Оглавление

1.Основные сведения об электромагнитных переходных процессах . Виды установившихся режимов работы энергосистем: нормальные, ненормальные и аварийные. Случаи возникновения переходных процессов. Виды коротких замыканий, причины их возникновения и последствия. Основные факторы переходных процессов, влияющих на состояние и работоспособность энергосистемы и электроэнергетического оборудования [Л1 Введение, 1.1, 1.2.] 3

2. Методы расчёта электромагнитных переходных процессов и области применения их результатов [Л4 3.1-3.5, Л1 1.3,2.1, 2.2, Л5 гл 9.1-9.3] . 8

3. Системы именованных и относительных единиц для расчёта нормальных и аварийных режимов электроэнергетических систем. Преобразования из одной системы измерения в другую. Системы координат для расчёта синхронной машины и переход из одной системы в другую [Л1 2.3,2.4,2.5,7.4,7.5 пример 2.1,7.3]. 11

4. Метод симметричных составляющих: основные положения. [Л3. Гл.2]. 18

5. Метод симметричных составляющих: Расчёт несимметричных коротких замыкания. Расчёт коэффициентов токораспределения. [Л3. Гл.3]. 20

6. Параметры синхронных машин в схемах замещения прямой, обратной и нулевой последовательности. Параметры системы в схеме прямой, обратной и нулевой последовательностей. [Л1 12.2]. 33

7. Параметры трансформаторов в схемах замещения прямой, обратной и нулевой последовательности. Влияние конструкции магнитопровода на схему замещения трансформатора и сопротивление трансформатора токам прямой, обратной и нулевой последовательности. [Л1 12.5]. 36

8. Параметры линий электропередачи в схемах замещения прямой, обратной и нулевой последовательности. Параметры двухцепной ЛЭП в схемах замещения разных последовательностей. Влияние взаимной индуктивности и грозозащитных тросов на сопротивление линии электропередачи. [Л1 12.7]. 41

9. Преобразование расчётной схемы. Учёт параллельных ЭДС, преобразование схемы треугольник-звезда и наоборот, преобразование схемы многолучевой звезды в многоугольник с диагоналями. [Л2 3.5, пример Л2 3.8]. 44

10. Переходные процессы при коммутации в простейших электрических цепях: RL, RC, R//L, R//C, RLC, R//L//C, RL/RC/ Осциллограмма переходного процесса. Общая методика расчёта [Л5 9.5-9.11]. 46

11. Переходный процесс в простейшей трёхфазной сети: Переход к однолинейной схеме, взаимное влияние фаз. Изменение тока КЗ во времени. Составляющие тока КЗ: периодическая составляющая, апериодическая составляющая. Постоянная времени апериодической составляющей. [Л1 3.1.3.2]. 56

12. Переходный процесс в простейшей трёхфазной сети: Основные параметры переходного процесса . Ударный ток, действующее значение тока КЗ, время достижения максимального значения, эквивалентная постоянная времени. [Л1 3.3.3.5]. 60

13. Короткие замыкания вблизи генератора. Общие положения и допущения, методы расчёта. [Л1. 5.1, 6.1,7.1, 8.1, 9.1, 10.1, 11.1]. 63

14. Установившийся режим короткого замыкания в близи генератора. ОКЗ и предельный ток возбуждения. Влияние явнополюсности ротора ,нагрузки. [Л1. 5.1-5.5, пример 5.1, 5.2]. 72

15. Установившийся режим короткого замыкания в близи генератора. Влияние автоматического регулирования возбуждения. [Л1. 5.6-5.7, пример 5.3, 5.4]. 79

16. Переходные и сверхпереходные ЭДС и реактивности синхронной машины [Л1. 6.1-6.2, пример 6.1, 6.2]. 89

17. Определение начальных переходного и сверхпереходного токов [Л1. 6.5, пример 6.4, 6.5]. 101

18. Уравнения синхронного генератора в операторной форме , его реактивности и постоянные времени[Л1. 7.8,7.9 пример 6.4, 6.5]. 107

19. Включение обмотки возбуждения под напряжение. Форсировка возбуждения при самовозбуждении и независимом возбуждении [Л1. 8.2,8.3]. 115

20. Внезапное короткое замыкание синхронной машины без демпферных обмоток. [Л1. 9.2 пример 9.1, 9.2]. 129

21. Внезапное короткое замыкание синхронной машины с демпферными обмотками. [Л1. 9.3, Л6 пример 9.3]. 135

22. Влияние автоматического регулирования возбуждения при внезапном коротком замыкании . [Л1. 9.4 Л6 пример 9.4]. 143

23. Практические методы расчёта переходного процесса короткого замыкания. Метод расчётных кривых [Л1. 10.2, 10.5 Л6 пример 11.5,11.6, Л2 5.5]. 150

1.Основные сведения об электромагнитных переходных процессах . Виды установившихся режимов работы энергосистем: нормальные, ненормальные и аварийные. Случаи возникновения переходных процессов. Виды коротких замыканий, причины их возникновения и последствия. Основные факторы переходных процессов, влияющих на состояние и работоспособность энергосистемы и электроэнергетического оборудования [Л1 Введение, 1.1, 1.2.]

Случаи возникновения переходного процесса при нормальной эксплуатации и в аварийных ситуациях.

Нормальный режим: плановое включение и отключение источников и потребителей, трансформаторов, ЛЭП, синхронизация с сетью генераторов и др.

Ненормальный режим: отклонения значений тока/напряжения/частоты от допустимых значений.

Авария: КЗ, сброс нагрузки, ложные отключения релейной защитой элементов ЭС, обрыв, форсировка возбуждения СМ, развозбуждение СМ (гашение поля СМ) и т.д. Но Попов любит фразу "когда происходит перерыв электроснабжения".

Электромагнитные и электромеханические переходные процессы: в чем отличие данных понятий? Электромагнитный процесс происходит быстрее, чем электромеханический. Больше 100 мс – электромеханические, меньше 100 мс –электромагнитные.

Основные особенности электромагнитных переходных процессов:

- Происходит перераспределение энергии электромагнитного поля между ёмкостями и индуктивностями;

- Частота вращения электрических машин в сети практически не успевает измениться (100 мс = 5 периодов при частоте 50 Гц);

- Появляются в результате удара молнии, короткого замыкания, обрыва проводников, резонанса.

КЗ считается удалённым, если амплитуды периодической составляющей тока статора данной электрической машины в начальный и произвольный моменты КЗ практически одинаковы, и близким, если эти амплитуды существенно отличаются.

Обычно под электрической удалённостью расчётной точки КЗ от какого-либо источника энергии понимают приведённое к номинальной мощности и номинальному напряжению источника внешнее сопротивление, которое оказывается включенным между источником и точкой КЗ в момент возникновения КЗ. Однако такой способ оценки удалённости применим лишь в тех случаях, когда различные источники энергии связаны с расчётной точкой КЗ независимо друг от друга.

Чем опасны КЗ?

1. Самое важное – угроза жизни персонала и людей;

2. Повреждение оборудования - пожар, перегрев, механическое повреждение силой Ампера, пробой изоляции;

3. Нарушение синхронной работы энергосистемы (блэкаут);

4. Обесточивание потребителей.

Что сделать, чтобы обезопасить себя?

1. Обязательно отключать КЗ релейной защитой как можно быстрее.

2. Проектировать технику так, чтобы она не повредилась до момента отключения релейной защитой.

Металлическое короткое замыкание – это такое замыкание, в котором не учитывается переходное сопротивление (сопротивление изоляции принимается равным нулю).

Причины возникновения КЗ:

Нарушение изоляции (естественное старение, халатность техобслуживания, перенапряжения, вызванные прямым ударом молнии, механические повреждения, перекрытия фазных токопроводов крыльями птиц и др.);

Ошибки персонала при оперативных переключениях.

Последствия КЗ:

Механическое воздействие ТКЗ. Токопровод каждой фазы подвержен электродинамическому взаимодействию (силы Ампера) с магнитным полем соседних фазных токопроводов. Пропорционально квадрату мгновенного тока Fэ≡ i²макс

Термическое воздействие ТКЗ. Количество тепла, выделяемое в проводнике пропорционально квадрату действующего значения тока за определённый промежуток времени. Q≡ I²t

Потеря электроснабжения АЭД, а также цепное уменьшение напряжения в примыкающих сетях. Суть данного эффекта в том, что при особенно глубоких просадках напряжения в сети из-за КЗ вращающий момент двигателей уменьшается слишком сильно (M_вр пропорционально U²), что может привести к остановке АЭД. После устранения (отключения) повреждённого участка U восстановится, но в процессе пуска двигателей пусковые токи могут вызвать цепной процесс снижения U в сети. Если U_ш≤ 0,7U_ном, то самозапуск не произойдёт.

Нарушение симметрии вследствие несимметричного КЗ – нарушение динамической устойчивости системы, создание помех на линиях связи.

Зачем считать токи КЗ?

1. На этапе проектирования электрических машин и аппаратов – для обеспечения надёжности будущей эксплуатации

2. Для выбора коммутационных аппаратов и токоведущих частей при проектировании электрических станций и подстанций

3. При проектирование перспективного развития электрических сетей, для ответа на вопрос о возможности объединения энергосистем

4. При оценочных расчётах для выбора главных схем

5. Для выявления возможности самозапуска АЭД (возможности работы потребителей при аварии)

6. Для анализа динамической устойчивости ЭЭС

Ещё основным фактором переходного процесса является сопротивление, то есть сопротивление оборудования, количество параллельных линий. От сопротивления зависит ток, протекающий через оборудование. Сам по себе фактор – режим до возникновения электромагнитного переходного процесса.

2. Методы расчёта электромагнитных переходных процессов и области применения их результатов [л4 3.1-3.5, л1 1.3,2.1, 2.2, л5 гл 9.1-9.3] .

Для расчёта ЭМПП вводят ряд допущений (иначе вообще ничего не рассчитать)

Ну и конечно есть метод симметричных составляющих. Есть операторный метод (когда вместо того, чтоб решать дифференциальные уравнения решаются уравнения n-ой степени). Есть метод интеграла Фурье, чтобы узнать влияние гармоник и построить частотные характеристики. Есть метод характеристик для расчёта длинных линий.

3. Системы именованных и относительных единиц для расчёта нормальных и аварийных режимов электроэнергетических систем. Преобразования из одной системы измерения в другую. Системы координат для расчёта синхронной машины и переход из одной системы в другую [Л1 2.3,2.4,2.5,7.4,7.5 пример 2.1,7.3].

Если есть трансформаторы, то надо при расчёте в именованных единицах всё надо привести к одной ступени напряжения.

Есть более приближённый расчёт. Принимают средние номинальные напряжения

И потом все коэффициенты трансформации считают по этим напряжениям. И тогда если трансформаторов несколько, то по итогу нам нужно отношение только крайних напряжений (остальные сократятся).

Дальше идёт информация про системы координат у СМ

Если вдруг есть нулевая последовательность, то

И можно сделать типа попроще с помощью следующего перехода.

4. Метод симметричных составляющих: основные положения. [л3. Гл.2].

Перед началом зададимся оператором поворота: а = e ^j120°.

Зачем этот метод нужен?

Позволяет рассматривать несимметричную трёхфазную систему величин как составляющую из трёх симметричных систем величин, для каждой из которых явления в фазах подобны.

Расчётом процесса происходит только для одной фазы – в этом достоинства метода.

Но есть недостаток: метод применим при учёте лишь основной гармоники.

Н иже представлены системы перехода от симметричных составляющих к фазным и наоборот. В качестве букв А, В, С обозначены (например) токи фаз, напряжения фаз и т. д.

Рисунок – Переход от симметричных составляющих к фазным

Рисунок – Переход от фазных составляющих к симметричным

Применяя метод симметричных составляющих, электрическую цепь, в которой возник несимметричный режим, представляется в виде трёх эквивалентных схем: прямой («1»), обратной («2») и нулевой («0») последовательностей.

Рисунок – Эквивалентные схемы замещения

Для этих трёх контуров на основании второго закона Кирхгофа можно записать уравнения:

Данная система уравнений дополняется ещё тремя уравнениями (граничные условия) в соответствии с видом возникшего короткого замыкания.

Применение метода симметричных составляющих для расчёта несимметричных режимов основываются на следующих положениях:

1) каждая фаза электрической цепи рассматривается в виде двух или трёх одновременно существующих цепей, соответствующих трём симметричным системам : “1”,”2” и ”0” последовательностям;

2) элементы, входящие в рассматриваемую электрическую цепь, представляются в указанных системах соответствующими сопротивлениями. Таким образом, один и тот же элемент цепи, например генератор, будет иметь разное сопротивление в схемах “1”,”2” и ”0” последовательностей;

 3) источники э.д.с. имеются только в схеме “1” последовательности, т. к. роторы генераторов не могут одновременно вращаться в одну и другую стороны, а система статора симметрична, поэтому э.д.с. может быть только прямой последовательности.

4) напряжения в цепях трёх последовательностей U_А1¸К ,U_А2¸К U_А0¸К считаются приложенными (возникающими) в месте повреждения (т.е. несимметрия возникает в одной точке, а вся остальная часть схемы остаётся симметричной).