В.И. Готман ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ 2010

В.И. Готман
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
2010
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Режимы работы электрической
системы
1.Установившийся (нормальный) режим.
2.Нормальные переходные режимы.
3.Аварийные переходные режимы.
4.Послеаварийные установившиеся.
Сети с изолированной или
компенсированной нейтралью
( U = 3; 6; 10; 35 кВ).
Сети с глухозаземленной
нейтралью
( U = 0,4; 110 кВ и выше)
Вид короткого Относительная вероятность КЗ (%) в
замыкания
сетях различных напряжений (кВ)
6…20
35
110
220
500
Однофазное
К(1)
61
67
83
88
95
Двухфазное
К(2)
17
18
5
3
2
Двухфазное на
землю К(1,1)
11
7
8
7
2
Трехфазное
К(3)
11
8
4
2
1
1.2. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
И ПОСЛЕДСТВИЯ КОРОТКИХ
ЗАМЫКАНИЙ
Основные причины возникновения КЗ
1. Механические
повреждения
элементов
электрических сетей.
2. Нарушение изоляции электрооборудования,
вызванное ее естественным старением или
термическим разрушением.
3. Перекрытие изоляции вследствие прямых
ударов молнии.
4. Ошибочные действия персонала подстанций при проведении переключений.
5. Перекрытие токоведущих частей животными и птицами.
Короткое замыкание
Снижение
напряжения
в узлах
Увеличение
токов
Последствия режима КЗ
1. Системная авария, вызванная нарушением
устойчивости энергосистемы системы.
2. Термическое повреждение электрооборудования, связанное с его недопустимым нагревом
токами КЗ.
3. Механическое повреждение электрооборудования, вызываемое воздействием больших
электромагнитных сил между токоведущими
частями.
4. Ухудшение устойчивой работы электроприемников.
5. Неблагоприятное воздействие на близлежащие линии связи и сигнализации.
Типовые задачи, требующие учета
режима КЗ
1. Анализ и оценка динамической устойчивости
работы энергосистемы.
2. Выбор аппаратов и проводников и их проверка
по условиям термической и электродинамической стойкости.
3. Проектирование и настройка устройств релейной
защиты и противоаварийной автоматики.
4. Определение числа заземленных нейтралей и
их размещение в ЭС.
5. Выбор конструкции шинопроводов на большие
рабочие токи.
6. Определение условий работы потребителей в
аварийных режимах.
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К
РАСЧЕТАМ ТОКОВ КЗ
1.
2.
3.
4.
5.
2.1. Основные допущения, принимаемые
при расчетах коротких замыканий
Пренебрежение ветвью намагничивания
трансформаторов и автотрансформаторов.
Отсутствие насыщения магнитных систем, т.е.
постоянство сопротивлений элементов схемы
замещения.
Пренебрежение емкостными проводимостями
линий (исключение – сети с изолированной
нейтралью при расчете однофазных КЗ).
Пренебрежение активными сопротивлениями
(исключение – кабельные линии, воздушные
линии с относительно небольшим сечением
проводов, сети напряжением до 1000 В).
Неучет сдвига векторов ЭДС по фазе.
2.2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ
СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ
2.2.1. Система относительных
единиц
Базисные электрические величины
S б ,U б , I б , Z б
Sб  3U б I б ;
Uб
Zб 
.
3 Iб
Две базисные величины - независимые
S б ,U б
Две другие (зависимые) определяются из
соотношений мощности для 3-фазной сети и
закона Ома:
Iб 
Zб 
Sб
3U б
Uб
3I б

,
2
Uб
Sб
(2.1)
.
(2.2)
Для произвольных именованных величин S ,U , I , Z
их относительные значения при выбранных базисных условиях вычисляются по формулам:
S *б  S S б ,
U *б  U U б ,
(2.3)
(2.4)
I *б  I I б ,
(2.5)
Z *б  Z Z б ,
(2.6)
или
Z *б
Z 3I б Z S б
 Z Zб 

.
2
Uб
Uб
.
(2.7)
В частном случае в качестве базисных
величин принимают номинальные
параметры S ном ,U ном , I ном , тогда
U *б
U ном
 U *ном
,
Uб
(2.8)
2
U ном I б
U ном S б
Z *б  Z *ном
 Z *ном
.
2
I номU б
S номU б
2.2.2. Приведение параметров схемы
к основной ступени напряжения
Для создания эквивалентной электрической схемы замещения необходимо освободиться от трансформаторных связей, т.е.
сопротивления и ЭДС схемы, находящиеся на
разных ступенях трансформации, требу-ется
привести к одной ступени, принятой за
основную.
Приведение осуществляется по
следующим соотношениям:
E   k1k 2 ...k n  E ,
(2.15)
1
I 
I,
 k1k 2 ...k n 
(2.16)
Z   k1k 2 ...k n  Z .
2
(2.17)
Приведение параметров в
относительных базисных единицах
Точное приведение - базисные напряжения
ступеней
трансформации рассчитываются
по
действительным коэффициентам трансформации.
Приближенное приведение - базисные напряжения ступеней трансформации принимаются из
заданного стандартного ряда средне номинальных напряжений ( U ср. i  1.05 U ном i ) :
0.23; 0.4; 0.69; 3.15; 6.3; 10.5; 13.8; 15.75; 18.0;
20.0; 24.0; 37.0; 115; 154; 230; 340; 515 кВ. (2.28)
Точное приведение
(последовательность действий)
1. Пронумеровать ступени трансформации,
принимая за первую, ступень КЗ.
2. Принять базисную мощность ( S б) единую для
всей схемы. Для удобства вычислений принимают S б = 100; 1000 МВА.
На ступени КЗ принять базисное напряжение
U б 1  U ном или 1 . 0 5U ном .
По известному значению U б 1и коэффициентам
трансформации k i по (2.15) рассчитать базисные
напряжения для других ступеней.
3 ступень
2 ступень
1 ступень
U2
U б2  U б1k1  U б1
,
U1
U2 U4 
U4 
U б 3  U б 1  k1 k 2   U б 1 

  U б2 
.
 U1 U 3 
U3 
(2.23)
Базисные токи каждой ступени определяются
по выражению
Sб
I бi 
.
(2.24)
3U б i
3. По формулам (2.3) – (2.8) рассчитать в
относительных базисных единицах все
интересуемые величины.
3 ступень
2 ступень
1 ступень
Для данной схемы имеем:
xG*б 
2
U G ном S б
xG*ном
2
S G номU б3
E G*б
EG

,
U б3
;
(2.25)
3 ступень
xТ2*б 
2 ступень
2
U K %U Т(В)ном
100 Sном
x Т1*б 
x Р*б

1 ступень
Sб
Sб
; x L 2*б  x 0l 2 2 ,
2
U б2
U б2
2
U K %U Т Н ном
100S ном

Sб
2
U б1
x Р % U Р ном  I б1

.
100 I Р ном  U б1
(2.26)
;
(2.27)
3 ступень
2 ступень
x L1*б  x 0l1
rL1*б  r0l1
1 ступень
Sб
U б21
Sб
U б21
,
.
Приближенное приведение
(последовательность действий)
1. Пронумеровать ступени трансформации,
принимая за первую, ступень КЗ.
2. Принять базисную мощность ( S б ) единую
для всей схемы. Для удобства вычислений
принимают S б = 100; 1000 МВА.
Базисные напряжения ступеней ( U б i )
принять согласно стандартного ряда (2.28).
Базисные токи рассчитать по формуле (2.24).
Рассчитать
относительные
параметры
элементов схемы замещения на базе выражений
(2.25) – (2.27) с учетом принятых допущений.
3.
3 ступень
2 ступень
1 ступень
Для данной схемы имеем:
x G*б  x G*ном
E G*б
Sб
S G ном
EG

,
U б3
3 ступень
2 ступень
U K %S б
x Т2*б 
100S Т2 ном 
U K %S б
x Т1*б 
100S Т1 ном 
1 ступень
x L 2*б  x 0l 2
x Р *б
Sб
2
U б2
x Р % U Р но м  I б 1

1 0 0 I Р но м U б 1
3 ступень
2 ступень
x L1*б  x 0l1
rL1*б  r0l1
1 ступень
Sб
U б21
Sб
U б21
,
.
2.3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СХЕМ
ЗАМЕЩЕНИЯ
Цель преобразования схемы замещения при
расчете КЗ - приведение ее к простейшему
виду:
Преобразования треугольника в звезду
Z 21Z31
Z1 
Z 21  Z31  Z 23
Z 21Z 23
Z2 
Z 21  Z31  Z 23
Z31Z 23
Z3 
Z 21  Z31  Z 23
Преобразования звезды в треугольник
Z1Z 2
Z 21  Z1  Z 2 
Z3
Z1Z3
Z31  Z1  Z3 
Z2
Z 2 Z3
Z 23  Z 2  Z3 
Z1
Параллельное сложение
элементов схемы
Eэкв 
где
1
Yэкв
n
 EiYi ,
Z экв  1/ Yэкв .
(2.29)
Yэкв  Y1  Y2  ...  Yn , Yi  1/ Z i .
.
При двух генерирующих ветвях
Eэкв
E1Z 2  E2 Z1

;
Z1  Z 2
Z экв
Z1Z 2

.
Z1  Z 2
(2.30)