Материал: Moy_kursovoy_proekt

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление −13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

Электромеханические переходные процессы

«ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»

Томск – 2019

Оглавление

Введение 3

1. Расчет статической устойчивости двухмашинной энергосистемы 8

2. Расчет предельного угла и времени отключения короткого замыкания для одномашинной системы 20

3. Расчет устойчивости динамического перехода системы 31

4. Обоснование мероприятий по повышению статической устойчивости системы 42

Заключение 44

Список использованной литературы 45

Введение

Переходные режимы разделяют на нормальные (эксплуатационные) и аварийные. В любых переходных процессах происходят закономерные последовательные изменения параметров режима системы от момента возмущения до начала установившегося режима.

Нормальные переходные процессы сопровождают текущую эксплуатацию системы и связаны в основном с изменениями нагрузки и реакцией на них регулирующих устройств. Строго неизменного режима в системе не существует и, говоря об установившемся режиме, имеют ввиду режим малых возмущений. Малые возмущения не должны вызывать нарушения устойчивости системы, или иначе говоря не должны приводить к прогрессивно возрастающему изменению параметров ее исходного режима. Способность системы возвращаться к устойчивому режиму или к режиму, близкому к нему при малых возмущениях называется статической устойчивостью.

Аварийные переходные процессы возникают при резких изменениях режима. К ним относятся короткие замыкания в системе с последующим их отключением, а также случайные (аварийные) отключения агрегатов или ЛЭП, несущих значительные нагрузки, т.е. большие возмущающие воздействия на систему. Такие воздействия приводят к значительным отклонениям режима от исходного состояния

Аварии, связанные с нарушениями устойчивости параллельной работы в крупных электроэнергетических системах, влекут за собой расстройство электроснабжения больших районов и городов. Ликвидация таких аварий и восстановление нормальных условий работы электрических систем представляют большие трудности и требуют много времени и внимания диспетчера и остального дежурного персонала. При сравнительно небольшом числе аварий, вызывающих нарушение устойчивости, наибольший аварийный недоотпуск энергии падает именно на этот вид аварий.

Тяжелые последствия таких аварий заставляют уделять значительное внимание вопросам увеличения устойчивости как при проектировании электрических станций и сетей, так и в эксплуатации. Проблема устойчивости наложила глубокий отпечаток на схемы коммутации, режимы работы и параметры оборудования электрических систем. Здесь можно указать на применение быстродействующих выключателей, релейной защиты (использование систем автоматического регулирования возбуждения генераторов, систем противоаварийной автоматики), а также проведение других мероприятий, которые способствовали резкому уменьшению аварийности в электрических системах.

Исключительно велико значение проблемы устойчивости при передаче энергии на большие расстояния. Можно утверждать, что устойчивость систем является основным фактором, ограничивающим дальность передачи энергии переменным током.

В проблеме устойчивости следует различать статическую и динамическую устойчивость, расчет и анализ которой производится в данной курсовой работе.

Под статической устойчивостью,понимают способность системы самостоятельно восстановить исходный режим работы при малом возмущении. То обстоятельство, что система сохраняет статическую устойчивость в установившемся режиме работы, еще не позволяет утверждать, что она окажется устойчивой и при резких внезапных нарушениях режима ее работы, подобных короткому замыканию, отключению генераторов и т.д. Эта сторона проблемы должна быть исследована самостоятельно и затрагивать круг вопросов, относящихся к так называемой динамической устойчивости электрических систем.

Таким образом, если в исследовании статической устойчивости приходится иметь дело с бесконечно малыми возмущениями рабочего режима работы системы (перерастающими в выпадение из синхронизма при неустойчивости системы), то предметом исследования динамической устойчивости являются значительные возмущения, причем существенное значение приобретают самый характер и размеры возмущения.

Задание

1. Расчет статической устойчивости двухмашинной энергосистемы

Для заданной двухмашинной электрической системы (рисунок 1) построить угловые характеристики мощности, определить пределы передаваемой мощности от станции «А» и «Б», коэффициенты запаса статической устойчивости обеих станций в исходном режиме, относительный угол между ЭДС (δ_12пред), соответствующий пределу статической апериодической устойчивости. Расчеты выполнить для двух случаев:

1) генераторы станций «А» и «Б» снабжены регуляторами пропорционального действия;

2) генераторы станций «А» и «Б» снабжены регуляторами сильного действия.

2. Расчет предельного угла и времени отключения кз для одномашинной системы

Для станции «А», работающей на шины неизменного напряжения и частоты (U_н = const, ω = const), рассчитать предельные по условию сохранения динамической устойчивости угол и время отключения двухфазного КЗ на землю, происходящего на одной из цепей ЛЭП на расстоянии от начала.

3. Расчет устойчивости динамического перехода системы

Для станции «А», работающей на шины неизменного напряжения и частоты (U_н = const, ω = const), провести расчет и оценить устойчивость динамического перехода при следующих условиях: одна из цепей ЛЭП находится в ремонте, а в заданной точке рабочей цепи ЛЭП происходит однофазное КЗ на землю, которое отключается через Δt_кз = 0,2 с и далее с интервалом Δt = 0,4 с после отключения КЗ происходит успешное ОАПВ ранее поврежденной фазы.

4. Обоснование мероприятий по повышению статической устойчивости системы (исследовательская часть)

Обосновать мероприятия, повышающие предел передаваемой мощности по условиям статической устойчивости на 20% для станции «А» (снабженной регуляторами сильного действия), работающей через одноцепную ЛЭП на шины неизменного напряжения и частоты (U_н = const, ω = const).

Примечания:

1) Активными сопротивлениями генераторов, трансформаторов и ЛЭП пренебречь.

2) Действие АРВ учесть приближенно: для АРВ пропорционального типа генераторы вводятся в схему замещения как E' =const и X_Г = X'_d, для АРВ сильного действия – U_Г =const и X_Г = 0.

3) Нагрузку учесть приближенно, заменив ее сопротивлением Z_Н=R_Н+jX_Н.

4) Принять погонное индуктивное сопротивление прямой последовательности ЛЭП X₁ = 0,4 Ом/км.

В схеме нулевой последовательности принять:

– для одной цепи ЛЭП X₀ = 3,5 X₁;

– взаимное индуктивное сопротивление нулевой последовательности между цепями ЛЭП X_M = 3∙0,66 X₁ (при КЗ на двухцепной ЛЭП).

5) На шинах нагрузки в исходном режиме принять U_Н = 110 кВ, cosφ₀=0,97 для всех соединений.

Исходные данные

Рисунок 1 – Однолинейная схема исследуемой системы

Таблица 1 – Параметры элементов системы

Таблица 2 – Параметры элементов системы

Таблица 3 – Параметры элементов системы

Таблица 4 – Параметры элементов системы

1. Расчет статической устойчивости двухмашинной энергосистемы

Расчет будем вести в относительных единицах. Обозначим римскими цифрами ступени трансформации.

Рисунок 2 – Однолинейная схема исследуемой системы

В качестве базисного напряжения выбираем напряжения на нагрузке Un=110 кВ

Для базисной мощности Sb целесообразно принимать число кратное номинальной мощности либо просто круглое число, что бы было легко оперировать (1000 МВА, 100 МВА и т.д.). Поэтому выбираем Sb = 1000 МВА.

Таким образом, напряжения первой ступени:

Чтобы определить напряжения в других ступенях (продвигаясь от основной ступени) нужно напряжения текущей ступени разделить на напряжение обмотки стороны трансформатора обернутой к основной ступени, и умножить на напряжения противоположной стороны. При этом нужно помнить, что генераторы присоединяются к трансформаторам со стороны обмоток низкого напряжения.

1. Рассчитываем напряжения для ступеней:

1.1. Расчет параметров схемы при арв пропорционального действия

Рисуем схему замещения без трансформаторных связей. В схеме не будем учитывать активных сопротивлений (кроме нагрузки) и будем считать, что генераторы снабжены АРВ ПД. Это означает, что генераторы прежставляются как ЭДС за переходным сопротивлением.

Рисунок 3 – Схема замещения энергосистемы

Рассчитываем параметры схемы замещения:

1) Вычисляем сопротивления генераторов Г1, Г2. Они однотипны и находятся во второй ступени, а Г3 – в третьей ступени:

2) Вычисляем сопротивление трансформаторов и линии:

Далее выполняются упрощения схемы.

Предварительно введя новые обозначения для ЭДС станции А - Е1, а для ЭДС станции В - Е2.

Рисунок 4 – Эквивалентная схема энергосистемы

3) Находим результирующее сопротивление:

и рисуем схему замещения:

Рисунок 5 – Эквивалентная схема энергосистемы

4) Определяем сопротивления нагрузки. На нагрузку работают 3 генератора. Находим мощность нагрузки в относительных единицах:

Находим угол нагрузки: