Розрахунок перехідного процесу у синхронному генераторі при раптовому КЗ у статорному колі

Лабораторна робота №3

Мета роботи ― отримати практичні навички моделювання перехідних процесів у синхронному генераторі, що працює паралельно з системою, шляхом розв’язання повних рівнянь Парка – Горева на персональному комп'ютері (ПК), дослідити характер зміни вільних складових струмів статора та ротора при раптовому трифазному КЗ у статорному колі та обґрунтувати на основі цих досліджень можливість аналітичного (без комп’ютера) розрахунку періодичної складової струму короткого замикання для довільного моменту часу.

ПРОГРАМА РОБОТИ

Використовуючи програму PPSMW, розрахувати на ПК процес раптового короткого замикання у колі статора синхронного генератора, автоматичний регулятор збудження (АРЗ) якого відключений. Основні технічні характеристики турбогенераторів та зовнішньої системи наведені у таблицях 1, 2. Зрівняти результати моделювання на ПК та аналітичного розрахунку значень періодичної складової струму КЗ. Дослідити вплив форсування збудження на характер зміни у часі та значення у кінці перехідного процесу періодичної складової струму КЗ, вважаючи, що при форсуванні збудження напруга на обмотці збудження миттєво зростає до граничного значення при кратності граничної напруги збудження K_Uf = 2.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Ознайомитися з алгоритмом та інструкцією до програми PPSMW розрахунку перехідних процесів у синхронних машинах, що працюють паралельно з системою, шляхом розв’язання повних рівнянь Парка – Горєва на ПК.

2. Розрахувати параметри синхронного генератора, необхідні для моделювання перехідного процесу по повним рівняннями Парка – Горєва згідно з заданим варіантом і табл.1, 2: r _S; r _f; r _1d; x _σf; x _σ1d; x _ad; T _j (див. метод. вказівки по розрахунку параметрів синхронних машин, параметрів нормального попереднього режиму роботи та початкових умов).

3. Побудувати векторну діаграму синхронного генератора для нормального попереднього режиму роботи, вважаючи що напруга на виводах генератора та струм у фазах статора у цьому режимі дорівнюють значенням, наведеним у таблиці 1, а cosφ = cosφ_ном . (див. додаток Б. У векторній діаграмі усі величини виражаються у відносних одиницях при номінальних умовах. Масштаб для U _Г|0| , I _|0| прийняти рівним: 1 в.о. = 100 мм.

Із векторної діаграми визначити параметри нормального попереднього режиму: E _{q |0|} ; E ^'' _|0| ; E _{c |0|} ; ξ _|0| ; φ^' _|0| ; δ _|0|, ; E _{cq |0|} ; E _{cd |0|} ; і _{d |0|} ; і _{q |0|} ; E ''_q0| ; E ''_{d |0|} ; E ^'_{q |0|} .

Розрахувати початкові умови ― початкові значення усіх потокозчеплень: Ψ_d|0|; Ψ_q|0|; Ψ_f|0|; Ψ_{1q |0|} ; Ψ_{1d |0|} , початкове ковзання s _|0| = 0 та початковий кут між вектором ЕРС системи E _{c |0|} та поперечною віссю ротора генератора ― δ _|0| , який слід виразити у радіанах (див. метод. вказівки по розрахунку параметрів синхронних машин, параметрів нормального попереднього режиму роботи та початкових умов).

4. Для трифазного КЗ на шинах системи (E _c0 = 0) розрахувати аналітичним методом діючі значення періодичної складової струму КЗ для моментів часу 0; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 1; 2; 3; 4; 5 с.(див. метод. вказівки до аналітичного методу розрахунку діючого значення періодичної складової струму КЗ у радіальній розрахунковій схемі в довільний момент часу). Результати розрахунків значень періодичної складової струму статора та окремих її складових представити у виді таблиці.

Таблиця 2

Діючі значення періодичної складової струму статора та окремих її складових

t c	I ^”dсвt в.о.	I ^’dсвt в.о.	I dпt в.о.	I qпt в.о.	I пt в.о.
0.05
...

Пункти 1…4 виконуються студентами при підготовці до лабораторної роботи, ці матеріали представляються кожним студентом викладачу перед початком роботи.

Таблиця 3

Основні технічні характеристики турбогенераторів та зовнішньої системи

Номер варіанта	Тип	P ном, МВт	cosφном	U ном, кВ	I ном, кА	Uf ном, В	If ном, А	If хх, А	Маховий момент агрегату GD Σ^2, тм^2	Індуктивний опір системи x C, в.о.	Попередній режим генератора
U Г|0| , в.о.	I |0|, в.о.
	Т-6-2		0,8	10,5	0,412				2,6	0,05
	Т-12-2		0,8	10,5	0,825				5,20	0,05		0,8
	ТВС-32		0,8	10,5	2,2				19,4	0,05		0,8
	ТВФ-63-2		0,8	10,5	4,33				19,4	0,05		0,7
	ТВФ-100-2		0,8	10,5	6,875				31,7	0,105
	ТГВ-200-2		0,85	15,75	8,625					0,105

Таблиця 4

Індуктивні опори турбогенераторів у відносних одиницях, зведені до номінальних параметрів, та сталі часу у секундах

Номер варіанта	Тип	x d, в.о.	x 'd, в.о.	x ''d, в.о.	x ^''q в.о.	x 2 , в.о.	x σ, в.о.	T d0, с	T ' d, с	T ''d, с	T a, с
	Т-6-2	1,71	0,172	0,119	0,124	0,145	0,1015	7,26	0,726	0,091	0,132
	Т-12-2	2,07	0,2	0,131	0,136	0,16	0,112	7,9	0,76	0,095	0,171
	ТВС-32	2,65	0,26	0,153	0,157	0,187	0,1309	10,4	1,01	0,126	0,212
	ТВФ-63-2	2,2	0,224	0,139	0,143	0,22	0,121	8,7	1,09	0,14	0,24
	ТВФ-100-2	1,92	0,278	0,191	0,197	0,234	0,167	6,5	0,9	0,12	0,4
	ТГВ-200-2	1,86	0,31	0,204	0,215	0,249	0,167	6,8	1,1	0,14	0,43

Синхронна частота обертання ротора турбогенераторів n_н = 3000 об/хв; кратність граничної напруги збудження k_Uf = 2.

5. Увійти у програму PPSMW, для чого слід здійснити подвійне клацання, коли стрілка покажчика миші знаходиться на файлі PPSMW.exe у відповідній папці.

6. Ввести вихідні дані.

Вихідні дані можна вводити трьома способами:

1) У головному меню клацнути команду Файл та під команду Новий. У вікні Взвод/Корректировка данных, яке при цьому відкривається, за допомогою показувача миші у виді стрілки та поодинокого клацання активізуються поля: Синхронная машина, Возбудитель, Механизм, Система, Время и шаг, Начальные условия. У відповідні поля введення вносяться необхідні вихідні дані.

2) Вибрати команду головного меню Файл / Открыть, і вказати ім'я файла з вихідними даними, а потім ― команду Данные. Ввод/ Корректировка. У вікні Ввод/Корректировка данных, яке при цьому відкривається, можна ввести чи скоректувати вихідні дані.

3) Клацнути кнопку۷ ― Ввод/ Корректировка і далі діяти, як вказано вище.

Слід пам’ятати, що:

при активізації поля Синхронная машина

▪ у поля x _s , x _f, x _1d вводяться значення індуктивних опорів розсіювання відповідно обмоток статора, збудження та демпферної обмотки по поздовжній осі при малих ковзаннях() синхронного генератора;

▪ у поле R 0 слід ввести значення активного опору демпферної обмотки по поздовжній осі, таке ж, що і в поле R1d;

▪ x _aq = x _ad , оскільки розглядається перехідний процес у турбогенераторі – неявнополюсній синхронній машині;

при активізації поля Возбудитель у поле Uf вводиться напруга на обмотці збудження, виражена у відносних одиницях при базисній напрузі збудження, що дорівнює напрузі збудження холостого ходу, при цьому ;

при активізації поля Механизм у поля М с0 та М с вводиться відносне значення моменту турбіни, який приймається рівним відносному від’ємному (це є особливістю програми) значенню активної потужності, яку генератор віддавав у систему у попередньому режимі: ;

при активізації поля Система у поле Е _с вводиться нуль (Е _с = 0), оскільки розглядається режим трифазного КЗ на шинах системи;

при активізації поля Время и шаг вводиться час початку перехідного процесу Т = 0; і час закінчення розрахунку Т 1 = 5 с; шаг виводу результатів Н 1 =0,001 с (при повторному розрахунку значення Т = 0 слід ввести заново).

Введення вихідних даних закінчується введенням початкових умов, для чого активізується поле Начальные условия та вводяться у наступній послідовності: ; ; ; ; ; ; . Після введення початкових умов слід клацнути кнопку Ok.

7. Виконати розрахунок, для чого у головному меню клацнути команди Расчет/Этапа і проглянути його результати у текстовому файлі ppsmw.out, який автоматично відкривається після закінчення розрахунку. Слід звернути увагу на найбільше та найменше миттєві відносні значення модуля узагальненого вектора струму статора (Is) у початковій стадії перехідного процесу КЗ. Їх напівсума повинна бути близькою до початкового діючого значення періодичної складової струму КЗ, а відносне значення модуля узагальненого вектора струму статора (Is) у момент часу T = 5 с, коли перехідний процес практично закінчився, близьким до усталеного струму КЗ, розрахованих аналітично (див. п.4). Слід перевірити також, що миттєве відносне значення струму збудження (If) у початковий момент КЗ (T =0) дорівнює його значенню у попередньому режимі, найденому із векторної діаграми у п.4. Близьким до нього повинно бути відносне значення струму збудження If у момент часу T = 5 с, оскільки регулятор АРЗ відключений. Після дозволу викладача слід закрити файл ppsmw.out. У панелі діалогу, що з’являється після його закриття, слід клацнути кнопку Отмена.

8. Проглянути графіки характеру зміни у часі основних параметрів режиму, для чого у головному меню програми вибрати команди Результат/ Графический анализ.

9. Побудувати залежності зміни у часі відносного значення модуля узагальненого вектора струму статора Is = f (t) та відносного значення струму збудження If = f (t).

Криві зміни струму статора і збудження побудувати на окремих листах формату А4.

Для побудови залежності Is = f (t) в інтервалі часу 0…5 с слід:

1) у вікні Графический анализ шляхом зняття прапорців у нижній частині вікна залишити тільки цю залежність;

2) за допомогою переміщення графіка при натиснутій правій кнопці миші, коли її покажчик знаходиться у полі графіка, добитися щоб нулі по осям абсцис і ординат поєднувалися у одній точці ― початку координатних осей, одночасно переконатися у тому, що увесь графік поміщається у вікні, при необхідності змінити масштаб;

3) натиснути кнопку Сохранить график как ^*.emf файл (рисунок) і виконати дії по збереженню файлу під оригінальним іменем у папці PPSMW;

4) натиснути кнопку Копировать график в буфер обмена;

5) відкрити текстовий редактор Word; створити файл для графіків;

6) виконати команди Вставка/Рисунок/Из файла, знайти і вставити збережений графік у верхній половині листа, відкоригувати та підписати його;

На цей же лист в його нижню половину слід вставити залежність Is = f (t) у початковій стадії перехідного процесу в інтервалі часу 0…0,5 с. Для цього у вікні Графический анализ програми PPSMW покажчик миші у виді стрілки слід розташувати у верхньому лівому куту графіка, натиснути ліву кнопку миші і, не відпускаючи її, переміщати покажчик миші вниз нижче осі абсцис і праворуч до позначення моменту часу 0,5 с. Частина графіка, для якої масштаб часу буде перетворений, автоматично відмічається білими лініями. Перетворення графіка відбувається після того, як ліва кнопка миші буде відпущена. Далі слід виконати дії, такі ж, що вказано вище. Аналогічно на другому листі формату А4 будуються залежності струму збудження If = f (t) в інтервалі часу 0…5 с та 0…0,5 с.

Збудовані графіки слід роздрукувати.

10. На роздрукованих графіках Is = f (t) та If = f (t) виділити періодичну складову струму статора та аперіодичну складову струму збудження. На графіку Is = f (t), побудованому для інтервалу часу 0…0,5 с, слід провести пунктирні лінії, що огинають максимальні та мінімальні значення струму і для окремих моментів часу знаходити значення періодичної складової струму як напівсуму . Виділену залежність від часу у інтервалі 0…0,5 с слід нанести на роздрукований графік для інтервалу часу 0…5 с, і на ньому продовжити процес виділення. Слід пам’ятати, що у програмі PPSMW виводяться значення модуля узагальненого вектора струму статора у системі координат d, q, 0, що обертається зі швидкістю ротора, тому періодична складова струму статора у цій системі координат виглядає як аперіодична і, навпаки, аперіодична ― як періодична. Як видно з графіку, аперіодична складова струму статора через 2 с з початку перехідного процесу КЗ практично затухає, тому у інтервалі 2…5 с значення повного струму і періодичної складової збігаються, і необхідність в виділенні відпадає. На графіках If = f (t) слід також провести пунктирні лінії, що огинають максимальні та мінімальні значення струму, і виділити аперіодичну складову струму збудження.

11. На окремому листі побудувати дві криві зміни періодичної складової струму статора у інтервалі часу 0…5 с ― виділену з кривої повного струму згідно з п.10 та отриману аналітично згідно з даними таблиці 3 п.4.

12. Скоректувати вихідні дані, вважаючи, що автоматичний регулятор збудження включений, і при форсуванні збудження напруга на обмотці збудження в початковий момент КЗ миттєво зростає до граничного значення. Для цього слід змінити для збудника напругу збудження на граничну напругу збудження, що дорівнює .

13. Виконати розрахунок перехідного процесу КЗ у інтервалі 0…5 с. У вікні Графический анализ дослідити характер зміни Is = f (t), роздрукувати цей графік, виділити періодичну складову струму статора, зіставити характер її зміни з кривими, отриманими у п.11

14. Зрівняти результати аналітичного дослідження та моделювання на ПК. Зробити висновки про характер зміни складових струму статора та обмотки збудження на окремих стадіях перехідного процесу а також про можливість використання наближених аналітичних виразів для розрахунку значень періодичної складової струму статора у окремі моменти часу перехідного процесу КЗ. Зробити висновки про вплив форсування збудження на характер зміни періодичної складової струму КЗ.

ЗМІСТ ЗВІТУ ПРО РОБОТУ

1. Мета роботи.

2. Завдання, вихідні дані.

3. Розрахунок параметрів генератора, необхідних для моделювання.

4. Векторна діаграма, розрахунок параметрів попереднього режиму та початкових умов.

5. Результати розрахунків аналітичним методом значень періодичної складової струму статора та окремих її складових при КЗ.

6. Залежності Is = f (t), If = f (t) та , отримані згідно з п.п. 9, 10, 11,13.

7. Висновки.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Дайте визначення зображаючого вектора трифазної системи. У чому полягає його практична значущість?

2. Що таке взаємна система відносних одиниць і з якою метою вона застосовується?

3. Чому при переході від фазної системи координат до системи координат d, q, 0 диференціальні рівняння напруг контурів синхронної машини стають рівняннями з постійними коефіцієнтами?

4. Чому у синхронних машинах з демпферними контурами діюче значення поздовжньої періодичної складової струму статора при КЗ в зовнішньому колі в будь- який момент часу більше, чим у машинах без демпферних контурів?

5. Чому перехідна стала часу синхронної машини по її поздовжній осі значно більше надперехідної сталої часу?

6. Зміною яких магнітних потоків обумовлені вільні перехідні та надперехідні струми у синхронній машині з демпферними контурами?

7. Чому при замкнутому статорі синхронної машини вільні струми в обмотці збудження і демпферному контурі затухають швидше, чим при розімкненому статорі?

Дата добавления: 2015-08-31