Переходные процессы в электроэнергетических системах. Трансформаторы

и параметры

Установившийся режим КЗ – это та стадия ПП, когда затухли все возникшие в начальный момент времени свободные токи и полностью закончился подъем возбуждения от действия системы АРВ (автоматический регулятор возбуждения).

АРВ предназначено в поддержке неизменной величины напряжения в электросети на заданном уровне и для равномерного распределения реактивной мощности среди конденсаторных и тиристорно-конденсаторных батарей, являющихся источниками реактивной мощности

режиме КЗ являются:
1) характеристики ХХ и КЗ;
2) синхронное индуктивное сопротивление;
3) предельное (потолочное) возбуждение;
4) векторная диаграмма.

Расчет установившихся режимов КЗ ничем не отличается от расчета установившихся нагрузочных режимов, однако он сопровождается большими токами.

машин:
− a – статор;
− d, q – продольная и поперечная оси ротора;
− σ – рассеивание;
− δ – воздушный зазор;
− f – обмотка возбуждения;
− 1d, 1q – демпферные обмотки по продольной и поперечной оси;
− ′ − начальный момент без демпферной обмотки;
− ″ − начальный момент с демпферной обмоткой.
Пример: – сопротивление рассеивания второй демпферной обмотки по продольной оси.

5.1. Зависимость ЭДС и тока КЗ от тока возбуждения

Если машина работает на Х.Х. при номинальном напряжении, то она имеет единичное возбуждение. Для иллюстрации этого рассмотрим зависимость ЭДС от тока возбуждения.

На рис. 5.1 вследствие насыщения
наблюдается изгиб кривой тока при ХХ.
При спрямлении характеристики можно принять .

поперечной оси электрической машины на основе схем замещения.

а) б)

Рис. 5.2. Схема замещения синхронной машины по осям:
а) продольной; б) поперечной

Из рис. 5.2 видно, что синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси определяется как

где − сопротивление по продольной оси;
− сопротивление рассеивания;
− сопротивление реакции статора по продольной оси.

(5.1)

как
, (5.2)
где − сопротивление по поперечной оси;
− сопротивление рассеивания;
− сопротивление реакции статора по поперечной оси.

Для явнополюсной синхронной машины (гидрогенератор, тихоходный синхронный двигатель) соотношение синхронных индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям выглядит следующим образом:
. (5.3)

Для неявнополюсной машины (турбогенератор, турбодвигатель):
(5.4)

Максимальная мощность двухполюсных генераторов – 1,2 ГВт, максимальная скорость вращения при этом – 3000 об/мин.

продольной оси (d ):
где .
Для турбогенераторов: .
Для гидрогенераторов: .
Учет явнополюсности при расчете токов короткого замыкания в установившемся режиме уточняет расчет не более чем на 3 % и при практических расчетах явнополюсность не учитывается.

термической стойкостью обмотки возбуждения.
В расчете предельное возбуждение учитывается при расчетах с АРВ.
При спрямлении характеристики Х.Х. в относительных единицах:
.
Обычно .

турбогенератора при , для схемы замещения – на рисунке 5.3.

Рис. 5.3. Схема замещения турбогенератора по продольной оси (d)

Рис. 5.4. Векторная диаграмма турбогенератора

Из векторной диаграммы определяем фазную ЭДС по поперечной оси (q )
, (5.5)
где − номинальное фазное напряжение.
В относительных единицах .

замыкания

Нагрузка, подключенная до КЗ, увеличивает ЭДС и ток КЗ, и перераспределяет токи при КЗ

Как правило, в практических расчетах комплексную нагрузку заменяют на индуктивную хн. Для определения этого сопротивления рассмотрим следующие расчетные схемы:

Рис. 5.5. Расчетные схемы замещения а) без учета нагрузки; б) с учетом нагрузки

Из схемы (рис. 5.5 б) до КЗ в номинальном режиме при :

Приравнивая токи, получаем:
. (5.6)

равно .

Это сопротивление отнесено к номинальной мощности нагрузки, номинальному напряжению ступени, куда нагрузка подключена.
Сопротивление нагрузки в относительных единицах при базисных условиях:
. 5.7)
В том случае, когда сопротивление нагрузки не вводят в схему замещения, ее влияние учитывают увеличением. ЭДС. В этом случае ток в месте КЗ будет равен току генератора при КЗ, что вносит погрешность в расчет.

и наличии АРВ

При отсутствии у генератора системы АРВ расчет установившегося режима трехфазного КЗ сводится к решению задачи нахождения токов и напряжений в линейной схеме, в которой известны все сопротивления и ЭДС.

при КЗ для расчетной схемы (рис. 5.6а) определяется

(5.8)

Рис. 5.6. Расчетная схема замещения без АРВ

Для нахождения тока воспользуемся правилом эквивалентирования, согласно которому эквивалентные ЭДС, сопротивление и ток КЗ определяются

а) б)

(5.9)

(рис. 5.7а, б).

1. Режим номинального напряжения (рис. 5.7а).

а) б)
Рис. 5.7. Расчетная схема замещения с АРВ

При этом система АРВ генератора справилась с подъемом напряжения, т.е. . Ток КЗ (рис. 5.7а) будет определяться
. (5.10)

То есть имеет место далекое КЗ,
.

не справилась с подъемом напряжения, т.е. .
В этом случае ЭДС генератора по поперечной оси будет определяться предельным возбуждением, т.е. имеет место следующее соотношение: .

Т.о., ток КЗ, согласно схеме рис. 5.7б, равен
. (5.11)
Здесь имеет место близкое короткое замыкание
.

При справедливы обе формулы.

выражение для критического сопротивления:
. (5.12)

Оба случая представлены на зависимости (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Зависимости тока возбуждения, напряжения генератора и тока КЗ от