Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах - файл n1.doc

Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах
Скачать все файлы (2131.2 kb.)

Доступные файлы (7):
n1.doc2266kb.09.04.2010 14:47скачать
n2.cdw
n3.jpg360kb.09.04.2010 10:19скачать
n4.frw
n5.jpg47kb.06.04.2010 12:14скачать
n6.frw
n7.jpg119kb.06.04.2010 12:14скачать

n1.doc



Центр подготовки и переподготовки

специалистов в области электроэнергетики

Московского энергетического института

(ЦППЭ МЭИ)

Расчетное задание
по дисциплине: Электромагнитные переходные процессы

в электроэнергетических системах

Выполнила

Герасимова Ольга Владиславовна


МОСКВА – 2010 г.

С О Д Е Р Ж А Н И Е








1

Индивидуальное расчетное задание













2

Исходные данные













3

I Этап выполнения расчетного задания




3.1

Расчет параметров схемы замещения генератора




3.2

Расчет нормального режима




3.3

Расчет начального тока при трехфазном КЗ генератора













4.

II Этап выполнения расчетного задания




4.1

Схема замещения сети




4.2

Расчет параметров схемы замещения




4.3

Расчет начального периодического и ударного тока при трехфазном коротком замыкании в заданной точке схемы
















ЛИТЕРАТУРА







ПРИЛОЖЕНИЕ





1 Индивидуальное расчетное задание
1) рассчитать параметры схемы замещения турбогенератора, нормальный режим, построить векторную диаграмму, рассчитать начальный ток генератора при трехфазном коротком замыкании на его выводах;

2) рассчитать начальный периодический и ударный ток в ветви трехфазного короткого замыкания в заданной точке расчетной схемы.
2 Исходные данные
Параметры электрооборудования даны в таблицах 2.1-2.3
Таблица 2.1 Параметры турбогенераторных блоков

РНОМ

UНОМ

сos ?

Xd

Xd'

Xd"

Uf.ном

If.ном

If.x

МВт

кВ

-

о.е.

о.е.

о.е.

В

А

А

200

15,75

0,85

2,106

0,272

0,180

300

2540

920

Tdo

Td'

Td"

ОКЗ



X2

Ta

J

n0

с

с

с

о.е.

о.е.

о.е.

c

кгЧм2

об/мин

7,05

0,91

0,114

0.512

0,099

0,20

0,315

21100

3000


Таблица 2.2

Трансформаторы турбогенераторов (Т)

SНОМ

n

UК

x/r

МВА

кВ/кВ

%

-

250

165/15,75

11

30


Таблица 2.3

Трансформаторы собственных нужд (ТСН)

SНОМ

n

UК

x/r

МВА

кВ/кВ

%

-

25

15 /6,3-6,3

10,5

20


Параметры электрооборудования сети даны в таблицах 2.4-2.6
Таблица 2.4

Линия W1

Линия W2

L

Xуд

X0/X1

x/r

L

Xуд

X0/X1

x/r

км

Ом /км

-

-

км

Ом /км

-

-

50

0,42

3,4

2,5

25

0,42

2,3

2,5


Таблица 2.5

Реактор (LR)

Система (C)

UНОМ

IНОМ

ХР

РКЗ (ф)

UСР.НОМ

IКЗ (3)

x/r

кВ

кА

Ом

кВт

кВ

кА

-

10

1,2

0,24

5,5

154

18

13


Таблица 2.6

Т р а н с ф о р м а т о р ы (АТ, TR, TT)

Использованы

SНОМ

n

UК, %

x / r

МВA

кВ/кВ

в-с

в-н

с-н

-

TT

40

158/38,5/11

10

18

6

25


Вариант расчетной схемы приведены на рис.2.1. На схеме состав электрической системы:

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 схеме отмечена точка КЗ. Короткое замыкание, возникшее в какой-либо цепи, отключается выключателями этой цепи. Все элементы электросети подключены к сети и находятся под напряжением. Обобщенные нагрузки – отключены, они при расчетах токов КЗ обычно не учитываются.


Рисунок 2.1 Расчетная схема

3.1 Расчет параметров схемы замещения генератора
Расчет ненасыщенных индуктивных сопротивлений

При определении сопротивления рассеяния статорной обмотки можно использовать примерное соотношение: хdўў » хе , так как АО «Электросила» вполне обоснованно полагает, что переходное состояние синхронной машины характеризуется почти полным вытеснением электромагнитных полей в области рассеяния. Полагаем, что и обратное соотношение: хе » хdўў ? справедливо, а хdўў ? обычно известно, приводится в каталогах.

Погрешность расчета при отсутствии учета явнополюсности генераторов составляет 3%, что позволяет принимать а расчетах для всех видов машин xd» xq

Сопротивления взаимоиндукции обмоток статора и ротора по ортогональным d, q – осям определим без учета насыщения магнитопровода, по формулам:

хad = хd – хе = 2,106 – 0,180=1,926 о.е.

хaq = xq – xе = 2,106 – 0,180=1,926 о.е.

Полное индуктивное сопротивление обмотки возбуждения, о.е.



Как известно, для демпферных контуров турбогенераторов допустимо принять:

х1d = хf =2,023 о.е.

х1q = х1d=2,023 о.е.

Сопротивления рассеяния обмотки возбуждения и демпферных контуров по d,q-осям, о.е.

хs f = хf – хad = 2,023 – 1,926=0,097 о.е.

хs1d = x1d – xad = 2,023 – 1,926=0,097 о.е.

хs1q = x1q – xaq = 2,023 – 1,926=0,097 о.е.
Расчет насыщенных индуктивных сопротивлений

Сопротивление рассеяния статорной обмотки определим с учетом вытеснения электромагнитных полей и насыщения стали в пазовых и зубцовых зонах в переходных режимах. Для этого, относительно обмотки статора определим эквивалентные сопротивления параллельных ветвей в схемах замещения синхронной машины, а именно:

- ветви взаимоиндукции контуров ротора и статора,

- ветви обмотки возбуждения,

- ветви демпферной обмотки.

Нужные эквиваленты параллельных ветвей обозначим, как






При известном каталожном значении хdўў вычислим насыщенное сопротивление рассеяния обмотки статора, учитывая наличие роторных контуров, о.е.

хs = xdўў - хmrdўў = 0,180 – 0,047 = 0,133 о.е.

Насыщенные синхронные параметры по продольной и поперечной осям:

хd = хs + xad = 0,133+1,926 = 2,059 о.е.

хq = xs + xaq = 0,133+1,926 = 2,059 о.е.

Индуктивности контуров ротора при коротком замыкании в цепях статора синхронной машины изменяются незначительно, поэтому

xf = xs f + xad = 0,097+1,926 = 2,023 о.е.

x1d = xs1d + xad = 0,097+1,926 = 2,023 о.е.

x1q = xs1q + xaq = 0,097+1,926 = 2,023 о.е.

Соответственно, можно определить значения эквивалентных насыщенных переходных и сверхпереходных параметров синхронной машины, о.е.







Примечание. По данным АО «Электросила» для большинства турбогенераторов имеет место соотношение: хs » (0,7 ч 0,8)хе, и оно может служить индикатором правильного вычисления параметров по изложенной методике.

хs » (0,7 ч 0,8)0,180»0,126ч0,144
Расчет активного сопротивления обмотки возбуждения
Если каталожный параметр Rf15 известен, то его следует привести к температуре 75 оС, Ом

Rf75 = Rf15 .

Если каталожный параметр Rf15 неизвестен, то можно использовать соотношение, Ом

.
Активное сопротивление обмотки возбуждения, о.е., приведенное к статору (при номинальных базисных условиях машины), следует вычислить по формуле

,

хdненасыщенный параметр.


Расчет электромагнитных постоянных времени
Используем широко известное, упрощенное соотношение для постоянных времени контуров при разомкнутом статоре машины

Tdo » Tfo + T1do » 7,05с

Постоянную времени обмотки возбуждения (без учёта влияния демпферного контура), Tfo, можно определить по формуле, с



Тогда постоянная времени демпферного контура (без учёта влияния обмотки возбуждения), T1do, вычисляется, как

T1do » Tdo - Tfo » 7,05 – 5,238 » 1,812 с

Вычисленное значение T1do позволяет определить активное сопротивление демпферных контуров, о.е.:



Для турбомашин с гладким ротором допустимо принять:

R1q = R1d = 0,0036 о.е.

При расчётах постоянных времени контуров при замкнутом статоре допустимо использовать следующее упрощенное соотношение

Td » Tf + T1d = 0,572+0,196=0,768с

Порядок вычислений составляющих следующий (при Хвш = 0)



Xs fў = Xs f + Xadў = 0,097 + 0,124=0,221 о.е.

Xs1dў = Xs1d + Xadў = 0,097 + 0,124 =0,221 о.е.







.

Расчет сопротивлений
Сопротивление обратной последовательности (насыщенное значение):



Активное сопротивление обмотки статора

, о.е. или



Расчёт электромеханической постоянной времени

Применительно к вращающимся массам турбоагрегата (жёстко сцепленным

роторам генератора и турбины) справедливо выражение, с



Для паровых турбоагрегатов: Tj = 5 ч 10 с.


Результаты расчета параметров схемы замещения генератора

Rs

Xs

Xad

Xaq

Rf

X?f

R1d

X?1d

TJ

o.e.

o.e.

o.e.

o.e.

o.e.

o.e.

o.e.

o.e.

c

0,0020

0,133

1,926

1,926

0,00123

0,221

0,0036

0,221

6,313



3.2 Расчёт 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 = -1 sin 40 = -0,643 о.е

Id = - Iм sin(м + )= -1 sin(40+32)=-0,951 о.е
Uq = + Uм cos м = 1 cos40 = 0,766 о.е

Iq = + Iм cos(м + )= 1 cos(40+32) = 0,309 о.е
Eq=(Uq - XqId -(Xd - Xq)Id=(0,766–2,059(-0,951))–(2,059–2,059(-0,951)=2,724о.е

Eq'= Uq - Xd'Id = 0,766– 0,225  (-0,951) = 0,980 о.е

Eq" = Uq - Xd" Id = 0,766 – 0,180 (-0,951) = 0,937 о.е
Ed" = Ud + Xq" Iq = -0,643+0,2250,309 = -0,573 о.е
о.е
Uqc = Uq + Xвш Id = 0,766 + 0,53 (-0,951) = 0,262 о.е
Udc = Ud - Xвш Iq = -0,643– 0,530,309=-0,807 о.е
о.е
Ec = Uc = const
= arc tg(-Udc /Uqc) = arc tg(0,807/0,262 )= 72°


где Хвш – эквивалентное сопротивление связи генератора с системой в нормальном режиме.

Векторная диаграмма синхронного генератора приведена на рис.3.2.



Рис.3.2 Векторная диаграмма синхронного генератора


3.3 Расчёт тока генератора в начальный момент короткого замыкания

При радиальной цепи: генератор - точка трёхфазного КЗ
Хвш =Zвшsin = 1  sin32=0,53

Синхронная составляющая тока статора


Переходная составляющая тока статора


Полный (сверхпереходный) периодический ток статора



где Xd" - насыщенный параметр
4 II Этап выполнения расчетного задания
Определение базисных величин
В расчетной работе синхpонная машина (СМ) является главным объектом исследования, а ее схема - главным элементом pасчетной схемы. Тогда для всех ступеней 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.
I Ступень
UБ.СМ = UНОМ.СМ = 15,75кВ





II Ступень







IIIСтупень







4.1 Схема замещения сети



Рисунок 4.1 Схема замещения сети

4.2 Расчет параметров схемы замещения

Учет источников энергии:

С:

ЕС  UСР.НОМ.С  154 кВ








СМ:

Е0"  U0 + I0 Xd" sin(о)=1+10,1030,85=1,09 о.е. >1






W:







TТ:

Uв = 0,5(Uв-с + Uв-н - Uс-н)=0,5(10+18-6)=11%

Uс = 0,5(Uв-с + Uс-н - Uв-н)=0,5(10+6-18)=-1%










Т:

Uk = UВ-Н=11%




4.3 Преобразование схемы замещения



X*2(б)= X*1(б)+ X*см(б)=0,103+0,180=0,183о.е.



X*3(б)= X*В(б)+ X*Н(б)=0,593+0,054=0,647о.е.

X*(б)= X*эк+ X*3(б)=0,077+0,647=0,724 о.е.
4.4 Расчет начального периодического и ударного тока при трехфазном коротком замыкании в заданной точке схемы


Iко(3)=I*ко(б)I(б)III=1,3543,37=4,56 кА
Определение ударного тока

Iуд = 1,41IкоКуд=1,414,561,78=11,44 кА

Куд= 1 + exp(–0,01/Ta)=1+е-1,075=0,0093
Определяем R



R*2= R*T+ R*СМ=3,43+0,002=3,432



R*3= R+ R=0,024+0,00216=0,02616

R*= R*эк+ R*3=1,694+0,02616=1,720




Л И Т Е Р А Т У Р А


  1. Ульянов C.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. Учебник для вузов. М.: Энергия, 1970. 520 с.

  1. ГОСТ 27514-87 (РФ), Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.

  2. ГОСТ 50270-92 (РФ). Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до1 кВ.

  3. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования РД. М.: МЭИ, изд-во НЦ ЭНАС, 2001. 152 с.

  4. Кузнецов Ю.П. Методы расчета режимов работы электрооборудования электрических станций и подстанций. Уч. пособие. М.: ЦППЭЭ МЭИ(ТУ), 2004.69с.



Приложение


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.

хdўў

– сверхпереходное сопротивление (насыщенное значение), о.е.

хdў

– 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

Тdў

– переходная постоянная времени изменения магнитного потока замкнутого статора

(постоянная времени изменения переходной составляющей тока статора), с

Тdўў

– 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 тЧм2

nо

– номинальное число оборотов ротора (вала) в минуту, об/мин

wс

– синхронная круговая частота вращения трехфазного электромагнитного поля, 314 рад/с


Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации