Динамическая устойчивость при КЗ на линии

Наиболее распространенным видом возмущений, приводящим к необходимости анализа динамической устойчивости, является короткое замыкание. Рассмотрим общий случай несимметричного КЗ в начале линии L2 (точка К1 на рис. 3.4). Схема замещения системы для режима короткого замыкания показана на рисунке 3.5.

Рис. 3.4. Схема короткого замыкания в простейшей системе

а) б)

в)

Рис. 3.5. Схемы замещения (а, б) для нормального и послеаварийного (в) режимов

В точке К1 включено шунтирующее сопротивление КЗ ΔХ⁽ⁿ⁾, состоящее из суммарных сопротивлений Х_рез2 и Х_рез0 обратной и нулевой последовательностей, определенное по тем же правилам, что и для расчета токов несимметричного КЗ. После возникновения КЗ мощность, передаваемая oт генератора в систему, изменится, как и суммарное сопротивление Х_1рез, связывающее генератор с системой.

Результирующее сопротивление СЭС нормального режима

X₁ = =Х'_d + Х_Т1 + + Х_Т2.

После отключения одной из цепей результирующее сопротивление после аварийного режима

X₃ =Х'_d + Х_Т1 + Х_L + Х_Т2.

Схему замещения электропередачи для аварийного режима можно получить, если в точку КЗ включить шунтирующее сопротивление ΔХ_к (рис. 3.6,а), значение которого зависит от вида КЗ:

Х_к = 0 - при трехфазном КЗ;

Х_к = Х_рез2 - при двухфазном КЗ;

Х_к = Х_рез2 + Х_рез0 - при однофазном КЗ;

Х_к = - при двухфазном КЗ на землю.

а)

б) в)

Рис. 3.6. Схема замещения простейшей СЭС для аварийного режима (а) и ее преобразования (б,в)

Схему замещения, показанную на рисунке 3.6,а, можно последовательно преобразовать из «звезды» (рис. 3.6,б) в «треугольник» (рис. 3.6,в), в котором

;

;

.

Сопротивления Х_Е и X_U, подключенные непосредственно к ЭДС Е' и напряжению U_с, называются собственными сопротивлениями. Данные сопротивления на активную мощность генератора в аварийном режиме существенно не влияют и могут не учитываться. При этом вся активная мощность генератора передается через сопротивление х_ЕU = Х₂, связывающее ЭДС генератора Е' с напряжением приемной системы U_с. Это сопротивление называют взаимным сопротивлением. С уменьшением сопротивления шунта Х_К сопротивление Х_EU увеличивается, что приводит к снижению амплитуды угловой характеристики мощности. Наиболее тяжелый аварийный режим будет при трехфазном КЗ в начале ЛЭП, когда сопротивление Х_EU бесконечно велико, а амплитуда угловой характеристики мощности равна нулю. Самый легкий аварийный режим соответствует однофазному КЗ, при котором сопротивление шунта КЗ будет максимальным.

Смена состояний рассматриваемой системы представлена на рисунке 3.7 через угловые характеристики активной мощности.

Угловые характеристики мощности эквивалентного генератора для нормального, аварийного и послеаварийного режимов определяют по выражениям:

,

,

. (3.14)

При расчетах электромеханических переходных процессов используется переходная ЭДС Е' за переходным сопротивлением генератора

, (3.15)

где активная мощность генератора в установившемся режиме обычно принимается равной Р_о = 0,6·Р_уст (Р_уст – суммарная установленная мощность генераторов электрической станции).

Реактивная мощность в установившемся режиме Q_*о = Р_*o·tgφ.

В момент КЗ из-за изменения параметров схемы происходит переход с одной характеристики мощности (точка а) на другую (точка b) (рис. 3.7). Так как ротор обладает определенной инерцией, то угол δ мгновенно измениться не может и отдаваемая генератором мощность уменьшается до значения Р₍₀₎. Мощность турбины при этом не изменяется ввиду запаздывания ее регуляторов. На валу турбина - генератор возникает некоторый избыточный момент, определяемый избытком мощности (ΔР=Р₀ –Р₍₀₎). Под влиянием этого момента ротор генератора начинает ускоряться, угол δ увеличивается. Качественно процесс протекает так же, как в предыдущем случае внезапного отключения линии.

Рис. 3.7. Динамический переход при несимметричном КЗ

Поскольку линия L2, как и любой другой элемент системы электроснабжения, имеет защиту, через определенное время она отключится выключателями В1 и В2. Это время рассчитывается как

t_ОТКЛ = t_З + t_ВЫКЛ, (3.16)

где t_З - собственно время срабатывания защиты;

t_ВЫКЛ - время срабатывания выключателей В1 и В2 (предполагается, что выключатели срабатывают одновременно).

Времени t_ОТКЛ соответствует угол отключения КЗ δ_ОТКЛ. Отключение КЗ вызывает переход с характеристики мощности аварийного режима 2 (точка c) на характеристику послеаварийного режима 3 (точка е).

При этом избыточный момент меняет знак, превращаясь из ускоряющего в тормозящий. Ротор, тормозясь, продолжает движение в сторону увеличения угла из-за накопленной в процессе кинетической энергии. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока площадь торможения F_defg не станет равной площади ускорения F_abcd. В точке f скорость ротора становится синхронной. Но движение ротора не прекращается, так как на него действует тормозной избыточный момент, определяемый избытком мощности ΔР_ТОРМ = Р_f-Р₀. Ротор, ускоряясь, начинает относительное движение в обратную сторону. Его скорость максимальна в точке n. Поcле точки n относительная скорость начинает уменьшаться и становится равной нулю в точке Z. Эта точка определяется из равенства площадок F_nefgd и F_xnz. Из-за потерь колебания ротора будут затухать около нового положения равновесия послеаварийного режима-точки n.

Дата добавления: 2014-01-04