Электропередачи при расчетах динамической устойчивости

Короткие замыкания в электрических системах - это наиболее тяжелый вид аварии, когда происходит нарушение синхронной работы генераторов. Поэтому расчеты динамической устойчивости часто выполняют для случаев различных видов коротких замыканий.

Расчеты динамической устойчивости имеют целью определить предельное время отключения короткого замыкания (к.з.), а также временные уставки релейной защиты. Кроме того, определяется предельная передаваемая мощность по линии согласно условиям динамической устойчивости.

Наиболее тяжелым является трехфазное к.з. на шинах генератора (электрической станции), когда нарушается связь с системой и передача активной мощности в систему оказывается невозможной. При несимметричных к.з. имеется некоторая возможность передачи активной мощности в систему. Расчетным короткого замыкания принимается двухфазное к.з. на землю. Остальные виды коротких замыканий при расчетах динамической устойчивости принимают исходя из конкретных условий.

При исследовании устойчивости при несимметричных к.з. используют метод симметричных составляющих. Известно, что в точке короткого замыкания токи и напряжения содержат составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей. Токи обратной последовательности (рис. 4.1, а), протекающие в обмотке статора генератора, создают знакопеременный вращающий момент, близкий к нулю.

Токи нулевой последовательности при к.з. на стороне высокого напряжения (рис. 4.1, а) замыкаются на землю через заземленную нейтраль трансформатора Т, в генератор не попадают и момента на валу не создают.

Рис. 4.1. Схема исследуемой системы:

а) расчетная схема, б) схема замещения

Таким образом, при несимметричных к.з. оказывается возможным не считаться с возникновением моментов, связанных с токами обратной и нулевой последовательностей. Эти токи в аварийном режиме учитываются косвенно, как факторы, влияющие на токи прямой последовательности . В этой связи схема замещения электрической системы при аварийном режиме (короткое замыкание), при расчетах динамической устойчивости, представляет собой схему замещения нормального (предаварийного) режима, то есть схему замещения прямой последовательности, плюс аварийный шунт, включенный в точку к.з. (точка ), величина сопротивления которого зависит от вида короткого замыкания (рис. 4.1, б).

Схемы замещения аварийных шунтов при различных видах к.з. показаны на рис. 4.2. Величины сопротивлений шунтов определяют по выражениям:

· при трехфазном к.з. ;

· при двухфазном замыкании на землю ;

· при двухфазном к.з. ;

· при однофазном к.з. .

Рис. 4.2. Схемы замещения аварийных шунтов:

а) трехфазное к.з.; б) двухфазное к.з. на землю;

в) двухфазное к.з.; г) однофазное к.з.

Индуктивные сопротивления и представляют собой эквивалентные сопротивления обратной и нулевой последовательностей системы, рассчитанные относительно точки короткого замыкания .

При определении схемы замещения генератора в аварийном режиме (короткое замыкание) нужно иметь в виду, что в этом случае имеет место переходный процесс и параметры схемы замещения будут отличаться от стационарного режима. При коротком замыкании в замкнутых контурах обмоток генератора возникают свободные токи. В первый момент свободные токи уравновешивают поток реакции статора, и он вытесняется из ротора. Это снижает реактивное сопротивление синхронной машины до . ЭДС , обусловленная результирующим потокосцеплением обмотки возбуждения в первый момент остается неизменной (рис. 4.3, а). Если пренебречь апериодической составляющей тока статора и периодической составляющей тока ротора (обмотки возбуждения), то приближенно можно считать, что и в первый момент изменяются мгновенно (рис. 4.3, а, б, в). После первого момента нарушения режима свободный ток начинает затухать с постоянной времени , а вместе с ним уменьшаются ЭДС и . - постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутом статоре. Для различных машин = (5¸8) с.

Рис. 4.3. Переходный процесс при коротком замыкании

в простейшей системе: а) векторная диаграмма ЭДС и токов,

б) изменение тока возбуждения, в) изменение ЭДС

Таким образом, постоянная времени значительно превосходит период качаний ротора (0,6-0,8) с и поэтому в приближенных расчетах устойчивости можно пренебречь затуханием переходной ЭДС за первый полупериод колебаний ротора и принять = . Это позволяет для синхронных генераторов представлять схему замещения с за индуктивным сопротивлением .

В качестве мощности, выдаваемой генератором в сеть, используют динамическую характеристику (2.29). Вычисление величины сложно и в расчетах принимаются и опускают второе слагаемое в (2.29), то есть мощность генератора во время аварии определяют по (2.32), а величину - по (2.11). Следует заметить, что угол , в отличие от угла , не является пространственной координатой ротора, но в практических расчетах это не учитывается.

Рассмотренная выше схемы замещения генератора при расчетах динамической устойчивости для простейшей системы может быть использована и для сложных (многомашинных) электрических систем.