Виды и особенности электромагнитных переходных процессов в электроэнергетической системе

Электромагнитные переходные процессы в ЭЭС Лекция № 1 автор – к.т.н., доцент СамГТУ, кафедра АЭЭС Сенько ВВ стр. 1 Лекция 1. Виды и особенности электромагнитных переходных процессов в электроэнергетической системе Введение Курс «Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах» является одним из профилирующих при обучении бакалавров по по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника». Состояние системы в любой момент времени называется режимом. Параметры режима: напряжение, мощность и т. п. – связаны между собой параметрами системы: сопротивления (активное, индуктивное, емкостное), ЭДС источников, постоянные времени – определяются физическими свойствами элементов. При переходе от одного режима к другому возникает переходный процесс (ПП). Переходный процесс в ЭЭС - это процесс перехода от одного установившегося режима к другому. ПП возникает в электроэнергетических системах, как при нормальной эксплуатации (включение и отключение нагрузок, цепей и т.д.), так и в аварийных ситуациях - таких как: короткие замыкания, выпадение генератора из синхронизма, лавинные процессы в системе и др. 1.1. Классификация переходных процессов При любом ПП происходит изменение электромагнитного состояния элементов системы и нарушение баланса между механическим моментом на валу каждой вращающейся машины и ее электромагнитным моментом. В результате этого нарушения соответственно изменяются скорости вращения машин, т.к. некоторые машины испытывают торможения, в то время, как другие - ускорение. Такое положение существует до тех пор, пока регулирующие устройства не восстановят нормальное состояние, если это возможно. Таким образом, переходные процессы характеризуются совокупностью электромагнитных и механических изменений в системе. Тем не менее благодаря большой инеpционной массе вращающихся машин начальная стадия ПП (0,1-0,2 сек.) характеризуется преимущественно электромагнитными изменениями. При относительно малых возмущениях (например, при коротком замыкании за большим сопротивлением) весь переходный процесс практически можно рассматривать только как электромагнитный. Сложилась следующая классификация переходных процессов в ЭЭС:  электромагнитные переходные процессы (расчеты коротких замыканий и обрывов); Электромагнитные переходные процессы в ЭЭС Лекция № 1 автор – к.т.н., доцент СамГТУ, кафедра АЭЭС Сенько ВВ стр. 2  электромеханические переходные процессы (анализ сохранения устой- чивой работы системы после аварий);  волновые переходные процессы (переходные процессы в длинных линиях). Из всего многообразия электромагнитных переходных процессов в ЭЭС наиболее распространенными являются процессы, вызванные:  включением и отключением двигателей и других приемников электроэнергии;  коротким замыканием в системе, а также повторным включением и отключением (одновременным или каскадным) короткозамкнутой цепи;  возникновением местной несимметрии в системе (например, отключение одной фазы линии передачи);  действием форсировки возбуждения синхронных машин, а также их развозбуждением (т. е. гашением их магнитного поля);  несинхронным включением синхронных 'машин. 1.2. Виды коротких замыканий и их последствия Коротким замыканием (КЗ) называют всякое, непредусмотренное нормальными условиями работы, замыкание между фазами, а в системах с заземленной нейтpалью, замыкание одной или нескольких фаз на землю или нулевой провод. 1. Трехфазное КЗ, когда все три фазы замыкаются между собой или на землю. В системе с заземленной нейтpалью, согласно статистическим исследованиям трехфазные составляют 5% от общего числа КЗ и повреждений. 2. Двухфазное - 10%. Электромагнитные переходные процессы в ЭЭС Лекция № 1 автор – к.т.н., доцент СамГТУ, кафедра АЭЭС Сенько ВВ стр. 3 3. Двухфазное на землю - 20%. 4. Однофазное на землю - 65%. Трёхфазное замыкания относят к симметричному, все остальные виды КЗ – к несимметричным. Если в месте КЗ нет хорошего контакта, то возникает горение электрической дуги, а замыкание называют неметаллическим. Если контакт есть и горение отсутствует, то такой вид КЗ называется металлическим. Короткие замыкания могут самоликвидиpоваться. Существуют специальный вид автоматики, называемый автоматическим повторным включением (АПВ), который применяют на линиях электропередач. Причинами КЗ являются:  механические повреждения электрооборудования;  воздействием природных катаклизмов и чрезвычайных ситуа- ций на промышленных объектах; Электромагнитные переходные процессы в ЭЭС Лекция № 1 автор – к.т.н., доцент СамГТУ, кафедра АЭЭС Сенько ВВ стр. 4  старение и разрушение материала изоляции;  пробой изоляции из-за перенапряжения;  перекрытие токоведущих частей животными и птицами;  ошибки персонала при проведении переключений. Перенапряжения различают: - коммутационные (включение, отключение нагрузок и т.д.); - грозовые. Неблагоприятные следствия КЗ: 1. Многократное увеличение протекающих токов и недопустимые перегревы токоведущих частей за счет потери мощности: P  I 2  r в результате которого оборудование может выйти из строя. 2. Механические перенапряжения в токоведущих частях могут привести к механическому разрушению электроустановки. 3. Понижение напряжения у потребителя приводит к нарушению технологических режимов и, даже, к остановке производства. 4. Неблагоприятное влияние на линии связи. 5. Нарушение устойчивой работы энергосистемы в целом может привести к системным авариям, которые наносят большой ущерб. Расчеты токов КЗ ведутся при решении следующих задач: 1. Выбор схем электpопpисоединений. 2. Выбор аппаратуры и шинопpоводов. 3. Расчет релейной защиты. 4. Выбор защитных сооружений (заземлений). 5. Анализ произошедших аварий. 6. Проведение различных испытаний электрооборудования и дp. Электромагнитные переходные процессы в ЭЭС Лекция № 1 автор – к.т.н., доцент СамГТУ, кафедра АЭЭС Сенько ВВ стр. 5 1.3. Основные допущения и расчетные условия Для упрощения математической модели в большинстве практических методов расчета симметричных коротких замыканий необходимо принять несколько допущений. Ниже перечислен их список. 1. Линеаризация нелинейных систем. V Ifm If В доаваpийных режимах генераторы работают на нелинейной части характеристики намагничивания. При аварии их напряжения снижаются и оказываются на линейной части характеристики, поэтому можно без заметной погрешности не учитывать насыщение магнитных систем. 2. Пренебрегают токами намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов. Это значительно упрощает их схему замещения. 3. Вводят сохранение симметрии трехфазной системы. 4. Пренебрегают поперечными параметрами линий. 5. Производят приближенный учет нагрузки. Ее учитывают в виде некоторой эквивалентной ЭДС за сопротивлением (чаще индуктивным). 6. Скорости вращающихся машин считаются неизменными. В зависимости от решаемых задач принимаются разные расчетные условия. Например, при выборе выключателей за основу берется самое тяжелое КЗ при самых неблагоприятных условиях. Напротив, при расчете уставок минимальной токовой защиты за основу берется самое легкое КЗ.