Geum.ru

Переходные процессы в электрических системах рабочая программа, методические указания. Для студентов спец. 100100 з/о Киров 1999 удк 621. 313 014

Вид материалаРабочая программа

Содержание


Под.в печ. Усл.печ.л. Зак. Тир. Бесплатно
Общие сведения
По дисциплине выполняются контрольная работа (ч.I), курсовая работа (ч.II), лабораторные работы и сдается зачет и экзамен.
Статическая устойчивость.
Динамическая устойчивость.
Результирующая устойчивость.
Устойчивость узлов нагрузки.
Средства повышения устойчивости.
Подобный материал:
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО

И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ


ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ


Электротехнический факультет


Кафедра электрических станций


ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ


Рабочая программа,

методические указания.


Для студентов спец.100100 з/о


Киров 1999


УДК 621.313 014


С о с т а в и т е л и : к.т.н., доц. Петрухин А.Н.

к.т.н.,доц. Чесноков И.П.

инж. Якимчук Н.Н.


Р е ц е н з е н т : ст. преподаватель Овчинников В.В.,

каф. Э


Под.в печ. Усл.печ.л. Зак. Тир. Бесплатно


Редакционно-издательский отдел ВятГТУ

Лаборатория множительной техники

610000, г. Киров, ул. Московская, 36


 Вятский государственный технический университет, 1999
ВВЕДЕНИЕ


Объединение энергетических систем и сооружение крупных электрических станций позволяет значительно повысить надежность и экономичность электроснабжения потребителей. Наряду с этим возникает необходимость решения ряда сложных вопросов, связанных с изучением переходных процессов, возникающих в энергетических системах.

К таким вопросам относятся в первую очередь проблемы коротких замыканий и устойчивости работы электрических систем.

Задачи повышения надежности в значительной мере сводятся к борьбе с причинами возникновения коротких замыканий и ослаблению их последствий, а также к принятию эффективных мер по повышению устойчивости работы систем.

Современный инженер-электрик должен хорошо представлять физическую сущность переходных процессов, знать практические методы их расчета и уметь предотвращать нарушения, вызванные переходными электромагнитными и электромеханическими процессами.


ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Содержание курса можно разделить на следующие темы:
  1. Электромагнитные переходные процессы при сохранении симметрии системы.
  2. Электромагнитные переходные процессы при нарушении симметрии системы.
  3. Короткие замыкания в электрических системах.
  4. Практические методы расчета переходного процесса короткого замыкания.
  5. Действия токов короткого замыкания.
  6. Электромеханические переходные процессы.


Большой раздел электромеханических переходных процессов может быть подразделен на:

а) статическую устойчивость системы;

б) динамическую устойчивость;

в) результирующую устойчивость.


При изучении данной дисциплины не следует стараться запоминать сложные выводы формул. Достаточно получить отчетливое представление об исходных положениях, методах решения поставленных задач и окончательных результатах.

Материал курса имеет прикладной характер. Поэтому особенно важно усвоить практические приемы расчетов, условия их применения и формулы.

Необходимо также получить представление о физическом объяснении происходящих явлений и запомнить численные значения характерных величин и важнейшие количественные соотношения.

Рекомендуется решить примеры, приведенные в учебниках. Для успешного усвоения курса необходимо знать изученные ранее дисциплины: “Теоретические основы электротехники”, “Электрические машины”, “Электрические сети”.

Вопросы для самопроверки помогут изучить материал курса.

По дисциплине выполняются контрольная работа (ч.I), курсовая работа (ч.II), лабораторные работы и сдается зачет и экзамен.

Курсовые работы целесообразно выполнять по мере прохождения курса после изучения тем.

Примечание: контрольная и курсовая работы выполняются по отдельным методическим указаниям. Вариант контрольной работы выдается преподавателем. Номер варианта курсовой работы выбирается студентом по последней цифре шифра студента от 1 до 0.


Тема 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СОХРАНЕНИИ СИММЕТРИИ СИСТЕМЫ


Возникновение и развитие проблем переходных процессов.

Переходный процесс в простейших трехфазных и неподвижных магнитно-связанных цепях. Общие уравнения электромагнитного переходного процесса синхронной машины. Переходные процессы при включении обмотки возбуждения на постоянное напряжение. Гашение магнитного поля. Внезапное короткое замыкание синхронных машин.


Методические указания


Основой этого раздела являются теория электрических цепей, изучаемая в курсе теоретических основ электротехники, а также теория электрических машин.

При изучении переходных процессов в простейших трехфазных цепях особое внимание следует обратить на ударный ток и условия его возникновения. Необходимо знать формулу ударного коэффициента и пределы его изменения.

Большое практическое значение имеет изучение переходных процессов, возникающих при включении ненагруженного трансформатора.

Надлежит ознакомиться с уравнениями Парка-Горева, выражающими основу теории двух реакций синхронной машины при переходном процессе. При изучении процессов, возникающих в результате формировки возбуждения и развозбуждения синхронной машины, следует внимательно проработать раздел гашения магнитного поля.

Для успешного усвоения всего курса большое значение имеет изучение раздела “Внезапное короткое замыкание синхронной машины”, в котором надлежит обратить внимание на определение постоянных времени и формулы изменения тока.


Тема 2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ НАРУШЕНИИ СИММЕТРИИ СИСТЕМЫ


Теория симметричных составляющих. Параметры элементов для систем отдельных последовательностей. Составление схем замещения отдельных последовательностей. Комплексные схемы замещения.


Методические указания


Несимметричные переходные процессы в симметричных трехфазных системах рассчитываются методом симметричных составляющих, известным из курса теоретических основ электротехники. Необходимо уяснить, что метод симметричных составляющих применим только для расчета линейных цепей. Согласно этому методу любая несимметричная трехфазная система токов и напряжений может быть представлена в виде суммы трех симметричных составляющих: прямой, обратной и нулевой последовательности.

При этом несимметричные режимы рассчитываются аналогично симметричным с применением любого метода, известного из теорий линейных электрических цепей.

Необходимо научиться определять сопротивления и составлять схемы всех трех последовательностей - прямой, обратной и нулевой, а также составлять комплексные схемы замещения.

При рассмотрении сопротивлений различных элементов системы нужно обратить внимание на физическую сущность сопротивления обратной последовательности вращающихся машин и сопротивления нулевой последовательности трансформаторов, воздушных линий и кабелей.

Следует разобраться в распределении и трансформации токов и напряжений различных последовательностей.

Суммарные токи и напряжения в цепях сложной схемы определяются методом наложения составляющих всех последовательностей. При этом необходимо учитывать повороты векторов тока или напряжения на различных ступенях трансформации. Удобно пользоваться коэффициентами трансформации, выраженными комплексными числами.

Комплексные схемы замещения, по которым определяются токи прямой последовательности, составляются соединением вместе схем отдельных последовательностей на основании известных соотношений между симметричными составляющими тока и напряжения в месте повреждения.


Тема 3. КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ


Причины возникновения коротких замыканий. Основные виды коротких замыканий в трехфазных системах. Вычисление токов трехфазного короткого замыкания в начальный момент времени и в установившемся режиме. Учет нагрузки. Учет тока короткого замыкания от асинхронных и синхронных электродвигателей. Упрощенные способы вычисления токов трехфазного короткого замыкания. Определение токов и напряжений в месте двухфазного и однофазного коротких замыканий. Соотношение между токами различных видов короткого замыкания.


Методические указания


При проработке установившегося режима короткого замыкания следует обратить внимание на то, что в последнее время принимается спрямление характеристики холостого хода, при котором относительные значения ЭДС и тока возбуждения получаются численно одинаковыми, а синхронное сопротивление генератора определяется как величина, обратная отношению короткого замыкания.

Так как в настоящее время все генераторы электрических станций снабжаются устройствами автоматического регулирования возбуждения, то необходимо детально ознакомиться с аналитическими методами расчета установившихся токов короткого замыкания при наличии АРВ и самостоятельно решить пример 5-5 / 1 /.

При изучении начального момента внезапного нарушения режима особое внимание следует обратить на сверхпереходные параметры генераторов, электродвигателей и обобщенной нагрузки, а также научиться рассчитывать начальный сверхпереходный и ударный ток.

При проработке раздела “Однократная поперечная несимметрия” необходимо научиться строить векторные диаграммы токов и напряжений однофазного и двухфазного короткого замыкания и знать соотношения между токами различных видов короткого замыкания.


Тема 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ


Расчетные условия. Система относительных единиц. Составление эквивалентной схемы замещения. Преобразование схемы замещения. Мощность короткого замыкания. Приближенный учет системы. Метод расчетных кривых. Применение практических методов к расчету несимметричных коротких замыканий.


Методические указания


Расчетные условия определяются целевым назначением проводимого расчета электромагнитного переходного процесса.

Наиболее сложные расчеты производятся при анализе режимов несимметричного короткого замыкания для релейной защиты, когда требуется нахождение токов и напряжений в отдельных ветвях сложной схемы в максимальном и минимальном режимах.

Для проверки по условиям короткого замыкания аппаратов и токоведущих цепей распределительных устройств, как правило, можно ограничиться лишь приближенным подсчетом величины тока в месте симметричного короткого замыкания.

Необходимо уметь производить расчет токов короткого замыкания как в именованных величинах, так и в относительных единицах.

При выборе базисных величин следует предусматривать максимальное упрощение вычислений.

В сложных схемах в качестве базисной мощности следует принимать 100 или 1000 МВА. В простейших целях с двумя-тремя элементами за базисную мощность следует принимать полную мощность источников питания, генераторов или трансформаторов.

Следует хорошо представлять различие между расчетами с точным и приближенным учетом коэффициентов трансформации.

В последнем случае за базисное напряжение рекомендуется принимать среднее номинальное напряжение данной ступени трансформации.

Необходимо научиться составлять и преобразовывать схемы замещения, а также определять реактивность системы по заданной мощности короткого замыкания.

При изучении методов расчета электромагнитных переходных процессов следует хорошо усвоить случай удаленного короткого замыкания, не вызывающего заметного увеличения токов в питающих генераторах. При этом действующие значения эквивалентной ЭДС системы и периодической слагающей тока короткого замыкания можно считать неизменными, что значительно упрощает расчет.

Для расчета неудаленных коротких замыканий, происходящих вблизи источников питания, обычно рекомендуется метод типовых кривых. Однако следует иметь в виду, что в большинстве практических случаев (выбор электроаппаратуры, проектирование релейной защиты, расчет сопротивления заземлений и др.) достаточно знать лишь два значения тока короткого замыкания: начальное и установившееся, причем оба эти значения сравнительно просто определяются аналитически, без расчетных кривых или спрямленных характеристик. Для определения начального тока генераторы и нагрузка замещаются сверхпереходными ЭДС и сопротивлениями. Для определения установившегося тока предварительно задаются режимом работы генераторов: предельного возбуждения или нормального напряжения.

Согласно правилу эквивалентности прямой последовательности все методы расчета режима симметричного короткого замыкания применимы и для любого несимметричного короткого замыкания.

Следует четко уяснить, по какому току производится механический расчет шин и изоляторов и какие основные допущения обычно принимаются при этих расчетах.

При изучении термического действия токов короткого замыкания следует иметь в виду, что электрические аппараты, устойчивые динамически, обычно бывают устойчивы и термически. Поэтому при выборе выключателей и разъединителей можно не проверять их термическую устойчивость.

Минимальное допустимое по термической устойчивости сечение проводников определяется по формуле




Различные проводники имеют следующие значения коэффициента : шины медные 171; шины алюминиевые 88; кабели до 10 кВ: с медными жилами 141, с алюминиевыми жилами 85.

При удаленных коротких замыканиях тепловой импульс определяется по формуле





где - ток короткого замыкания;

t - время отключения короткого замыкания;

- постоянная времени апериодической слагающей тока короткого замыкания.

Для ограничения токов короткого замыкания в электроустановках применяются реакторы.

Следует разобраться в схемах включения реакторов на электрических станциях и подстанциях.


Тема 6. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ


Классификация электромеханичеких переходных процессов. Понятие о статической, динамической и результирующей устойчивости электрических систем. Понятие об устойчивости узлов нагрузки.


а) Статическая устойчивость.

Метод малых колебаний. Линеаризация уравнений переходного процесса. Критерии устойчивости. Анализ статической устойчивости автоматически регулируемых электрических систем. Замена реальной электрической системы математической моделью из типовых звеньев. Характеристики звеньев системы автоматического регулирования. Практические методы анализа статической устойчивости. Учет АРВ.


б) Динамическая устойчивость.

Упрощенные методы расчета динамической устойчивости; определение предельного угла отключений короткого замыкания (правило площадей), определение предельного времени отключения короткого замыкания, метод последовательных интервалов. Учет АРВ.


в) Результирующая устойчивость.

Асинхронный момент синхронных генераторов. Установившийся асинхронный режим. Условие успешной ресинхронизации. Процесс ресинхронизации.


г) Устойчивость узлов нагрузки.

Анализ устойчивости нагрузки, содержащей синхронные и асинхронные двигатели, методом малых колебаний. Практические критерии устойчивости узлов нагрузки. Влияние на устойчивость нагрузки электрической удаленности от шин источников напряжения, загрузки двигателей, поперечной емкостной компенсации. Влияние АРВ синхронных двигателей. Поведение нагрузки при качаниях в системе. Устойчивость двигателей при резкопеременных нагрузках. Самозапуск двигателей.


д) Средства повышения устойчивости.

Классификация средств повышения устойчивости электрических систем и их характеристика. Средства повышения устойчивости узлов нагрузки.


Методические указания


Особое внимание студенты специальности 100100 должны уделять вопросам переходных процессов в электрических системах, начиная с узлов нагрузки, дополнив анализом устойчивости линий электропередач и процессами в генераторах. Следует ознакомиться с практическими критериями устойчивости и факторами, влияющими на устойчивость узлов нагрузки.


Лабораторные работы

  1. Определение тока короткого замыкания в начальный момент времени и тока КЗ в установившемся режиме (ЭВМ).
  2. Определение тока короткого замыкания и распределения напряжения при несимметричном КЗ (ЭВМ).
  3. Определение предела передаваемой мощности (ЭВМ, УРМЭС).
  4. Определение предельного времени отключения короткого замыкания в электрической системе (ЭВМ, УРМЭС).



Практические занятия

  1. Вычисление токов трехфазного короткого замыкания в начальный момент времени.
  2. Определение ударного тока и ударного коэффициента.
  3. Учет влияния нагрузки при расчете т. к. з.
  4. Определение установившегося значения т. к. з.
  5. Расчет теплового импульса при различных условиях к. з.
  6. Определение токов и напряжений при несимметричных к. з.
  7. Расчет статической устойчивости узла нагрузки.
  8. Определение предела мощности по участку электрической систем.
  9. Анализ статической устойчивости простейшей системы автоматического регулирования.
  10. Динамическая устойчивость передачи.
  11. Динамическая устойчивость двигателей.
  12. Пуск и самозапуск двигателей.



ЛИТЕРАТУРА

  1. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах.- М.: Энергия, 1990.
  2. Козулин В.С., Рожкова Л.Д. Электрооборудование станций и подстанций. -М.: Энергоатомиздат, 1987.
  3. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электросистем. - М.: Энергия, 1979.
  4. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах.- М.: Высшая школа, 1991.
  5. Методика расчетов устойчивости автоматизированных электрических систем. Под ред. В.А.Веникова. - М.: Высшая школа, 1966.
  6. Переходные процессы электрических систем в примерах и иллюстрациях. Под ред. В.А.Веникова. - М.: Энергия, 1967.
  7. Ульянов С.А. Сборник задач по электромагнитным переходным процессам. - М.: Энергия, 1968.
  8. Петрухин А.Н., Чесноков И.П. Переходные процессы в системах электроснабжения. Киров, ВятГТУ, 1997.



Чтобы перейти к списку всех методических указаний,

нажмите левой кнопкой мыши здесь