Динамическая устойчивость энергосистемы

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Реферат

Пояснительная записка содержит 21 страницы, 6 таблиц, 14 рисунков, 3 источников литературы, в которой подробно расписана методика расчёта, которая использовалась в данной работе.

Объект исследования: система электропередачи.

Цель работы: получить навыки расчёта электромеханических переходных процессов в системе электропередачи, рассчитать предельное снижение напряжения на шинах асинхронного двигателя, оценить статическую и динамическую устойчивость системы.

Содержание

  • Введение
  • Исходные данные
  • 1. Рассчитать предел передаваемой мощности генератора Г-1 в систему при нормальном режиме работы
  • 2. Рассчитать аварийный и послеаварийный режимы работы системы
  • 2.1 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при однофазном коротком замыкании в точке К-1
  • 2.2 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при трёхфазном коротком замыкание в точке К-2
  • 3. Рассчитать предельное снижение напряжения на шинах асинхронного двигателя
  • Заключение
  • Список используемой литературы

Введение

Устойчивость энергосистемы — это способность ее возвращаться в исходное состояние при малых или значительных возмущениях. По аналогии с механической системой установившийся режим энергосистемы можно трактовать как равновесное положение ее.

Параллельная работа генераторов электрических станций, входящих в энергосистему, отличается от работы генераторов на одной станции наличием линий электропередачи, связывающих эти станции. Сопротивления линий электропередачи уменьшают снихронизирующую мощность генераторов и затрудняют их параллельную работу. Кроме того, отклонения от нормального режима работы системы, которые происходят при отключениях, коротких замыканиях, внезапном сбросе или набросе нагрузки, также могут привести к нарушению устойчивости, что является одной из наиболее тяжелых: аварий, приводящей к перерыву электроснабжения потребителей Поэтому изучение проблемы устойчивости очень важно, особенно применительно к линиям электропередачи переменным током. Различают два вида устойчивости: статическую и динамическую.

Статической устойчивостью называют способность системы самостоятельно восстановить исходный режим при малых и медленно происходящих возмущениях, например при постепенном незначительном увеличении или уменьшении нагрузки.

Динамическая устойчивость энергосистемы характеризует способность системы сохранять синхронизм после внезапных и резких изменений параметров режима или при авариях в системе (коротких замыканиях, отключений часта генераторов, линий или трансформаторов). После таких внезапных нарушений нормальной работы в системе возникает переходный процесс, по окончании которого вновь должен наступить установившийся послеаварийный режим работы.

Именно такие внезапные нарушения в работе СЭС приводят к тяжелым экономическим последствия для населения и промышленных объектов.

Современная энергетика уделяет очень большое внимание борьбе с авариями на линиях, короткими замыканиями, большой вклад делает еще на стадии проектировании СЭС городов и предприятий.

Исходные данные

Схема для расчёта представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема системы электропередачи

Исходные данные для расчёта первой и второй задачи принимаем по таблице в соответствии с номером варианта.

Технические данные трансформаторов:

Тип транс

форматора

,

МВА

Пределы регулиро

вания, %

, кВ

обмоток

, %

,

кВт

,

кВт

,

%

В

Н

ТДЦ-250 000/110

250

-

110

13. 8; 15. 75; 18

10,5

640

200

0. 5

ТДЦ-630 000/110

630

-

110

20

10. 5

900

320

0. 45

Параметры двухцепной воздушной линии электропередачи

Марка провода

,

Ом/км

,

Ом/км

,

Ом/км

,

Ом/км

,

Ом/км

,

Ом/км

Длина

l, км

U, кВ

АС-330

0. 107

0. 367

0. 382

0. 330

1. 389

0. 931

300

110

Рисунок 2 — Схема системы для расчёта предельного снижения напряжения на шинах асинхронного двигателя

Исходные данные для расчёта третьей задачи принимаем ниже по таблице в соответствии с номером варианта.

Технические данные асинхронного электродвигателя

Тип

Номинальные данные

Пусковые характеристики

P,

кВт

I,

А

N, об/мин

,

%

, кг*м2

U, кВ

n0, об/мин

ДАЗО 17−39−8/10

500

61. 5

741

91. 0

0. 85

5. 2

0. 65

2. 1

288

6

741

Параметры КЛ:

Тип провода

Длина l, км

х0, Ом/км

АПвВ 1*300

0,035

0,099

1. Рассчитать предел передаваемой мощности генератора Г-1 в систему при нормальном режиме работы

Составляем схему замещения системы, которая представлена на рис. 1 и рассчитываем индуктивные сопротивления всех элементов:

Рисунок 3 — Схема замещения системы

индуктивное сопротивлении задано,

индуктивное сопротивление трансформаторов:

Ом,

Ом,

индуктивное сопротивление ЛЭП:

Ом.

Все сопротивления схемы замещения приводятся к номинальному напряжению генератора. Сопротивление трансформаторов:

Ом,

Ом,

сопротивление ЛЭП:

Ом.

Определяем суммарное сопротивление системы:

Ом.

Рассчитываем номинальную реактивную мощность генератора:

МВАр,

Определяем приближённое значение синхронной ЭДС генератора:

кВ.

Определяем предел передаваемой мощности генератора в систему:

МВт.

Определяем значение коэффициента запаса статической устойчивости:

.

По данным расчёта строим векторную диаграмму.

Рисунок 4 — Векторная диаграмма

Изменяя значения угла от 0 до 180 град., рассчитываем соответствующие значения мощности отдаваемой генератором в систему по формуле:

Результаты расчёта заносим в таблицу 3.

Таблица 3

, град

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

, МВт

0

162

312,5

442

541

603,7

625

603,7

541

442

312,5

162

0

Рисунок 5 — Угловая характеристика мощности

Система является статически устойчивой, так как коэффициент запаса больше 20%. И предел передаваемой мощности генератора в систему достигается при угле д = 900.

2. Рассчитать аварийный и послеаварийный режимы работы системы

Рассчитываем режимы по очереди.

2.1 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при однофазном коротком замыкании в точке К-1

2.1.1 Нормальный режим

Расчёт нормального режима проведён в задаче 1.

2.1.2 Аварийный режим

Составляем схему замещения системы при однофазном КЗ

Рисунок 6 — Схема замещения для аварийного режима при однофазном КЗ

Суммарное сопротивление КЗ Х? при однофазном коротком замыкании равно сумме сопротивлению обратной последовательности и сопротивлению нулевой последовательности.

Преобразуем схему замещения системы при однофазном КЗ из соединения «звезда» в соединение «треугольник» со сторонами Х1, Х2, Х3.

Сопротивление Х2 и Х3 могут быть отброшены, т.к. поток мощности отдаваемый генератором в сеть не проходит через эти сопротивления.

Рисунок 7 — Преобразованная схема замещения

Определим суммарное сопротивлении системы:

Хd?II = ,

Где X?=X2?+X0? - шунт несимметричного КЗ, который включается между началом и концом схемы прямой и обратной последовательности.

Определяем индуктивное сопротивление нулевой последовательности Х0?:

Ом.

Определим индуктивное сопротивление обратной последовательности X2?

X2? = 3 Ом

Определяем сопротивления шунта КЗ X?:

X?=X2?+X0? = 3 +0,097 = 3,097 Ом

Определяем суммарное сопротивлении системы:

Хd?II = 20,2 + 0,1 + 3,5 +0,04 + = 47Ом.

Определяем предел передаваемой мощности генератора в систему:

МВт.

Изменяя значения угла от 0 до 180 град., рассчитываем соответствующие значения мощности отдаваемой генератором в систему по формуле:

Результаты расчёта заносим в таблицу 4.

Таблица 4

, град

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

, МВт

0

81,3

157

222,3

271,9

303,3

314

303,3

271,9

222,3

157

81,3

0

2.1.3 Послеаварийный режим

Составляем схему замещения системы для послеаварийного режима.

Рисунок 8 — Схема замещения для послеаварийного режима при однофазном КЗ

Послеаварийный режим определяется отключением одной цепи ЛЭП, после чего сопротивление изменяется:

Ом.

Определяем суммарное сопротивлении системы:

Ом.

Определяем предел передаваемой мощности генератора в систему:

МВт.

Рассчитываем значение углов:

,

.

Находим предельный угол отключения КЗ доткл:

.

Рассчитываем предельное время отключения КЗ:

.

Выбираем соответствующие уставки срабатывания устройств РЗА:

? Тоткл = +

Поскольку линия имеет защиту, то через некоторое время она отключится выключателями. Следовательно, выбираем элегазовый выключатель серии ВГБЭ-35 — 110 с временем отключения = 0,07 с. Также должно быть предусмотрены устройства релейной защиты от КЗ. Выбираем токовое реле РТ-40 с временем уставки = 0,08 с.

Время действия релейной защиты определяется:

= + = 0,07 + 0,08 = 0,15 с,

Находим время отключения КЗ:

Тоткл = 0,07 + 0,15 = 0,22 с.

0,29? 0,22, что удовлетворяет условию? Тоткл

Изменяя значения угла от 0 до 180 град., рассчитываем соответствующие значения мощности отдаваемой генератором в систему по формуле:

Таблица 5

Результаты расчёта заносим в таблицу 5.

,

град

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

,

МВт

0

140

270. 5

382. 5

468. 5

522. 6

541

522. 6

468. 5

382. 5

270. 5

140

0

Строим в одной координатной плоскости угловые характеристики мощности в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах, на графике указываем значение мощности турбины Р0. С учётом рассчитанного значения предельного угла отключения КЗ доткл на графике строим площади ускорения и торможения.

Рисунок 9 — График угловых характеристик мощностей и площади ускорения и торможения при однофазном КЗ

Для определения динамической устойчивости системы при однофазном КЗ необходимо рассмотреть площади ускорение Fуск и торможения Fторм. Условием для динамической устойчивости системы является неравенство: Fуск? Fторм. Невооруженным глазом видно по графику угловой характеристики, что площадь ускорения на порядок больше площади торможения, значит система не является динамически устойчивой. Следовательно, накопленная кинетическая энергия не успевает превратиться в потенциальную, в результате скорость вращения ротора и угол д будут расти и генератор выпадет из синхронизма. Для определения статической устойчивости системы необходимо найти коэффициент запаса. Вычислив коэффициент запаса, можно сделать вывод, что система является статически устойчивой, так как.

2.2 Расчёт аварийного и послеаварийного режима при трёхфазном коротком замыкание в точке К-2

2.2.1 Нормальный режим

Расчёт нормального режима проведён в задаче 1.

2.2.2 Аварийный режим

Составляем схему замещения системы при трёхфазном КЗ

Рисунок 10 — Схема замещения системы при трёхфазном КЗ

При трёхфазном КЗ в точке К-2 взаимное сопротивление схемы становится бесконечно большим, т.к. сопротивление шунта КЗ Х? (3) = 0. При этом характеристика мощности аварийного режима совпадает с осью абсцисс.

2.2.3 Послеаварийный режим

Схема замещения при трехфазном коротком замыкании и и расчет послеаварийного режима аналогичем послеаварийному режиму, приведенному в п. 2.1. 3

Рассчитываем значение углов:

,

.

Находим предельный угол отключения КЗ доткл:

.

Рассчитываем предельное время отключения КЗ:

.

Выбираем соответствующие уставки срабатывания устройств РЗА:

? Тоткл = +

Поскольку линия имеет защиту, то через некоторое время она отключится выключателями. Следовательно, выбираем элегазовый выключатель серии

ВГТ — 110 с временем отключения = 0,055 с. Также должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от КЗ. Выбираем токовое реле РТ-40 с временем уставки = 0,05 с.

Время действия релейной защиты определяется:

= + = 0,005 + 0,05 = 0,055 с,

Находим время отключения КЗ:

Тоткл = 0,055 + 0,055 = 0,11 с.

0,17? 0,11, что удовлетворяет условию? Тоткл

Строим в одной координатной плоскости угловые характеристики мощности в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах, на графике указываем значение мощности турбины Р0. С учётом рассчитанного значения предельного угла отключения КЗ доткл на графике строим площади ускорения и торможения.

Рисунок 11 — График угловых характеристик мощностей и площади ускорения и торможения при трёхфазном КЗ

Для определения динамической устойчивости системы при однофазном КЗ необходимо рассмотреть площади ускорение Fуск и торможения Fторм. Условием для динамической устойчивости системы является неравенство: Fуск? Fторм. Невооруженным глазом видно по графику угловой характеристики, что площадь ускорения на порядок больше площади торможения, значит система не является динамически устойчивой. Следовательно, накопленная кинетическая энергия не успевает превратиться в потенциальную, в результате скорость вращения ротора и угол д будут расти и генератор выпадет из синхронизма. Для определения статической устойчивости системы необходимо найти коэффициент запаса. Вычислив коэффициент запаса, можно сделать вывод, что система является статически устойчивой, так как.

3. Рассчитать предельное снижение напряжения на шинах асинхронного двигателя

Рассчитываем параметры элементов электропередачи и параметры нагрузки, приведённые к базисному напряжению Uб = 6 кВ и базисной мощности:

Sб = SАД ном = ,

Сопротивление линии:

10-4

Индуктивное сопротивление рассеяния магнитной цепи двигателя:

Определяем активную мощность потребляемая в исходном режиме двигателя:

Находим активное сопротивление ротора двигателя в исходном режиме (упрощенная схема замещения асинхронного двигателя):

0,05 = ,

0,0392 +0,05• = ,

произведём замену на х и получим:

0,05х2 — х + 0,0392 = 0;

Д = в2 — 4ас = 12 — 4•0,05•0,0392 = 0,99 216;

х1 =;

х2 =

Выбираем наибольший из корней уравнения и получаем:

= 19,96.

Определяем реактивную мощность, потребляемую в исходном режиме двигателем:

=

Определяем напряжение на шинах системы в исходном режиме:

= =1,где =.

Определяем напряжение на шинах системы, при котором происходит затормаживание двигателя:

= = 0,71.

Определяем запас статической устойчивости двигателя по напряжению:

= • = 29%.

Для построения механической характеристики М = f (S) по уравнению

М =, необходимо произвести следующий расчёт:

Определяем номинальную частоту вращения ротора:

nном = n0• (1 — Sном) = 741• (1−0,01) = 734 об/мин.

Находим критическое скольжение:

Sкр = Sном•(5° +) = 0,01• (2,1 +) = 0,039.

Определяем номинальный и максимальный (критический) моменты двигателя:

Мном = = Н•м,

Мmax = 5° • Мном = 2,1•6505,3 = 13 661, 4 Н•м.

Для построения механической характеристики воспользуемся формулой Клосса:

М = =

Задавшись различными значениями скольжения S, найдём соответствующие им значения момента М. Результаты расчёта занесем в таблицу 6.

Таблица 6

S

M, Н•м

0

0

0,01

6648

0,039

13 661

0,06

12 419

0,08

10 589

0,1

9262

0,2

5126

0,3

3502

0,4

2642

0,5

2118

0,6

1763

0,7

1518

0,8

1332

0,9

1150

1

1064

По данным таблицы 6 строим график М = f (S):

Рисунок 12 — График механической характеристики асинхронного двигателя

Система является статически устойчивой, так как коэффициент запаса двигателя по напряжению больше 20%

Заключение

После выполнения данной курсовой работы были отработаны и закреплены теоретические знания, приобретенные в течение семестра по расчету различных видов КЗ; проверки системы на статическую и динамическую устойчивать; построения угловых характеристик мощности и механической характеристики асинхронных.

Научился выполнять анализ системы на устойчивость, рассчитывать режимы работы системы до, после, и во время различных видов КЗ.

Можно сделать вывод, что расчет электромеханических переходных процессов занимает одну из значимых позиций по расчету и проектировании различных простых и сложных систем энергоснабжения.

Список используемой литературы

1. Куликов Ю. А. Переходные процессы в электрических системах: Учеб. пособие. — Новосибирск: НГТУ, М.: Мир: ООО «Издательство АСТ», 2008. -

283 с.

2. Боровиков В. Н. и др. Электроэнергетические системы и сети — Москва: Метроиздат., 2010. — 356 с.

3. Аполлонов А. А. Расчет и проектирование релейной защиты и автоматики — С. — Петербург, 2009 г. — 159 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой