ R*С=0024+000216=002616
R*S= R*эк+ R*3=1694+002616=1720
Ульянов C.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. Учебник для вузов. М.: Энергия 1970. 520 с.
ГОСТ 27514-87 (РФ) Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.
ГОСТ 50270-92 (РФ). Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до1 кВ.
Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования РД. М.: МЭИ изд-во НЦ ЭНАС 2001. 152 с.
Кузнецов Ю.П. Методы расчета режимов работы электрооборудования электрических станций и подстанций. Уч. пособие. М.: ЦППЭЭ МЭИ(ТУ) 2004.69с.
– номинальная активная мощность МВт
– номинальное напряжение обмотки статора кВ
– номинальный коэффициент мощности ед.
– напряжение возбуждения при номинальной нагрузке В
– ток возбуждения при номинальной нагрузке А
– ток возбуждения при холостом ходе А
– активное сопротивление обмотки статора при 15оС Ом
– активное сопротивление обмотки возбуждения при 15оС Ом
– отношение короткого замыкания
– индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора
(ненасыщенное значение; хе = хлоб + хпаз + хдифф) о.е.
(насыщенное значение) о.е.
– синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси «d»
(ненасыщенное значение) о.е.
– синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси «q»
– сверхпереходное сопротивление (насыщенное значение) о.е.
– переходное сопротивление (ненасыщенное значение) о.е.
– сопротивление обратной последовательности генератора (насыщенное значение) о.е.
– сопротивление нулевой последовательности генератора (ненасыщенное значение) о.е.
– постоянная времени изменения магнитного потока статора при разомкнутом статоре с
– переходная постоянная времени изменения магнитного потока замкнутого статора
(постоянная времени изменения переходной составляющей тока статора) с
– сверхпереходная постоянная времени изменения магнитного потока замкнутого статора
(постоянная времени изменения сверхпереходной составляющей тока статора) с
– постоянная времени изменения апериодической составляющей тока статора с
– механический момент инерции вращающихся масс (роторов агрегата) 025 т×м2
– номинальное число оборотов ротора (вала) в минуту обмин
– синхронная круговая частота вращения трехфазного электромагнитного поля 314 радс