Реферат
Пояснительная записка содержит 21 страницы, 6 таблиц, 14 рисунков,3 источников литературы, в которой подробно расписана методика расчёта, которая использовалась в данной работе.
Объект исследования: система электропередачи.
Цель работы: получить навыки расчёта электромеханических переходных процессов в системе электропередачи, рассчитать предельное снижение напряжения на шинах асинхронного двигателя, оценить статическую и динамическую устойчивость системы.
Содержание
Введение
Исходные данные
1. Рассчитать предел передаваемой мощности генератора Г-1 в систему при нормальном режиме работы
2. Рассчитать аварийный и послеаварийный режимы работы системы
2.1 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при однофазном коротком замыкании в точке К-1
2.2 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при трёхфазном коротком замыкание в точке К-2
3. Рассчитать предельное снижение напряжения на шинах асинхронного двигателя
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Устойчивость энергосистемы - это способность ее возвращаться в исходное состояние при малых или значительных возмущениях. По аналогии с механической системой установившийся режим энергосистемы можно трактовать как равновесное положение ее.
Параллельная работа генераторов электрических станций, входящих в энергосистему, отличается от работы генераторов на одной станции наличием линий электропередачи, связывающих эти станции. Сопротивления линий электропередачи уменьшают снихронизирующую мощность генераторов и затрудняют их параллельную работу. Кроме того, отклонения от нормального режима работы системы, которые происходят при отключениях, коротких замыканиях, внезапном сбросе или набросе нагрузки, также могут привести к нарушению устойчивости, что является одной из наиболее тяжелых: аварий, приводящей к перерыву электроснабжения потребителей Поэтому изучение проблемы устойчивости очень важно, особенно применительно к линиям электропередачи переменным током. Различают два вида устойчивости: статическую и динамическую.
Статической устойчивостью называют способность системы самостоятельно восстановить исходный режим при малых и медленно происходящих возмущениях, например при постепенном незначительном увеличении или уменьшении нагрузки.
Динамическая устойчивость энергосистемы характеризует способность системы сохранять синхронизм после внезапных и резких изменений параметров режима или при авариях в системе (коротких замыканиях, отключений часта генераторов, линий или трансформаторов). После таких внезапных нарушений нормальной работы в системе возникает переходный процесс, по окончании которого вновь должен наступить установившийся послеаварийный режим работы.
Именно такие внезапные нарушения в работе СЭС приводят к тяжелым экономическим последствия для населения и промышленных объектов.
Современная энергетика уделяет очень большое внимание борьбе с авариями на линиях, короткими замыканиями, большой вклад делает еще на стадии проектировании СЭС городов и предприятий.
Исходные данные
Схема для расчёта представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема системы электропередачи
Исходные данные для расчёта первой и второй задачи принимаем по таблице в соответствии с номером варианта.
Технические данные трансформаторов:
Тип транс форматора,
МВАПределы регулиро
вания, %, кВ
обмоток, %
,
кВт,
кВт,
%ВНТДЦ-250000/110250-11013.8; 15.75; 1810,56402000.5ТДЦ-630000/110630-1102010.59003200.45
Параметры двухцепной воздушной линии электропередачи
Марка провода,
Ом/км,
Ом/км,
Ом/км,
Ом/км,
Ом/км,
Ом/кмДлина
l, кмU, кВАС-3300.1070.3670.3820.3301.3890.931300110
Рисунок 2 - Схема системы для расчёта предельного снижения напряжения на шинах асинхронного двигателя
Исходные данные для расчёта третьей задачи принимаем ниже по таблице в соответствии с номером варианта.
Технические данные асинхронного электродвигателя
ТипНоминальные данныеПусковые характеристикиP, кВтI, АN, об/мин, %, кг*м2U, кВn0, об/минДАЗО 17-39-8/1050061.574191.00.855.20.652.12886741
Параметры КЛ:
Тип проводаДлина l, кмх0, Ом/кмАПвВ 1*3000,0350,099
1. Рассчитать предел передаваемой мощности генератора Г-1 в систему при нормальном режиме работы
Составляем схему замещения системы, которая представлена на рис.1 и рассчитываем индуктивные сопротивления всех элементов:
Рисунок 3 - Схема замещения системы
индуктивное сопротивлении задано,
индуктивное сопротивление трансформаторов:
Ом,
Ом,
индуктивное сопротивление ЛЭП:
Ом.
Все сопротивления схемы замещения приводятся к номинальному напряжению генератора. Сопротивление трансформаторов:
Ом,
Ом,
сопротивление ЛЭП:
Ом.
Определяем суммарное сопротивление системы:
Ом.
Рассчитываем номинальную реактивную мощность генератора:
МВАр,
Определяем приближённое значение синхронной ЭДС генератора:
кВ.
Определяем предел передаваемой мощности генератора в систему:
МВт.
Определяем значение коэффициента запаса статической устойчивости:
.
По данным расчёта строим векторную диаграмму.
Рисунок 4 - Векторная диаграмма
Изменяя значения угла от 0 до 180 град., рассчитываем соответствующие значения мощности отдаваемой генератором в систему по формуле:
Результаты расчёта заносим в таблицу 3.
Таблица 3
, град0153045607590105120135150165180, МВт0162312,5442541603,7625603,7541442312,51620
Рисунок 5 - Угловая характеристика мощности
Система является статически устойчивой, так как коэффициент запаса больше 20%. И предел передаваемой мощности генератора в систему достигается при угле ? = 900.
2. Рассчитать аварийный и послеаварийный режимы работы системы
Рассчитываем режимы по очереди.
2.1 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при однофазном коротком замыкании в точке К-1
.1.1 Нормальный режим
Расчёт нормального режима проведён в задаче 1.
.1.2 Аварийный режим
Составляем схему замещения системы при однофазном КЗ
Рисунок 6 - Схема замещения для аварийного режима при однофазном КЗ
Суммарное сопротивление КЗ Х? при однофазном коротком замыкании равно сумме сопротивлению обратной последовательности и сопротивлению нулевой последовательности.
Преобразуем схему замещения системы при однофазном КЗ из соединения "звезда" в соединение "треугольник" со сторонами Х1, Х2, Х3.
Сопротивление Х2 и Х3 могут быть отброшены, т.к. поток мощности отдаваемый генератором в сеть не проходит через эти сопротивления.
Рисунок 7 - Преобразованная схема замещения
Определим суммарное сопротивлении системы:
Хd?II = ,
Где X?=X2?+X0? - шунт несимметричного КЗ, который включается между началом и концом схемы прямой и обратной последовательности.
Определяем индуктивное сопротивление нулевой последовательности Х0?:
Ом.
Определим индуктивное сопротивление обратной последовательности X2?
2? = 3 Ом
Определяем сопротивления шунта КЗ X?:
?=X2?+X0? = 3 +0,097 = 3,097 Ом
Определяем суммарное сопротивлении системы:
Хd?II = 20,2 + 0,1 + 3,5 +0,04 + = 47Ом.
Определяем предел передаваемой мощности генератора в систему:
МВт.
Изменяя значения угла от 0 до 180 град., рассчитываем соответствующие значения мощности отдаваемой генератором в систему по формуле:
Результаты расчёта заносим в таблицу 4.
Таблица 4
, град0153045607590105120135150165180, МВт081,3157222,3271,9303,3314303,3271,9222,315781,30
.1.3 Послеаварийный режим
Составляем схему замещения системы для послеаварийного режима.
Рисунок 8 - Схема замещения для послеаварийного режима при однофазном КЗ
Послеаварийный режим определяется отключением одной цепи ЛЭП, после чего сопротивление изменяется:
Ом.
Определяем суммарное сопротивлении системы:
Ом.
Определяем предел передаваемой мощности генератора в систему:
МВт.
Рассчитываем значение углов:
,
.
Находим предельный угол отключения КЗ ?откл:
.
Рассчитываем предельное время отключения КЗ:
.
Выбираем соответствующие уставки срабатывания устройств РЗА:
? Тоткл = +
Поскольку линия имеет защиту, то через некоторое время она отключится выключателями. Следовательно, выбираем элегазовый выключатель серии ВГБЭ-35 - 110 с временем отключения = 0,07 с. Также должно быть предусмотрены устройства релейной защиты от КЗ. Выбираем токовое реле РТ-40 с временем уставки = 0,08 с.
Время действия релейной защиты определяется:
= + = 0,07 + 0,08 = 0,15 с,
Находим время отключения КЗ:
Тоткл = 0,07 + 0,15 = 0,22 с.
,29 ? 0,22, что удовлетворяет условию ? Тоткл
Изменяя значения угла от 0 до 180 град., рассчитываем соответствующие значения мощности отдаваемой генератором в систему по формуле:
Таблица 5
Результаты расчёта заносим в таблицу 5.
,
град0153045607590105120135150165180,
МВт0140270.5382.5468.5522.6541522.6468.5382.5270.51400
Строим в одной координатной плоскости угловые характеристики мощности в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах, на графике указываем значение мощности турбины Р0. С учётом рассчитанного значения предельного угла отключения КЗ ?откл на графике строим площади ускорения и торможения.
Рисунок 9 - График угловых характеристик мощностей и площади ускорения и торможения при однофазном КЗ
Для определения динамической устойчивости системы при однофазном КЗ необходимо рассмотреть площади ускорение Fуск и торможения Fторм. Условием для динамической устойчивости системы является неравенство: Fуск ? Fторм. Невооруженным глазом видно по графику угловой характеристики, что площадь ускорения на порядок больше площади торможения, значит система не является динамически устойчивой. Следовательно, накопленная кинетическая энергия не успевает превратиться в потенциальную, в результате скорость вращения ротора и угол ? будут расти и генератор выпадет из синхронизма. Для определения статической устойчивости системы необходимо найти коэффициент запаса . Вычислив коэффициент запаса , можно сделать вывод, что система является статически устойчивой, так как .
2.2 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при трёхфазном коротком замыкание в точке К-2
2.2.1 Нормальный режим
Расчёт нормального режима проведён в задаче 1.
.2.2 Аварийный режим
Составляем схему замещения системы при трёхфазном КЗ
Рисунок 10 - Схема замещения системы при трёхфазном КЗ
При трёхфазном КЗ в точке К-2 взаимное сопротивление схемы становится бесконечно большим, т.к. сопротивление шунта КЗ Х? (3) = 0. При этом характеристика мощности аварийного режима совпадает с осью абсцисс.
.2.3 Послеаварийный режим
Схема замещения при трехфазном коротком замыкании и и расчет послеаварийного режима аналогичем послеаварийному режиму, приведенному в п.2.1.3
Рассчитываем значение углов:
,
.
Находим предельный угол отключения КЗ ?откл:
.
Рассчитываем предельное время отключения КЗ:
.
Выбираем соответствующие уставки срабатывания устройств РЗА:
? Тоткл = +
Поскольку линия имеет защиту, то через некоторое время она отключится выключателями. Следовательно, выбираем элегазовый выключатель серии
ВГТ - 110 с временем отключения = 0,055 с. Также должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от КЗ. Выбираем токовое реле РТ-40 с временем уставки = 0,05 с.
Время действия релейной защиты определяется:
= + = 0,005 + 0,05 = 0,055 с,
Находим время отключения КЗ:
Тоткл = 0,055 + 0,055 = 0,11 с.
,17 ? 0,11, что удовлетворяет условию ? Тоткл
Строим в одной координатной плоскости угловые характеристики мощности в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах, на графике указываем значение мощности турбины Р0. С учётом рассчитанного значения предельного угла отключения КЗ ?откл на графике строим площади ускорения и торможения.
Рисунок 11 - График угловых характеристик мощностей и площади ускорения и торможения при трёхфазном КЗ
Для определения динамической устойчивости системы при однофазном КЗ необходимо рассмотреть площади ускорение Fуск и торможения Fторм. Условием для динамической устойчивости системы является неравенство: Fуск ? Fторм. Невооруженным глазом видно по графику угловой характеристики, что площадь ускорения на порядок больше площади торможения, значит система не является динамически устойчивой. Следовательно, накопленная кинетическая энергия не успевает превратиться в потенциальную, в результате скорость вращения ротора и угол ? будут расти и генератор выпадет из синхронизма. Для определения статической устойчивости системы необходимо найти коэффициент запаса . Вычислив коэффициент запаса , можно сделать вывод, что система является статически устойчивой, так как .
3. Рассчитать предельное снижение напряжения на шинах асинхронного двигателя
Рассчитываем параметры элементов электропередачи и параметры нагрузки, приведённые к базисному напряжению Uб = 6 кВ и базисной мощности:
Sб = SАД ном = ,
Сопротивление линии:
10-4
Индуктивное сопротивление рассеяния магнитной цепи двигателя:
Определяем активную мощность потребляемая в исходном режиме двигателя:
Находим активное сопротивление ротора двигателя в исходном режиме (упрощенная схема замещения асинхронного двигателя):
,05 = ,
,0392 +0,05? = ,
произведём замену на х и получим:
,05х2 - х + 0,0392 = 0;
Д = в2 - 4ас = 12 - 4?0,05?0,0392 = 0,99216;
х1 = ;
х2 =
Выбираем наибольший из корней уравнения и получаем:
= 19,96.
Определяем реактивную мощность, потребляемую в исходном режиме двигателем:
=
Определяем напряжение на шинах системы в исходном режиме:
= =1,где = .
Определяем напряжение на шинах системы, при котором происходит затормаживание двигателя:
= = 0,71.
Определяем запас статической устойчивости двигателя по напряжению:
= ? = 29%.
Для построения механической характеристики М = f (S) по уравнению
М = , необходимо произвести следующий расчёт:
Определяем номинальную частоту вращения ротора:
ном = n0? (1 - Sном) = 741? (1-0,01) = 734 об/мин.
Находим критическое скольжение:
кр = Sном?(?? +) = 0,01? (2,1 + ) = 0,039.
Определяем номинальный и максимальный (критический) моменты двигателя:
Мном = = Н?м,
Мmax = ?? ? Мном = 2,1?6505,3 = 13661, 4 Н?м.
Для построения механической характеристики воспользуемся формулой Клосса:
М = =
Задавшись различными значениями скольжения S, найдём соответствующие им значения момента М. Результаты расчёта занесем в таблицу 6.
Таблица 6
SM, Н?м000,0166480,039136610,06124190,08105890,192620,251260,335020,426420,521180,617630,715180,813320,9115011064
По данным таблицы 6 строим график М = f (S):
Рисунок 12 - График механической характеристики асинхронного двигателя
Система является статически устойчивой, так как коэффициент запаса двигателя по напряжению больше 20%
Заключение
После выполнения данной курсовой работы были отработаны и закреплены теоретические знания, приобретенные в течение семестра по расчету различных видов КЗ; проверки системы на статическую и динамическую устойчивать; построения угловых характеристик мощности и механической характеристики асинхронных.
Научился выполнять анализ системы на устойчивость, рассчитывать режимы работы системы до, после, и во время различных видов КЗ.
Можно сделать вывод, что расчет электромеханических переходных процессов занимает одну из значимых позиций по расчету и проектировании различных простых и сложных систем энергоснабжения.
Список используемой литературы
1. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах: Учеб. пособие. - Новосибирск: НГТУ, М.: Мир: ООО "Издательство АСТ", 2008. -
с.
. Боровиков В.Н. и др. Электроэнергетические системы и сети - Москва: Метроиздат., 2010. - 356 с.
. Аполлонов А.А. Расчет и проектирование релейной защиты и автоматики - С. - Петербург, 2009г. - 159 с.