Электромагнитные переходные процессы в дальних электропередачах

Министерство образования и науки Республики Казахстан Некоммерческое АО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева» Институт Электроэнергетики и электротехники Кафедра Электроэнергетических систем ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ для студентов специальности 5В071800 - Электроэнергетика 6 Лекция. Электромагнитные переходные процессы в дальних электропередачах Алматы 2021 1 Дисциплина «Переходные процессы в электроэнергетике» является одной из профилирующих для электроэнергетических специальностей. Переходные процессы возникают в электрических системах как при нормальной эксплуатации (включение и отключение нагрузок, источников питания, отдельных цепей и пр.), так и в аварийных условиях (обрыв нагруженной цепи или отдельной ее фазы, короткое замыкание, выпадение машины из синхронизма и т.д.). Изучение переходных процессов необходимо прежде всего для ясного представления причин возникновения и физической сущности этих процессов, а также для разработки практических критериев и методов их количественной оценки, с тем чтобы можно было предвидеть и заранее предотвратить опасные последствия таких процессов. Важно понимать переходные процессы, но еще важнее уметь сознательно управлять ими. При любом переходном процессе происходит в той или иной мере изменение электромагнитного состояния элементов системы и нарушение баланса между моментом на валу каждой вращающейся машины и электромагнитным моментом. В результате этого нарушения соответственно изменяются скорости вращения машин, т.е. некоторые машины испытывают торможение, в то время как другие – ускорение. Такое положение существует до тех пор, пока регулирующие устройства не восстановят нормальное состояние, если это вообще осуществимо при изменившихся условиях. Из этого следует, что переходный процесс характеризуется совокупностью электромагнитных и механических изменений в системе. Последние взаимно связаны и, по существу, представляют единое целое. 2 6 Лекция. Электромагнитные переходные процессы в дальних электропередачах Содержание лекции: особенности протяженных линиях электропередачи. переходных процессов в Цель лекции: изучение методики расчета параметров периодических свободных составляющих. Нормальные и переходные режимы электропередач большой протяженности характеризуются особенностями, которые обусловлены волновым характером распределения электромагнитной энергии и соотношением удельных параметров линии. В составе токов и напряжений электромагнитного переходного процесса появляются периодические свободные составляющие. Токи и напряжения переходного режима можно представить в виде , где (6.1) - вынужденная составляющая; апериодическая составляющие соответственно. и периодическая свободные Для обеспечения надежной работы сетей напряжения 500 кВ и выше необходимо, чтобы время действия пусковых органов основной защиты линий не превышало 0.04 с. Время затухания электромагнитных переходных процессов в линиях длиной 1000 км и выше составляет несколько десятых долей секунды, поэтому защитам приходится работать в условиях переходного процесса. Большинство современных защит реагируют на изменение параметров промышленной частоты. Для снижения влияния периодических свободных составляющих применяют специальные частотные фильтры. Но они не решают полностью проблемы отстройки, так как в составе токов и напряжений при КЗ в определенных местах длинной линии возникают периодические свободные составляющие с частотами, близкими к промышленной. Это заставляет сужать полосу пропускания фильтров, что в свою очередь 3 увеличивает время действия пусковых органов. Поэтому возникает задача выявления возможности отказа от применения фильтров. Для ее решения необходимо установить закономерность изменения параметров периодических свободных составляющих и разработать новые способы защиты, ее использующие. С этой целью расчет переходного процесса проводится волновым методом с учетом всех нелинейностей и последующим частотным разложением кривых мгновенных значений токов и напряжений, и приведением их к форме (6.1). 6.1 Метод расчета параметров периодических свободных составляющих Электромагнитные процессы в линии с распределенными параметрами описываются системой дифференциальных уравнений в частных производных: , где (6.2) - удельные параметры линии. Методы расчета электромагнитных переходных процессов можно разделить на две группы: частотные, в основе которых лежит решение системы (6.2) в форме Фурье, и волновые, в которых для решения этой системы используется форма Даламбера. Волновые методы, отличаясь простотой расчетных выражений и возможностью учета нелинейных характеристик элементов электрической системы, дают результат в виде мгновенных значений параметров переходного режима. Это делает невозможным их применение без дополнительных преобразований для оценки влияния переходного процесса на действие защиты. Частотные методы дают результат вычислений в виде суммы вынужденной и свободных составляющих, что не позволяет производить расчет в нелинейных схемах, так как эти методы базируются на принципе наложения. Особенности дальних электропередач (наличие разрядников, существенное влияние короны на параметры переходного процесса) исключают применение частотных методов из-за нелинейного характера разрядников и короны. Задача расчета параметров свободных составляющих решается методом выделения скрытых периодичностей и формулируется следующим образом. На конечном интервале (- L, L) задана функция X(t), которая может быть 4 представлена непрерывной записью (графиком или таблично) в виде совокупности значений в дискретные моменты времени. Любой процесс, изображаемый функцией X(t), можно описать суммой двух составляющих: где - непериодический процесс (помеха); - сумма периодических компонентов, скрытых процессе x(t), которая определяется по формуле ( - независимые соответственно). амплитуды, фазы i-х гармоник, в частоты В большинстве случаев принимается, что процесс X(t) - полигармонический: Задача расчета параметров скрытых периодичностей сводится к определению параметров и может ставиться как задача нахождения таких преобразований, которым надо подвергнуть исходную функцию X(t) для вычисления параметров периодических компонент. Задача исследования влияния электромагнитных переходных процессов на действие защиты требует определения всех параметров периодических компонент, поэтому для расчета свободных составляющих выбран метод, использующий свойства взаимной корреляции между исследуемой функцией Х(t) и детерминированной функцией 5 , где - постоянная величина; - переменная круговая частота, выбираемая из условий равенства частоте, которая находится в результате преобразования; - фаза, независимая от Выражение функциями и где для взаимно-корреляционной имеет вид - весовая функция, причем функции , если 0 < t > , и <0> 6 между = 0, если