На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти готовые бесплатные и платные работы или заказать написание уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов по самым низким ценам. Добавив заявку на написание требуемой для вас работы, вы узнаете реальную стоимость ее выполнения.

Здравствуйте гость!

Задание № 1820

Наменование:

Курсовик Электромагнитные переходные процессы

Предмет:

Электроника

Бюджет:

0 руб.

Дата:

22.09.2010

Описание:

Дополнительно: Само задание на последней странице методички.
Полностью методичка ЗДЕСЬ: http://files.mail.ru/f0fdgv
1. Индивидуальное расчетное задание
1) рассчитать параметры схемы замещения турбогенератора, нормальный режим, построить векторную диаграмму, рассчитать начальный ток генератора при трех-фазном коротком замыкании на его выводах;
2) рассчитать начальный периодический и ударный ток в ветви трехфазного корот-кого замыкания в заданной точке расчетной схемы.

Срок сдачи: укажите реальный
Стоимость: ждем от вас




Центр подготовки и переподготовки
специалистов в области электроэнергетики
Московского энергетического института
(ЦППЭ МЭИ)



Учебно-методические материалы
по программам повышения квалификации и
профессиональной переподготовки специалистов по направлению
«Электроэнергетика»


Доцент, к.т.н. Кузнецов Ю.П.





ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ





















МОСКВА – 2007 г.


С О Д Е Р Ж А Н И Е


Стр.
1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
1.1. Каталожные параметры турбогенератора………………………………….. - 3
1.2. Методика расчета параметров схемы замещения турбогенератора...……. - 3

2. УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ГЕНЕРАТОРОВ
2.1. Основные уравнения переходных режимов………………………………... - 7
2.2. Уравнения первичного двигателя и регуляторов...……...………………… - 8
2.3. Уравнения тиристорного возбудителя…...………………………...………. - 8
2.4. Структурные схемы систем возбуждения..………………………………… - 10
2.5. Перенапряжения в цепях возбуждения генераторов………………………. - 14

3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ ГЕНЕРАТОРОВ
3.1. Методика расчета тока в цепи генератора при трехфазном КЗ...…..…….. - 15
3.2. Расчетные параметры процесса гашения электромагнитного поля...……. - 16
3.3. Примеры расчетов переходных режимов…..…………...……………..…… - 17

4. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНАЯ НАГРУЗКА
4.1. Синхронная нагрузка электростанций и промышленных подстанций…... - 18
4.2. Асинхронная нагрузка собственных нужд электростанций…….………… - 19

5. СИСТЕМА ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ЕДИНИЦ
5.1. Общие положения……………………………………………………………. - 20
5.2. Методика расчета токов в разветвленной сети..…………………...………. - 22

6. РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАНИЯ
6.1. Общие положения..………………………………………………………….. - 23
6.2. Варианты расчетных заданий……………………………………………….. - 24
6.3. Параметры электрооборудования...………………………………………… - 26

ЛИТЕРАТУРА ….…………………………………………………………… - 30
ПРИЛОЖЕНИЕ (Рабочая программа дисциплины)………………………. - 30











1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

1.1. Каталожные параметры турбогенератора

Рном – номинальная активная мощность, МВт
Uном – номинальное напряжение обмотки статора, кВ
Сosj – номинальный коэффициент мощности, ед.
Ufном – напряжение возбуждения при номинальной нагрузке, В
Ifном – ток возбуждения при номинальной нагрузке, А
Ifх – ток возбуждения при холостом ходе, А
RS15 – активное сопротивление обмотки статора при 15оС, Ом
Rf15 – активное сопротивление обмотки возбуждения при 15оС, Ом
ОКЗ – отношение короткого замыкания
хе – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора
(ненасыщенное значение; хе = хлоб + хпаз + хдифф), о.е.
хs – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора
(насыщенное значение), о.е.
хd – синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси «d»
(ненасыщенное значение), о.е.
хq – синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси «q»
(ненасыщенное значение), о.е.
хd¢¢ – сверхпереходное сопротивление (насыщенное значение), о.е.
хd¢ – переходное сопротивление (ненасыщенное значение), о.е.
x2 – сопротивление обратной последовательности генератора (насыщенное значение), о.е.
хо – сопротивление нулевой последовательности генератора (ненасыщенное значение), о.е.
Тd0 – постоянная времени изменения магнитного потока статора при разомкнутом статоре, с
Тd¢ – переходная постоянная времени изменения магнитного потока замкнутого статора
(постоянная времени изменения переходной составляющей тока статора), с
Тd¢¢ – сверхпереходная постоянная времени изменения магнитного потока замкнутого статора
(постоянная времени изменения сверхпереходной составляющей тока статора), с
Та – постоянная времени изменения апериодической составляющей тока статора, с
Jа – механический момент инерции вращающихся масс (роторов агрегата), 0,25 т×м2
nо – номинальное число оборотов ротора (вала) в минуту, об/мин
wс – синхронная круговая частота вращения трехфазного электромагнитного поля, 314 рад/с


1.2. Методика расчета параметров схемы замещения турбогенератора

Общая характеристика схемы замещения турбогенератора
При замещении турбогенератора в расчетных схемах в полном виде обычно используется классическая схема замещения синхронной машины в d, q – осях. Схема приведена на рис. 1.1.
При расчетах режимов синхронной машины при коротких замыканиях следует учитывать насыщение зубцово-пазовой зоны стали статора при апериодических со-ставляющих токов, возникающих в обмотках статора. Насыщение стали вызывает существенное изменение потоков рассеяния обмоток статора и, соответственно, из-менение параметров х d , х q.
При расчетах динамических режимов синхронной машины без отключения от сети, когда напряжение на шинах машины изменяется не более, чем на 5 - 6%, до-пустимо не учитывать изменение состояния магнитной системы синхронной маши-ны по пути главного потока и, следовательно, параметров хаd, хаq.
Поскольку демпферную систему и массив бочки ротора в схеме замещения машины представляет один эквивалентный контур, то его параметры следует счи-тать переменными, зависящими от скольжения ротора, что позволяет учесть эффект вытеснения и перераспределения токов в реальных контурах ротора. Исследования динамических режимов турбогенераторов показали, что для учета этого эффекта с приемлемой точностью допустимо считать параметры х1d, х1q – постоянными, а R1d, R1q – функционально переменными.
Параметры х f, Rf обмотки возбуждения также следует считать постоянными. Однако необходимо учитывать текущее состояние электрической цепи этой обмотки в реальных условиях. Например, может измениться активное сопротивление цепи обмотки возбуждения при срабатывании АГП или контактора самосинхронизации.
Возможно размыкание цепи обмотки при погасании электрической дуги в дуговой решетке в процессе гашения электромагнитного поля. Возможно погасание вентильного возбудителя, имеющего одностороннюю проводимость. Затем замыкание обмотки возбуждения на ограничитель перенапряжений, разрядник, резистор и т.д. и т.п.
Таким образом, расчет параметров схем замещения синхронной машины обычно носит предварительный характер и является по существу расчетом начальных значений схемных параметров, которые могут изменяться вместе с изменением режима работы машины.
Расчет ненасыщенных
индуктивных сопротивлений
При определении сопротивления рассеяния статорной обмотки можно использовать примерное соотношение: хd¢¢ » хе , так как АО «Электросила» вполне обоснованно полагает, что переходное состояние синхронной машины характери-зуется почти полным вытеснением электромагнитных полей в области рассеяния. Полагаем, что и обратное соотношение: хе » хd¢¢ − справедливо, а хd¢¢ − обычно из-вестно, приводится в каталогах.
Сопротивления взаимоиндукции обмоток статора и ротора по ортогональным
d, q – осям определим без учета насыщения магнитопровода, по формулам:
хad = хd – хе , хaq = xq – xе .
Полное индуктивное сопротивление обмотки возбуждения, о.е.
хf = (хad)2/(хd - хd¢).
Как известно, для демпферных контуров турбогенераторов
допустимо принять: х1d = хf , х1q = х1d.
Сопротивления рассеяния обмотки возбуждения и
демпферных контуров по d,q-осям, о.е.
хs f = хf – хad , хs1d = x1d – xad , хs1q = x1q – xaq .
Расчет насыщенных индуктивных сопротивлений
Сопротивление рассеяния статорной обмотки определим с учетом вытесне-ния электромагнитных полей и насыщения стали в пазовых и зубцовых зонах в пе-реходных режимах. Для этого, относительно обмотки статора определим эквива-лентные сопротивления параллельных ветвей в схемах замещения синхронной ма-шины, а именно:
- ветви взаимоиндукции контуров ротора и статора,
- ветви обмотки возбуждения,
- ветви демпферной обмотки.
Нужные эквиваленты параллельных ветвей обозначим, как
хmrd¢ = 1/(1/хad + 1/хs f),
хmrd¢¢ = 1/(1/хad + 1/хs f + 1/хs 1d),
хmrq¢¢ = 1/(1/хaq + 1/хs 1q).
При известном каталожном значении хd¢¢ вычислим насыщенное сопротивле-ние рассеяния обмотки статора, учитывая наличие роторных контуров, о.е.
хs = xd¢¢ - хmrd¢¢.
Насыщенные синхронные параметры по продольной и поперечной осям:
хd = хs + xad , хq = xs + xaq .
Индуктивности контуров ротора при коротком замыкании в цепях статора синхронной машины изменяются незначительно, поэтому
xf = xs f + xad ,
x1d = xs1d + xad ,
x1q = xs1q + xaq .
Соответственно, можно определить значения эквивалентных насыщенных переходных и сверхпереходных параметров синхронной машины, о.е.
xd¢ = xs + ,
xd¢¢ = xs + ,
xq¢¢ = xs + .
Примечание. По данным АО «Электросила» для большинства турбогенераторов имеет место соотношение: хs » (0,7 ÷ 0,8)хе, и оно может служить индикатором правильного вычисления параметров по изложенной методике.

Расчет активного сопротивления обмотки возбуждения
Если каталожный параметр Rf15 известен, то его следует привести к темпера-туре 75 оС, Ом
Rf75 = Rf15 .
Если каталожный параметр Rf15 неизвестен, то можно использовать соотно-шение, Ом
.

Активное сопротивление обмотки возбуждения, о.е., приведенное к статору (при номинальных базисных условиях машины), следует вычислить по формуле
,
где с = ОКЗ хd , с = 1,05 ÷ 1,15; хd – ненасыщенный параметр.

Расчет электромагнитных постоянных времени
Используем широко известное, упрощенное соотношение для постоянных времени контуров при разомкнутом статоре машины
Tdo » Tfo + T1do .
Постоянную времени обмотки возбуждения (без учёта влияния демпферного контура), Tfo, можно определить по формуле, с
Tfo = Xf /(wсRf).
Тогда постоянная времени демпферного контура (без учёта влияния обмотки возбуждения), T1do, вычисляется, как
T1do » Tdo - Tfo .
Вычисленное значение T1do позволяет определить активное сопротивление демпферных контуров, о.е.: R1d = X1d /(wсT1do). Для турбомашин с гладким ротором допустимо принять: R1q = R1d.
При расчётах постоянных времени контуров при замкнутом статоре
допустимо использовать следующее упрощенное соотношение
Td’ » Tf’ + T1d’.
Порядок вычислений составляющих следующий (при Хвш = 0)
Xad¢ = Xs Xad /(Xs+Xad),
Xs f¢ = Xs f + Xad¢,
Xs1d¢ = Xs1d + Xad¢,
Tf¢ = Xf¢/(ωcRf) , T1d¢ = X1d¢/(ωcR1d),
s¢ = 1 - (Xad¢ Xad¢)/(Xf¢ X1d¢), .
Расчет сопротивлений
Сопротивление обратной последовательности (насыщенное значение):
X2 ≈ 2 Xd"Xq"/(Xd" + Xq").
Активное сопротивление обмотки статора
, о.е. или Rs = X2 /(wcTa), о.е.
Расчёт электромеханической постоянной времени
Применительно к вращающимся массам турбоагрегата (жёстко сцепленным
роторам генератора и турбины) справедливо выражение, с
Tj = (4 Ja no2) /(364000 Sном,г). Для паровых турбоагрегатов: Tj = 5 ÷ 10 с.

Пример результатов расчета параметров схемы замещения генератора
Тип
генератора Rs Xs Xad Xaq Rf Xσf R1d Xσ1d TJ
o.e. o.e. o.e. o.e. o.e. o.e. o.e. o.e. c
AMS 1250A LF 0,0023 0,088 1,814 1,814 0,00053 0,14 0,0207 0,12 10,7
2. УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ГЕНЕРАТОРОВ

2.1. Основные уравнения переходных режимов

2.1.1. Дифференциальные уравнения
Система дифференциальных уравнений Парка-Горева, записанная в относи-тельных единицах (t - натуральное), в d,q - координатах, вращающихся вместе с ро-тором синхронной машины, имеет вид
(d/dt)d = (-Udc - (1+Sм)q - RdId)c , (1)
(d/dt)q = (-Uqc + (1+Sм)d - RqIq)c , (2)
(d/dt)f = (Uf - Rf If)c , (3)
(d/dt)1d = (0 - R1dI1d)c , (4)
(d/dt)1q = (0 - R1qI1q)c , (5)
(d/dt) Sм = (Мт -Мэ)/Tj , (6)
(d/dt) = Sмc , (7)
где уравнения обмотки статора и обмотки возбуждения (1, 2, 3), эквивалентного контура демпферной обмотки и бочки ротора (4, 5) и уравнения электромеханиче-ского движения ротора (6, 7);
Мт - момент первичного двигателя (турбины, механизма), о.е.;
Мэ - электромагнитный момент, приложенный к ротору машины, о.е.;
Sм - скольжение поля ротора относительно поля статора, о.е.;
 - угол оси "q" относительно вектора напряжения эквивалентной сети Uc;
c - синхронная круговая частота, rad/c;
Tj - электромеханическая постоянная времени вращающихся масс, с.

2.1.2. Алгебраические уравнения
Система алгебраических уравнений, устанавливающая связь между потокос-цеплениями и токами контуров, в матричной форме имеет вид

d = xd xad xad  Id
q xq xaq Iq
f xad xf xad If
1d xad xad х1d I1d
1q xaq х1q I1q

где хd = хs + хad, хf = х f + хad, хs = х + хвш, х1q = х1q + хaq,
хq = хs + хaq, х1d = х1d + хad, Rd = Rs + Rвш, Rq = Rs + Rвш,

где хвш , Rвш - составляющие эквивалентного сопротивления внешней сети относи-тельно ветви синхронной машины, о.е.
Напряжение эквивалентной внешней сети Uc необходимо определить с учётом продольных и поперечных потерь напряжения, в предшествующем режиме, при нормальной работе машины, по выражению, о.е.
.
Примечание. В соответствии со схемой замещения сети следует также опреде-лить ЭДС эквивалентной системы Ес и считать эту ЭДС неизменной. В частном слу-чае: Ес = Uc - const.
Эквивалентное напряжение внешней сети в d, q - координатах
Udc = - Uc sin , Uqc = + Uc cos.
Ток и напряжение синхронной машины в d, q - координатах
Id = - Iм sin( + ), Ud = Udc + XвшIq + RвшId ,
Iq = + Iм cos( + ), Uq = Uqc - XвшId + RвшIq .
Модули напряжения и тока статора синхронной машины, о.е.
, .
Электромагнитный момент, приложенный к ротору машины, о.е.
Мэ = d Iq - q Id .
Активная и реактивная мощности, развиваемые на шинах машины, о.е.
Pм = UqIq + UdId , Qм = UdIq - UqId .

2.2. Уравнения первичного двигателя и регуляторов
Первичный двигатель турбогенератора  это паровая турбина. Потоки пара, определяющие загрузку турбины (и генератора), регулируют с помощью гидроме-ханических устройств, которые приводят в движение клапаны или задвижки в паро-проводах. Эти устройства  главные исполнительные элементы в контурах регули-рования, поэтому важно учесть их механические характеристики, а также - характе-ристики основных регулирующих устройств:
• регулятора объёма пара,
• регулятора частоты вращения ротора турбины.
Систему дифференциальных и алгебраических уравнений турбины с гидроме-ханическим устройством регулирования объёма пара (например, с использованием сервомотора), с учётом регулятора частоты вращения ротора турбины можно пред-ставить в виде
(d/dt)Мт = ( - Мт)/Tоб , (8)
(d/dt) =  /Tсм , (9)
 = (о - ) - Sт / при -1 <  < +1, 0 <  < +1, (10)
где  - относительное открытие окон золотника сервомотора при режимах:
"прибавить"(+) или "убавить"(-), при  = 0 - окна золотника закрыты;
где  - относительное смещение поршня сервомотора (клапана), о.е.
о - начальное положение поршня сервомотора (клапана), о.е.
при  = 0 – имеем Мхх , при  =1 – имеем Mmax ;
 - статизм регулирования (неравномерность),  = 4  5 %;
Мт - вращающий момент паровой турбины, о.е.;
Sт - скольжение ротора турбины, Sт = Sм , %;
Тсм - постоянная времени сервомотора (0,1  0,2 с);
Тоб - постоянная времени изменения объема пара и его состояния в турбине, с,
где Тоб = 0,4 0,5 с - при регулировании пара в цилиндре высокого давления (ЦВД),
Tоб = 4,0  5,0 с - при регулировании пара промперегрева (ПП), в ЦСД и ЦНД.

2.3. Уравнения тиристорного возбудителя
Современные возбудители синхронных машин - это мощные полупроводни-ковые преобразователи, выполненные по схемам управляемых или неуправляемых трёхфазных мостов (см. рис. 2.1). Возбудитель можно представить интегральным уравнением внешней характеристики управляемого трёхфазного моста, справедли-вым при работе анодных и катодных вентилей моста группами по 2 - 3 вентиля (ре-жим "2 - 3"), как
Ud = (3/) Ел cos - (3/)X Id - ΔUв ,

где Ud - выпрямленное напряжение, В;
Id - выпрямленный ток, А;
Ел - действующее значение линейной ЭДС источника, В;
X - фазное сопротивление коммутации вентилей, Ом;
ΔUв - потери напряжения на вентилях, В;
 - углы включения вентилей (углы регулирования).

















Режим работы вентилей моста следует проверять по значению угла , по урав-нению коммутации, которое можно записать в виде

cos( + ) = cos - 2X Id /( Ел) при  < 60 о.

Дифференциальное уравнение цепи обмотки возбуждения генератора в отно-сительных единицах удобно представить в виде

df /dt = c [Ud - Uд - (1 + Кr)Rf If ],

где If - ток возбуждения, который определяется по балансу потокосцеплений всех контуров синхронной машины; Uд - напряжение электрической дуги гасительной дуговой решётки или ограничителя перенапряжений; Kr - отношение добавочного активного сопротивления к активному сопротивлению обмотки возбуждения.
Изменение углов включения тиристоров мостового преобразователя должно происходить в пределах: 0 <  < 150о. Тогда, при действии автоматического регу-лирования возбуждения (АРВ) можно обеспечить
при  = 0 - форсировку возбуждения - Ud  +2,0 Ud ном;
при  = 60о - номинальное возбуждение - Ud ≈ Ud ном;
при  = 150о - расфорсировку возбуждения - Ud  -1,5 Ud ном.
2.4. Структурные схемы систем возбуждения
Структурные схемы систем возбуждения синхронных генераторов приведены на рис. 2.2 - 2.3. Они соответствуют современным разработкам в этой области элек-тротехники и электроэнергетики. В настоящее время в качестве основных систем возбуждения приняты:

СТС - система тиристорная параллельного самовозбуждения
Силовая цепь возбуждения - мощные трёхфазные тиристорные мосты V1 и V2 (две одинаковые, резервирующие друг друга форсировочные группы вентилей), пи-тающие обмотку возбуждения LG генератора G, подключены к выпрямительному трансформатору TV, который в свою очередь подключен к шинам генератора.
К шинам генератора подключены трансформаторы напряжения TV1 и TV2. Первый используют как измерительный элемент системы контроля и управления генератора, а второй - для питания цепей напряжения релейной защиты РЗ и авто-матического регулятора возбуждения АРВ. Цепи тока АРВ подключены к транс-форматорам тока ТТА1 и ТТА2. На выходе АРВ формируются сигналы, пропорцио-нальные углам регулирования (включения) тиристоров.
По условиям эксплуатации обмотка возбуждения генератора может быть от-ключена от мостов и подключена к устройству начального возбуждения (УНВ) или к резервному возбудителю (СТСР).
Цепи возбуждения имеют контрольно-измерительные устройства и защиту от перенапряжений (разрядник FV, резистор R, контактор КМ, срабатывающий по сигналам РЗ, автоматики и управления). При гашении поля возбуждения генератора с ориентировкой на останов блока можно перевести работающий мост из режима выпрямления в режим инвертирования, разгрузить генератор, включить контактор, отключить автомат QAE.

СТН - система тиристорная независимая
Cиловая цепь возбуждения - мощные трёхфазные тиристорные мосты V1 и V2 (две одинаковые, резервирующие друг друга форсировочные группы вентилей), пи-тающие обмотку возбуждения LG главного генератора G, подключены к выводам вспомогательного синхронного генератора GE (50Гц), ротор которого жёстко сцеп-лен с валом главного генератора. Вспомогательный генератор имеет СТС и АРВ, форсировку и регулирование возбуждения по собственным параметрам режимов.
Контрольно-измерительные устройства, а также устройства защиты цепей возбуждения от токовых перегрузок и перенапряжений, как главного, так и вспомо-гательного генератора, имеют типовые структуры, назначения и схемы включения.
Если аварийная ситуация такова, что необходимо форсировать режим работы главного генератора, то СТН сначала обеспечивает быструю форсировку и крат-ность напряжения возбуждения Кuf = 1,6 - 1,7 , затем медленную форсировку и пре-дельную (нормированную) кратность Кuf = 2 (при Кif = 2), так как мост имеет не-большую инерцию (электрическую, Те1 = 0,02 с), а вспомогательный генератор - от-носительно большую (электромагнитную, Те2 = 0,20  0,25 с).



СДН - система диодная независимая
Силовая цепь возбуждения - мощные трёхфазные диодные мосты V1, V2 (две одинаковые, рабочие группы вентилей), соединённые последовательно по цепям по-стоянного тока, питают обмотку возбуждения LG главного генератора G через об-мотку самовозбуждения ОСВ вспомогательного генератора GE (500 Гц) индуктор-ного типа. Мосты по цепям переменного тока подключены к двум одинаковым ста-торным обмоткам трёхфазного вспомогательного генератора GE.
Ротор высокочастотного вспомогательного генератора жёстко сцеплен с валом главного генератора. Обмотки возбуждения ОВ1, ОВ2 получают питание от мосто-вых выпрямителей трёхфазных магнитных усилителей МУ1, МУ2, управляемых системой АРВ пропорционального действия (по параметрам и отклонениям пара-метров режима).
Обмотки ОВ1, ОВ2 (согласная с ОСВ и противовключённая) обеспечивают режим начального возбуждения, стабилизируют рабочий режим, обеспечивают фор-сировку возбуждения при аварийной ситуации. Обмотка самовозбуждения ОСВ по-мимо основного своего назначения существенно повышает качество форсировки, особенно при КЗ в сети, когда в обмотке возбуждения главного генератора, равно как и в обмотке ОСВ, возникает свободная составляющая тока, весьма ускоряющая форсировку режима вспомогательного генератора, так что эквивалентная постоян-ная времени уменьшается: Те.min = 0,2  0,3 с.

СДБ - система диодная бесщёточная
Силовая цепь возбуждения - мощный трёхфазный мост V, выполненный на основе кремниевых диодов и питающий обмотку возбуждения LG главного генера-тора G, подключен к статорной обмотке LS вспомогательного генератора GE (150 Гц), возбуждаемого током обмотки LE. В этой системе возбуждения вспомогатель-ный генератор GE представляет собой обращённый синхронный генератор, у кото-рого статорная обмотка (силовая) вращается, а роторная (возбудительная) - непод-вижная. Следовательно, статорная обмотка LS, диодный мост V и шинные провод-ники, расположенные на валу главного генератора G, неподвижны относительно обмотки возбуждения LG. Значит, все силовые контактные соединения – жесткие, скользящих контактов нет.
Неподвижная обмотка возбуждения LE вспомогательного генератора GE по-лучает питание через трансформатор TE и тиристорный мост VE, управляемый сис-темой АРВ, от трёхфазного индукторного генератора GF, режим которого управля-ется системой АРН.
Очевидно что, диодная система возбуждения главного генератора, исключает непосредственное, быстрое регулирование его тока возбуждения. Вспомогательный генератор, включенный в контур регулирования, проявляет себя как инерционное звено, у которого предельно минимальные, технически достижимые значения элек-тромагнитной постоянной времени составляют: Те.min = 0,15  0,18 с.
Применение тиристорной системы возбуждения прорабатывается уже дли-тельное время, однако, не преодолены ещё некоторые технические трудности в обеспечении как термической, так и механической надёжности тиристорного воз-будителя, надёжности его устройств, формирующих и передающих сигналы кон-троля, регулирования и управления, а также защит роторных цепей.































































































2.5. Перенапряжения в цепях возбуждения генераторов
Опасные перенапряжения могут возникнуть, когда обмотка возбуждения по каким-то причинам оказывается разомкнутой. Механические разрывы силовых це-пей возбуждения маловероятны, практически исключены. Однако в вентильных системах возбуждения могут иметь место разрывы силовых цепей, обусловленные односторонней проводимостью вентильных преобразователей. Разрывы могут обра-зоваться при предусмотренном или аварийном развозбуждении генератора. Рас-смотрим в качестве примера два характерных случая.
При переводе тиристорного выпрямителя в инверторный режим ток обмотки возбуждения стремится уменьшиться до нуля и изменить направление. Однако ти-ристоры не проводят ток обратного направления, и обмотка возбуждения оказывает-ся разомкнутой.
При исчезновении импульсов управления тиристоров моста обмотка возбуж-дения некоторое время остается замкнутой на проводящие ток анодно-катодные ти-ристоры, а затем размыкается, когда ток в этих тиристорах уменьшается до нуля, и они становятся не проводящими.
Перенапряжения на разомкнутой обмотке возбуждения генератора - это ЭДС скольжения (при проворотах ротора) и трансформаторные ЭДС (при возможных возмущениях в цепях статора). Особенно опасны последние. Поэтому, например, не допускается включение - отключение блочного выключателя во время разомкнуто-го состояния обмотки. Перед этим она должна быть зашунтирована специальным резистором.
Высока вероятность возникновения трансформаторных ЭДС при несиммет-ричном КЗ вблизи шин генератора (при быстром гашении поля и медленном зату-хании апериодических составляющих фазных токов статора). Что касается ЭДС скольжения, то при небольших скольжениях (при S<1-3% ) амплитудные (пиковые) значения этой ЭДС, и соответственно, перенапряжений можно оценить в о. е. ста-тора по формуле
Es.max = U·(Xad /Xd)·S = Uf.max .

Как показывают экспериментальные данные, при небольших скольжениях перенапряжения не столь значительны, чтобы быть опасными. Однако при боль-ших, но допустимых скольжениях они могут достигать (8-9) Ufном, а такие перена-пряжения уже опасны. Для того чтобы предотвратить электрический пробой изоля-ции обмотки возбуждения генератора, устанавливают защиту от перенапряжений (см. рис. 2.2-2.3).
В настоящее время она предельно упрощена. В системах возбуждения СТН, СТС, СДН - основные элементы защиты - это разрядник (с резистором), контактор и резистор синхронизации. В бесщёточной системе возбуждения - СДБ - это двухпо-лярное тиристорное устройство с резисторами, шунтирующими в определенное вре-мя обмотку возбуждения.
Наиболее совершенный и надежный тип разрядника: РД - разрядник дуговой, с автоматическим обрывом тока (при нуле тока и напряжении ниже 400 В), допус-кающий 4 срабатывания. Стандартные напряжения срабатывания разрядников: 2,4 – 3,2 – 4,0 кВ. Перенапряжения ограничиваются на уровне (5-6) Uf ном при пробое раз-рядника и горении электрической дуги.

3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ ГЕНЕРАТОРОВ

3.1. Методика расчёта тока в цепи генератора при трёхфазном КЗ

а) Расчёт предшествующего (нормального) режима генератора и сети
Основные соотношения представим в d,q - координатах в скалярной форме, удобной для расчёта и анализа режима. При обычно известных параметрах режима машины: Uм, Iм, cos  можно определить
, (Угол нагрузки машины)
Ud = - Uм sin м, Id = - Iм sin(м + ),
Uq = + Uм cos м, Iq = + Iм cos(м + ),
Eq = (Uq - XqId) - (Xd - Xq)Id, Eq= Uq - XdId,
Eq" = Uq - Xd" Id, Ed" = Ud + Xq" Iq , ,
Uqc = Uq + Xвш Id, Udc = Ud - Xвш Iq , ,
Ec = Uc = const,  = arc tg(-Udc /Uqc),

где Хвш – эквивалентное сопротивление связи генератора с системой в нормальном режиме. Векторная диаграмма синхронного генератора приведена на рис.3.1.

б) Расчёт тока генератора в начальный момент короткого замыкания (t=0)
При радиальной цепи: генератор - точка трёхфазного КЗ
Хвш = Хт, если КЗ на шинах ВН станции,
Хвш = 0, если КЗ на шинах генератора.
Синхронная составляющая тока статора
Iпо = Eqo /(Xd + Xвш).
Переходная составляющая тока статора
Iпo = Eqo/(Xd + Xвш).
Полный (сверхпереходный) периодический ток статора
Iпo" = Eo"/(Xd" + Xвш),
где Xd" - насыщенный параметр; Xвш = XC +XW +XT - как пример.
















3.2. Расчётные параметры процесса гашения электромагнитного поля
Различают гашение поля генератора в эксплуатационных и аварийных усло-виях. В первом случае - при ориентировке на останов блока. Во втором - при повре-ждении в генераторе или цепях трансформатор-генераторного блока, когда повреж-дённый участок цепи невозможно автоматически отключить от генератора.
Наиболее вероятные повреждения - это двухфазное КЗ и замыкание фазы на землю. Особо опасны пробои изоляции между обмоткой статора и сталью машины, так как они вызывают дуговые процессы, выгорание стали и перенапряжения. Необ-ходимо прервать или ограничить разрушительные последствия дуговых процессов. При этом следует отключить генератор или блок от сети и возможно быстрее пога-сить электромагнитное поле ротора, созданное током обмотки возбуждения.
Для гашения поля используют:
• отвод энергии поля через тиристорный преобразователь,
• разряд энергии поля на резистор,
• разряд энергии поля на дуговую решётку.
Если система возбуждения генератора - тиристорная независимая, то можно уверенно погасить поле преобразователем, переведя его из режима выпрямления в режим инвертирования. При тиристорной системе параллельного самовозбуждения - процесс гашения поля на противо-ЭДС инвертора при большом снижении напря-жения на шинах генератора становится неустойчивым, так как нарушается нормаль-ная коммутация вентилей. Разряд энергии поля на резистор в настоящее время при-меняется только в системах возбуждения синхронных двигателей. В системах воз-буждения генераторов, как правило, применяется разряд энергии поля на дуговую решётку (А/О "Электросила").

Основные аналитические соотношения
Напряжение на выводах обмотки возбуждения генератора не должно превы-шать допустимое напряжение, В, в соответствии с соотношениями
Uf доп = 0,5 Uf исп = 0,7 Uf исп ,
Uf раб < Uf доп < 10 Uf ном < 3500 B.
Напряжение на дуговой решётке не должно превышать допустимое напряже-ние, В, определяемое по выражению: Uд доп = Uf доп + Uf ном. Необходимое число пла-стин в решётке определяется по формуле: n = Uд доп / Uд,n = Uд доп / 30.
При известных параметрах возбуждения: Uf ном , If ном , – расчётные данные по-зволяют выбрать по каталогу автомат серии АГП. Если необходимо – АГП устанав-ливают в обоих полюсах цепи возбуждения.
Полное время гашения поля ротора, которое включает время, когда поле под-держивается токами двух обмоток: возбуждения и демпферной (период горения ду-ги), и время, когда поле поддерживается только током демпферной обмотки (период после погасания дуги) можно оценить по следующим соотношениям (при замкнутом на Хвш статоре), с
tгаш = t1 + t2 , , ,

где Td  Tf + T1d, N = Uг,ном / Uг,ост при Uг,ост = (150-200)В,
k = Uд /Uf ном - в соответствии с выбранным АГП.
3.3. Примеры расчётов переходных процессов
а) Трёхфазное короткое замыкание турбогенератора с тиристорной систе-мой параллельного самовозбуждения
На рис. 3.2 приведены расчётные осциллограммы токов и напряжений в цепях возбуждения и статора генератора при трёхфазном КЗ во внешней сети и форсиров-ке возбуждения. Эти осциллограммы хорошо согласуются с осциллограммами на-турных экспериментов.
б) Трёхфазное короткое замыкание турбогенератора с тиристорной незави-симой системой возбуждения
На рис. 3.3 приведены осциллограммы токов и напряжений в цепях возбужде-ния и статора при форсировке возбуждения. Как видно, кривая напряжения возбуж-дения имеет два характерных участка: быстрой форсировки (Те1 = 0,02 c) и медлен-ной предельной форсировки (Te2 = 0,2 c).









































































4. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНАЯ НАГРУЗКА

4.1. Синхронная нагрузка электростанций и промышленных подстанций

Синхронная нагрузка - это либо крупный электродвигатель, мощность которо-го может достигать 15-30 МВт (например, привод прокатного стана в системе "гиб-кого вала", привод воздуходувки доменной печи, привод центрифуги обогащения руды), либо группа электродвигателей, подключенных к общим шинам, единичная мощность которых может составлять 1-5 МВт, а групповая - 60 МВт. Группы двига-телей обычно имеют в своем составе синхронные двигатели одной серии, но бывает и смешанный состав. При анализе схем и режимов учитывают:

а) типы синхронных двигателей напряжением 6-10 кВ
Электродвигатели явнополюсные (с шихтованным ротором). К ним относятся электродвигатели серий: СДН. СДМ, СДВ (нормальные, мельничные, вентилятор-ные). Это многополюсные машины, работающие при частоте вращения роторов от 100 до 1000 об/мин. Нормированный параметр: соs(ном) = 0,9.
Электродвигатели неявнополюсные (с кованым ротором). К ним относятся электродвигатели серий: СТД, СТН, ТДС (турбодвигатели). Это двухполюсные ма-шины для привода насосов, компрессоров, воздуходувок, работающие при круговой частоте вращения роторов 3000 об/мин. У всех двигателей: соs(ном) = 0,9.

б) Механизмы с синхронным электроприводом напряжением 6-10 кВ
Шаровые и молотковые мельницы угольных ТЭС - СДМ, СДС, СДЗ;
Конвейеры транспорта угля - СДН;
Резервные питательные насосы и возбудители - СДН;
Газовые компрессоры, воздуходувки - ТДС, СТД, СТМ, СДВ, СДН;
Насосы перекачки воды и нефти - ТДС, СТД, СТН, СДН, СДНЗ, ВДС.

в) Особенности работы синхронных двигателей
Синхронные двигатели имеют высокую перегрузочную способность (Mmax/Mном = 1,6 – 1,8), весьма устойчивы при снижениях напряжения в сети, имеют опережающий коэффициент мощности, высокий КПД. Могут одинаково успешно работать как в условиях постоянной, так и резко переменной нагрузки на валу.
Основные проблемы возникают при аварийных ситуациях, например, при длительных перерывах питания или коротких замыканиях в сети, когда тяжелы ус-ловия ресинхронизации двигателя с нагрузкой на валу. Поэтому принимают все ме-ры, повышающие надёжность их питания.

г) Особенности пуска синхронного двигателя
Ненагруженный синхронный двигатель включают в сеть при отключенном АГП. При этом его обмотка возбуждения обычно замыкается на резистор, благодаря чему улучшаются пусковые характеристики двигателя, в частности, существенно ослабляется влияние одноосного расположения обмотки возбуждения. По достиже-нии подсинхронной частоты вращения ротора, при скольжении 3-5% автоматически включается АГП, двигатель возбуждается. Возникающий при этом знакоперемен-ный электромагнитный момент обеспечивает уменьшение скольжения ротора до ну-ля, а в итоге - втягивание в синхронизм. Однако самосинхронизация двигателя мо-жет быть неуспешной, если его загрузка производится слишком ускоренно.

4.2. Асинхронная нагрузка собственных нужд электростанций

На тепловых электростанциях большой и средней мощности, как правило, ус-танавливают паротурбинные агрегаты. Для обеспечения технологического процесса выдачи тепловой и электрической энергии используются асинхронные электродви-гатели напряжением 6 кВ мощностью от 250 до 8000 кВт, а также электродвигатели напряжением 0,4 кВ мощностью до 250 кВт. Отметим следующее.
а) Механизмы с асинхронным электроприводом напряжением 6,0 кВ
Насосы: питательные, циркуляционные, конденсатные, сетевые, сливные;
Вентиляторы: дымососные, дутьевые, воздуходувные; компрессоры;
Механизмы подготовки и подачи топлива: мельницы, конвейеры.

б) Особенности конструкции асинхронных двигателей
Почти все асинхронные двигатели имеют открытые пазы в ярме статора. Об-мотки статора, как правило, катушечные, двухслойные. Обмотки ротора выполня-ются стержневыми, короткозамкнутыми. Они располагаются либо в глубоких фи-гурных пазах, либо в одиночных или двойных "беличьих" клетках.

в) Учет асинхронных двигателей при расчетах токов КЗ
Каталожные данные асинхронных двигателей следует установить по спра-вочной литературе. Возможна работа с одиночными двигателями и выделенными группами двигателей. Если группа асинхронных двигателей, работающая в узле на-грузки (на общие шины), подлежит учету при расчете токов КЗ и режимов, то эту группу допустимо замещать одним эквивалентным АД, номинальная мощность ко-торого считается равной сумме номинальных мощностей замещаемых двигателей. При этом эквивалентный АД может быть представлен как типовой АД, параметры которого приведены в табл.4.1.
Таблица 4.1.
Параметры эквивалентного (типового) асинхронного двигателя
напряжением 6-10 и 0,4 кВ (по списку каталожных данных)
Uном Sном cosj η Iпуск Mпуск Mmax X’’
кВ % - - о.е. о.е. о.е. о.е.
6-10 0,9 0,883 0,946 5,39 0,98 2,26 0,182
0,4 2,5 0,880 0,890 6,50 1,20 2,40 0,170

Упрощенные выражения для определения ЭДС и начального тока КЗ
= < 1; здесь cosφо – каталожный параметр.
= / (X ″ + Xвш) – сверхпереходный, периодический ток в ветви АД.


5. СИСТЕМА ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ЕДИНИЦ

5.1. Общие положения
Любой схемный или режимный параметр П можно представить в виде отно-шения его текущего значения к номинальному значению или к некоторому базис-ному значению, как
П*(н) = П/ПНОМ, о.е., П*(б) = П/ПБ, о.е.
Связь относительных параметров очевидна. Так
П*(б) = П*(н) [ПНОМ / ПБ], о.е.
Базисные величины выбирают на основной ступени напряжения, обычно на той, где рассматривается КЗ. При этом полагают, например
SБ = 10; 100; 1000 , МВА UБ.КЗ = UСР.НОМ.КЗ , кВ.
По шкале ГОСТ значения средних номинальных напряжений составляют:
740, 515, 340, 230, 154, 115, 37 кВ – напряжения сетевых ступеней;
24, 20, 18, 15,75, 13,8 , 10,5, 6,3 кВ – напряжения генераторных ступеней.
На остальных ступенях напряжения базисные величины рассчитывают с уче-том номинальных коэффициентов трансформации трансформаторов. При этом ко-эффициенты трансформации рассматриваются направленными от основной ступени напряжения к смежным.
Если главным объектом аналитического исследования является синхронная или асинхронная машина, то независимо от наличия и расположения точки КЗ в расчетной схеме в качестве основной ступени напряжения принимают ту, на кото-рой находится машина. При этом отпадает необходимость пересчета её параметров.

Выбор и расчет базисных величин
В расчетной работе синхpонная машина (СМ) является главным объектом ис-следования, а ее схема - главным элементом pасчетной схемы. Тогда для всех ступе-ней напряжения следует принять: SБ= SНОМ.СМ , МВА.
На основной ступени напряжения (СМ) следует принять
UБ.СМ = UНОМ.СМ, кВ,
IБ.СМ = SБ /(1,73 UБ.СМ), кА,
ZБ.СМ = UБ.СМ2 /SБ, Ом.
На смежных ступенях напряжения (j) следует рассчитать
UБ,j = UБ.СМ (UНОМ,j / UНОМ.М), кВ,
IБ,j = SБ /(1,73 UБ,j), кА,
ZБ,j = UБ,j2 /SБ, Ом,
где UНОМ.М - номинальная отпайка трансформаторной обмотки, расположенной на ступени машины (м), кВ; UНОМ,j - номинальная отпайка трансформаторной обмотки, расположенной на смежной ступени (j), кВ.

Применение относительной системы единиц
В инженерной практике используют следующие расчетные формулы:
1)Для параметров режима, заданных в именованных единицах
Е*(б) = Е/UБ,
U*(б) = U/UБ,
S*(б) = S/SБ,
I*(б) = I/IБ.
Используются и обратные соотношения: I*(б)IБ = I, кА; U*(б)UБ = U, кВ.
2)Для параметров схем, заданных в именованных единицах
С: XC*(б) = XC /ZБ ,
W: XW*(б) = XW /ZБ ,
LR: XP*(б) = XP /ZБ,
Кб: XКБ*(б) = XКБ /ZБ.
3)Для параметров схем, заданных в относительных (ном) единицах
Т: XТ*(б) = (UК% /100) (SБ /SНОМ.Т) (UНОМ,j /UБ,j )2,
СМ: XСМ*(б) = ( Xd") (SБ /SНОМ.СМ) (UНОМ.СМ /UБ.СМ)2,
АД: XАД*(б) = (1/IПУСК*) (SБ /SНОМ.АД) (UНОМ.АД /UБ.АД)2.
4)Для источников энергии удобно использовать соотношение
Е*(б) = Е*(н) [UНОМ /UБ].
Каждому элементу расчетной схемы должны соответствовать базисные вели-чины той ступени напряжения, на которой находится элемент. Если для всех эле-ментов обеспечено единство базисных величин, то тем самым обеспечено их взаим-ное приведение. В дальнейшем символ относительных величин () опускается.

5.2. Методика расчета токов в разветвленной сети
Эквивалентные параметры ветвей
Преобразование схем замещения обычно сопряжено с преобразованием па-раллельных ветвей, подключенных к общим узлам схем. При этом используют ме-тод эквивалентного генератора в соответствии с теорией электрических цепей.
Эквивалентные (результирующие) параметры ветвей, примыкающих к точке трёхфазного короткого замыкания, являются параметрами радиальных ветвей. Для каждой радиальной i-ветви, содержащей эквивалентный источник энергии (который может включать в себя системы, генераторы, компенсаторы), определяют:

Ек",i; Xк,i; Rк,i – расчетные эквивалентные параметры ветви, о.е.,
Iк",i = Eк",i / Xк,i – сверхпереходный, периодический ток ветви, о.е.,
Ta,i = Xк,i / (Rк,i) – постоянная времени затухания апериодического тока, с,
Куд,i = 1 + exp(–0,01/Ta,i) – ударный коэффициент ветви,
Iуд,i = 1,41Iк",iКуд,i – ударный ток ветви КЗ, о.е.
Суммарный ток короткого замыкания
IК" = SUM (IК",i) , IУД = SUM (IУД,i) .
Примечание. Эквивалентные параметры (X,R) ветвей
определяются по схемам одинаковой конфигурации.

Учет источников энергии
С: ЕС  UСР.НОМ.С , кВ
ХС = UСР.НОМ.С / (1,73 IКЗ(3)), Ом ; XC*(б) = XC /ZБ/С ; (x/r)с = 10÷20.
СМ: Е0"  U0 + I0 Xd" sin(о), о.е. >1; Е"*(б) = Е"*(н) [UНОМ /UБ/СМ].
X2 = 2 Xd"Xq"/(Xd"+Xq"),
Ta = X2/(Rs),с (x/r)сг = 30÷80.
AD: E0"  U0 – I0 X" sin(o), о.е. <1; Е"*(б) = Е"*(н) [UНОМ /UБ/Д].
X"  UНОМ* / IПУСК* , о.е.
Ta = X"/(Rs),с (x/r)ад = 10÷15.

Учет трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов
В каталогах все трансформаторы характеризуются взаимными UК обмоток. Обычно требуется определить их собственные значения. При этом удобно исполь-зовать следующие упрощенные соотношения, % Хв Хн
ТТ, АТ: Uв = 0,5(Uв-с + Uв-н - Uс-н), В Н
Uc = 0,5(Uв-с + Uс-н - Uв-н), Хс
Uн = 0,5(Uв-н + Uс-н - Uв-с).
С Хн1
TR: Uв = 0,125 Uв-н, Н1
Uн1 = Uн2 = 1,750 Uв-н. В Хв Н2
Хн2
Т: Uk = UВ-Н. В Хт Н

Порядок расчета
Упростить расчетную электрическую схему, в зависимости от расположения расчетной точки КЗ. Следует учитывать только те цепи, в которых протекают токи КЗ. Холостые цепи не учитываются.
В упрощенной электрической схеме провести маркировку всех ступеней на-пряжения. Выбрать основную ступень, на которой следует задать базисные вели-чины, в том числе: SБ1 , UБ1 (IБ1, ZБ1 – вычисляются). На другие ступени напряжения базисные величины трансформируются. Они поочередно вычисляются на всех смежных ступенях, индуктивно связанных своими трансформаторами.
Например, SБ2 = SБ1 , UБ2 = UБ1 n Т. 2-1 (IБ2, ZБ2 – вычисляются),
SБ3 = SБ1 , UБ3 = UБ2 n Т. 3-2 (IБ3, ZБ3 – вычисляются), и т.д.
Составить схему замещения системы для ЭДС и индуктивных сопротивле-ний. Схема для активных сопротивлений принимается по умолчанию. Активные сопротивления схемы можно определить упрощенно, по формуле: R*(б) = X*(б) /(x/r).
Определить эквивалентные (результирующие) параметры схем замещения относительно ветви КЗ: ЕΣ , XΣ , RΣ . Рассчитать параметры аварийного режима:

Iк"*(б) = EΣ" / XΣ , Iк" = Iк"*(б) IБ/КЗ , кА
Ta = XΣ / (RΣ), с
Куд = 1 + exp(– 0,01/Ta) – ударный ток наступает в момент t = 0,01c.
Iуд = 1,41Iк"Куд, кА.

Примечание. На этапе проектирования электростанции, когда еще не известны номинальные ко-эффициенты трансформации трансформаторов, расчеты токов КЗ выполняют упрощенно, прини-мая: nT = UНОМ.J /UНОМ.i ≈ UСР.НОМ.J /UСР.НОМ.i ≈ UБ.J / UБ.i – с погрешностью не более 10%.

6. РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАНИЯ

6.1. Общие положения
Назначение расчетных методик
Расчётные методики в электроэнергетике необходимы для выбора и проверки электрооборудования по условиям эксплуатационных и аварийных режимов, для выбора уставок релейных защит, для прогнозирования динамических режимов электроустановок, выбора и наладки устройств регулирования и автоматики.
Варианты расчетных схем
Варианты расчетных схем приведены на рис.6.1. На схемах состав электриче-ских систем, соединение их элементов отражены упрощенно, в минимальном объе-ме. Электрические системы, как обозначено, содержат:
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 схемах отмечены точки КЗ. Короткое замыкание, возникшее в какой-либо цепи, отключается выключателями этой цепи. Все элементы электросети подключе-ны к сети и находятся под напряжением. Обобщенные нагрузки – отключены, они при расчетах токов КЗ обычно не учитываются.
Схемы замещения сети
Схемы замещения сети приведены на рис.6.2.
Они соответствуют расчетным схемам. Схемы замещения - трехлучевые, со-держащие: источник энергии − синхронную машину − цепь короткого замыкания. Параметры элементов сети должны быть приведены к основной ступени напряже-ния, к номинальным параметрам синхронной машины.
Схема замещения синхронной машины
Схема замещения синхронной машины в d,q-координатах имеет общеприня-тую структуру (см. рис.1.1), в которой учтены: магнитная система машины, обмот-ка статора, обмотка возбуждения, демпферная обмотка генератора или пусковая об-мотка двигателя. Синхронная машина должна быть представлена сверхпереходными параметрами (E",Xd" – см. рис.6.2), наиболее точно характеризующими её электро-магнитное состояние в начальный момент времени, в начальной фазе переходного процесса при коротком замыкании.
Исходные данные
Исходные данные для учета электрооборудования при расчетах токов КЗ и переходных режимов приведены в табл. 6.2 - 6.7. В таблицах приведены варианты каталожных параметров турбогенераторных блоков и электрооборудования сети.
Оформление отчета
Отчет должен содержать:
- Схему замещения генератора, расчет параметров схемы замещения, расчет нормального режима, расчетную векторную диаграмму, расчет начального тока при трехфазном КЗ генератора.
- Расчетную схему системы, определение базисных величин, схему замещения сети, расчет её параметров, преобразование схемы замещения, расчет начального периодического и ударного тока при трехфазном коротком замыкании в заданной точке схемы (см. табл.6.1).

6.2. Варианты расчетных заданий
Таблица 6.1
Вариант Номер
схемы Номер
точки КЗ Вариант Номер
схемы Номер
точки КЗ Вариант Номер
схемы Номер
точки КЗ
1 2 к6 5 1 к3 9 1 к4
2 4 к4 6 2 к4 10 3 к6
3 1 к6 7 2 к3 11 3 к3
4 4 к3 8 1 к6 12 3 к4

Вариант задания соответствует номеру учащегося по списку учебной группы.
Варианты расчетных схем приведены на рис.6.1.


СХЕМА 1
Iкз(3)
С к1 W2 к2
W1

АТ Т СМ

к3 к5
к6


к4 ТСН

СХЕМА 2
Iкз(3)
С к1 W2 к2
W1

TR T СМ
к4 к5

к3 к6
LR

ТСН

СХЕМА 3
Iкз(3)
С к1 W2 к2
W1

АТ Т СМ
к5
к3
к6


к4 ТСН

СХЕМА 4
Iкз(3)
С к1 W2 к2
W1

ТТ Т СМ
к5

к3 LR к6


к4 ТСН


Рис.6.1. Варианты расчетных схем

Ec Xc-w Xт Uг Xd E


Ic Iт Iг
Xк Iк



а) при КЗ в точках к1 ÷ к4

Ec Xc-w Xт Uг Xd E


Ic Iт Iг
Xк Iк



б) при КЗ в точках к5 и к6

Рис. 6.2. Варианты схем замещения электросети




6.3. Параметры электрооборудования

Параметры турбогенераторных блоков Таблица 6.2а
Каталожные данные турбогенераторов
Вариант
задания РНОМ UНОМ сos φ Xd Xd Xd" Uf.ном If.ном If.x
МВт кВ - о.е. о.е. о.е. В А А
1 100 10,5 0,8 1,907 0,278 0,192 296 1715 634
2 200 15,75 0,85 2,106 0,272 0,180 300 2540 920
3 200 15,75 0,85 1,840 0,295 0,190 420 1880 720
4 220 15,75 0,85 1,880 0,275 0,191 316 2680 1045
5 220 15,75 0,85 2,179 0,246 0,170 230 2870 1015
6 300 20 0,85 2,195 0,300 0,195 420 3050 1060
7 320 20 0,85 1,698 0,258 0,173 447 2900 1200
8 500 20 0,85 2,413 0,373 0,243 444 5120 1605
9 500 20 0,85 2,560 0,355 0,242 474 3530 1075
10 800 24 0,85 2,482 0,400 0,272 480 6720 2200
11 1000 24 0,90 2,820 0,382 0,269 515 7460 1960
12 1200 24 9,9 2,418 0,358 0,248 515 7530 2460





Параметры турбогенераторных блоков Таблица 6.2б
Каталожные данные турбогенераторов (продолжение)
Вариант
задания Tdo Td Td" ОКЗ XО X2 Ta J n0
с с с о.е. о.е. о.е. c кг×м2 об/мин
1 6,50 0,95 0,120 0,566 0,097 0,21 0,400 13000 3000
2 7,05 0,91 0,114 0.512 0,099 0,20 0,315 21100 3000
3 6,85 1,10 0,137 0,572 0,084 0,21 0,470 25000 3000
4 6,38 0,93 0,117 0,552 0,086 0,21 0,307 21100 3000
5 9,96 1,12 0,141 0,503 0,101 0,17 0,256 21100 3000
6 7,00 0,96 0,119 0,507 0,963 0,22 0,480 31100 3000
7 5,87 0,89 0,112 0,619 0,087 0,21 0,370 30000 3000
8 6,30 0,975 0,122 0,443 0,146 0,27 0,410 40000 3000
9 9,20 1,28 0,16 0,426 0,141 0,27 0,375 40000 3000
10 6,75 1,09 0,136 0,437 0,151 0,30 0,440 60000 3000
11 9,80 1,30 0,220 0,387 0,142 0,28 0,330 65000 3000
12 8,51 1,42 0,180 0,444 0,152 0,29 0,380 74000 3000




Таблица 6.3
Вариант
задания Трансформаторы турбогенераторов (Т)
SНОМ n UК x/r
МВА кВ/кВ % -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 125
250
250
250
250
400
400
630
630
1000
1200
1500 121/10,5
165/15,75
165/15,75
242/15,75
242/15,75
362/20
362/20
367/20
367/20
555/24
545/24
540/24 10
11
11
11
11
12
12
13
13
14
15
16 25
30
30
35
35
40
40
45
45
50
55
60







Таблица 6.4
Трансформаторы собственных нужд (ТСН)
Вариант
задания SНОМ n UК x/r
МВА кВ/кВ % -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 16
25
25
25
25
32
32
40
40
63
63
63 10,5 /6,3
15 /6,3-6,3
15 /6,3-6,3
15 /6,3-6,3
15 /6,3-6,3
20 /6,3-6,3
20 /6,3-6,3
20 /6,3-6,3
20 /6,3-6,3
24 /6,3-6,3
24 /6,3-6,3
24 /6,3-6,3 10
10,5
10,5
10,5
10,5
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7 15
20
20
20
20
22
22
25
25
27
27
27





Параметры электрооборудования сети

Таблица 6.5
Вариант
задания Линия W1 Линия W2
L Xуд X0/X1 x/r L Xуд X0/X1 x/r
км Ом /км - - км Ом /км - -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
35
50
55
50
45
85
80
105
100
150
125
135
0,43
0,42
0,41
0,40
0,41
0,35
0,36
0,35
0,36
0,30
0,29
0,30
3,3
3,4
3,5
3,4
3,5
3,2
3,3
3,4
3,5
3,4
3,3
3,2
2,1
2,5
2,6
2,7
2,8
3,1
3,3
3,5
3,8
4,2
4,3
4,5
20
25
30
25
20
40
35
30
25
60
65
55
0,43
0,42
0,41
0,40
0,41
0,35
0,36
0,35
0,36
0,30
0,29
0,30
2,2
2,3
2,4
2,3
2,3
2,1
2,2
2,3
2,4
2,3
2,2
2,1
2,1
2,5
2,6
2,7
2,8
3,1
3,4
3,6
3,8
4,2
4,3
4,5







Таблица 6.6

Вариант
задания Реактор (LR) Система (C)
UНОМ IНОМ ХР РКЗ (ф) UСР.НОМ IКЗ (3) x/r
кВ кА Ом кВт кВ кА -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
6
10
-
10
-
6
10
-
-
-
-
-
1,0
1,2
-
1,6
-
2,0
2,2
-
-
-
-
-
0,24
0,24
-
0,24
-
0,24
0,24
-
-
-
-
-
4,8
5,5
-
12,3
-
18,7
20,5
-
-
-
-
-
115
154
154
230
230
340
340
340
340
515
515
515
20
18
16
25
27
20
17
26
28
19
21
24
15
13
14
18
16
14
15
17
18
15
16
17





Таблица 6.7
Т р а н с ф о р м а т о р ы (АТ, TR, TT)
Вариант
задания Исполь-зованы SНОМ n UК, % x / r
МВA кВ/кВ в-с в-н с-н -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
TR
TT
AT
TT
AT
TR
TR
AT
AT
AT
AT
AT
40
40
250
63
400
63
63
500
500
500
800
800
115/6,6-6,6
158/38,5/11
330/158/38,5
230/38,5/11
330/230/10,5
330/6,3-6,3
330/10,5-10,5
500/330/38,5
500/330/10,5
500/330/38,5
500/230/20
500/230/38,5
-
10
11
12
9
-
-
10
10
10
12
12
10
18
54
24
60
11
11
68
68
68
40
40
-
6
42
10
48
-
-
60
60
60
24
24
22
25
40
28
43
33
33
45
45
45
50
50






Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Ульянов C.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических систе-мах. Учебник для вузов. М.: Энергия, 1970. 520 с.
2. ГОСТ 27514-87 (РФ), Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.
3. ГОСТ 50270-92 (РФ). Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до1 кВ.
4. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электро-оборудования РД. М.: МЭИ, изд-во НЦ ЭНАС, 2001. 152 с.
5. Кузнецов Ю.П. Методы расчета режимов работы электрооборудования электри-ческих станций и подстанций. Уч. пособие. М.: ЦППЭЭ МЭИ (ТУ), 2004. 69 с.


ПРИЛОЖЕНИЕ
Рабочая программа дисциплины
"Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах"

1. Содержание
1.1. Переходные процессы при трёхфазном КЗ в радиальной сети. Ударный коэффициент. Начальный периодический и ударный ток. Методика расчета перио-дического и ударного тока КЗ при сложной схеме сети.
1.2. Переходные процессы при трёхфазном КЗ в цепи синхронного генерато-ра. Характеристика основных уравнений и параметров режимов. Синхронные, пе-реходные и сверхпереходные параметры. Схемы замещения. Нормальный режим, векторная диаграмма. Примеры расчетов переходных процессов. Уравнения пер-вичного двигателя – паровой турбины. Уравнения регуляторов турбины. Уравнения тиристорного возбудителя.
1.3. Схемы диодных и тиристорных систем возбуждения. Общая характери-стика систем возбуждения. Методы гашения поля возбуждения. Перенапряжения в цепях возбуждения. Анализ процессов, защита цепей от перенапряжений.
1.4. Применение синхронных электродвигателей на электрических станциях и промышленных подстанциях. Применение асинхронных электродвигателей в системе собственных нужд электростанций. Общая характеристика используемых электродвигателей и приводных механизмов. Учет асинхронных двигателей при расчетах токов коротких замыканий.
1.5. Система относительных единиц. Основные соотношения. Расчётные схемы. Исходные данные. Расчёт базисных величин и параметров схем замещения. Порядок расчёта начального периодического и ударного тока в ветви трёхфазного короткого замыкания.

2. Индивидуальное расчетное задание
1) рассчитать параметры схемы замещения турбогенератора, нормальный режим, построить векторную диаграмму, рассчитать начальный ток генератора при трех-фазном коротком замыкании на его выводах;
2) рассчитать начальный периодический и ударный ток в ветви трехфазного корот-кого замыкания в заданной точке расчетной схемы.