Мероприятия по повышению устойчивости электрических систем

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 15 Лекция. Мероприятия по повышению устойчивости электрических систем 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 15 Лекция. Мероприятия по повышению устойчивости электрических систем Содержание лекции: электрических систем. мероприятия по повышению устойчивости Цель лекции: изучение мероприятий, повышающих надежность и устойчивость электрических систем. Повысить уровень устойчивости электрической системы можно изменением параметров ее элементов, параметров ее режима или введением дополнительных устройств. При этом необходимо учитывать следующие условия и ограничения: - изменение параметров основных элементов не должно приводить к ухудшению нормального режима работы системы и его экономичности; - применение устройств для улучшения устойчивости должно сопровождаться сопоставлением его стоимости и ущерба от нарушения того вида устойчивости, для которого оно предназначено. При выборе мероприятия по повышению устойчивости необходима технико-экономическая оценка предлагаемого варианта. 15.1 Мероприятия электрической системы по улучшению параметров элементов Генераторы. Параметры генераторов оказывают существенное влияние как на статическую, так и на динамическую устойчивость. При использовании на генераторах АРВ с зоной нечуствительности на статическую устойчивость влияет синхронное индуктивное сопротивление Хd, на динамическую – переходное сопротивление Хd' и постоянная инерции Tj, Постоянная инерции постоянная инерции существенно влияет на динамическую устойчивость генератора. Чем больше Tj («тяжелее» машина), тем медленнее изменяется скорость ее ротора под действием избыточного момента. Это увеличивает предельно допустимое время существования аварийного режима, повышая устойчивость системы. Регулирование возбуждения синхронной машины может рассматриваться как средство улучшения ее параметров. Регуляторы сильного действия генератора с высокими потолками тока возбуждения в сочетании с дополнительными устройствами по повышению динамической устойчивости позволяют отказаться от уменьшения индуктивных сопротивлений. Появляется возможность 3 применять генераторы с Хd = 1,5 – 2,0 и Хd' = 0,3 – 0,4 и снижать постоянную инерции, уменьшая вес машины и снижая ее стоимость. Выключатели. Быстрое отключение КЗ имеет решающее значение для улучшения динамической устойчивости. Время отключения КЗ складывается из собственного времени выключателя tв и времени действия релейной защиты: Тоткл = tв + tрз . Уменьшение времени отключения КЗ увеличивает запас динамической устойчивости. Линии электропередачи. Параметры линий и их номинальное напряжение оказывают существенное влияние на устойчивость системы. Индуктивное сопротивление линии может быть снижено расщеплением проводов, применяемым с целью уменьшения потерь на корону. Расщепление фазы на три провода (ВЛ 500 кВ) уменьшает реактивное сопротивление линии на 25 – 30 %. Уменьшить индуктивное сопротивление линии можно, применяя продольную (емкостную) компенсацию реактивного сопротивления ВЛ, которая осуществляется последовательным включением в линию статических конденсаторов. При этом эквивалентное сопротивление линии определиться как Хэкв = х0L – Хс. Чем больше сопротивление конденсаторов Хс, тем выше степень компенсации параметров линии и выше предел передаваемой мощности электропередачи, в состав которой входит компенсированная линия. Для повышения пропускной способности дальних электропередач применяются промежуточные синхронные компенсаторы и управляемые конденсаторы. 15.2 Дополнительные устройства для повышения устойчивости Сопротивления, включенные в нейтраль трансформатора. Если сеть с глухозаземленной нейтралью заземлить через небольшое сопротивление, не повышающее напряжение на нейтрали, то условия работы изоляции не изменяются, а динамическая устойчивость системы при несимметричных КЗ 4 улучшится. Рассмотрим несимметричное КЗ в электропередаче, схема которой показана на рисунке 15.1. Рисунок 15.1 Схема замещения нулевой последовательности с учетом активных сопротивлений приведена на рисунке 15.2. Из нее следует, что активные сопротивления увеличивают суммарное сопротивление нулевой последовательности: . Рисунок 15.2 Вследствие этого увеличивается и сопротивление шунта КЗ: . Тогда взаимное сопротивление схемы прямой последовательности (см. рисунок 15.3) уменьшится. Это вызовет возрастание амплитуды характеристики мощности аварийного режима (см. характеристику II на рисунке 13.5), что в свою 5 очередь уменьшит площадь ускорения abcd. Уменьшение площади ускорения приводит к увеличению коэффициента запаса динамической устойчивости. Рисунок 15.3 Электрическое торможение генераторов используется для повышения устойчивости при симметричных КЗ. Генератор, ротор которого ускоряется из-за какого-либо возмущения, тормозится активными сопротивлениями, включаемыми последовательно или параллельно (см. рисунок 16.4). а б Рисунок 15.4 Регулирование турбин. Небаланс мощности, возникающий при возмущении генератора, может быть уменьшен или полностью скомпенсирован снижением мощности турбины. Если бы регуляторы турбины были безынерционны, т.е. могли мгновенно реагировать на изменение электрической мощности, то возможность нарушения динамической устойчивости была бы исключена. Однако обычные регуляторы турбин являются инерционными системами со значительной зоной нечувствительности. При качаниях генераторов они не реагируют на изменение скорости. Кроме того, необходимо иметь в виду, что быстрое прекращение впуска энергоносителя приводит к гидравлическому удару 6 (в случае гидротурбины) или расширению пара в объемах между регулирующим клапаном и первым рядом сопел паровой турбины. Эти явления вызывают дополнительное механическое усилие в системе регулирования. Большими возможностями регулирования обладают газовые турбины, у которых удается быстро изменять механическую мощность при синхронных качаниях генераторов. 7 Список литературы 1 Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. – М.: Энергия, 1970. 2. Ульянов С.А. Сборник задач по электромагнитным переходным процессам в электрических системах. – М.: Энергия,1968. 3. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. - М.: Высшая школа, 1978. 4. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем / Под ред. Жукова В.А. – М.: Энергоатомиздат,1979. 5. Электроэнергетические системы в примерах и иллюстрациях / Под ред. Веникова В.А. – М.: Энергоатомиздат,1983. 6. Переходные процессы электрических систем в примерах и иллюстрациях: Уч. пособие. Под ред. В.А. Строева. – М., 1996. 7. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах: учеб.пособие для вузов/ М-во образ. РФ. Новосибирский ГТУ. – Новосибирск – Москва: НГТУ, Мир, АСТ, 2003 8