Что такое сверхпереходной ток

Начальный сверхпереходный ток КЗ

Периодическая составляющая начального тока КЗ может быть определена, исходя из принципа первоначального результирующего потокосцепления ротора при внезапном нарушении режима работы генератора.

Поскольку в момент внезапного нарушения нормального режима потокосцепление ротора остаётся неизменным, наведенная в статоре ЭДС в начале переходного процесса также не меняется. Как показано в главе 6, сверхпереходные и индуктивные сопротивления определяются

(7.5)

Для машин мощностью до 100 МВт при их полной нагрузке, номинальном напряжении и cos до КЗ средние значения , и в О.Е. составляют 0,13 и 1,078 (турбогенераторы); 0,25 и 1,21 (гидрогенераторы).

Поскольку переходные и сверхпереходные ЭДС близки к единице, в приближённых практических расчётах при любых значения нагрузки, предшествующей КЗ, часто принимают . В тех случаях, когда нагрузку предварительного режима машины требуется учесть, для определения ЭДС используют выражения (7.5).

Начальный ток КЗ рассчитывают в следующем порядке: задаются базисными условиями (S_б U_б); составляется схема замещения, в которой все элементы расчётной схемы приводят к выбранным базисным условиям (при расчете в О.Е.) или к одной ступени напряжения (при расчете в именованных единицах); полученную схему замещения путём соответствующих преобразований приводят к простейшему виду и определяют результирующую эквивалентную ЭДС (или ) и результирующее сопротивление (или ) относительно точки КЗ.

Искомое начальное значение периодической составляющей тока КЗ равно:

, (7.6)

где х_*С – суммарное реактивное сопротивление относительно точки КЗ, О.Е.

Значение тока в именованных единицах определяется:

, кА,

где кА – базисный ток, рассчитанный при среднем напряжении ступени КЗ.

При определении ударного тока КЗ обычно учитывают затухание лишь апериодической составляющей тока, считая, что амплитуда сверхпереходного тока за полпериода сохраняет свое начальное значение. При этом ударный ток, определяемый для наиболее тяжелых условий, будет:

, кА, (7.7)

где К_у – ударный коэффициент, значение которого определяется аналитически, или К_у может быть определен из графика (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Зависимость ударного коэффициента К_у
от постоянной времени Т_а

Если к точности расчета не предъявляется особых требований, то в этих случаях принимают следующие значения постоянной времени и ударного коэффициента:

1. При КЗ на шинах, питаемых непосредственно от генераторов средней и большой мощности: Т_а = 0,09 с, К_у = 1,9.

2. При КЗ в установках и сетях напряжением выше 1 кВ: Т_а = 0,045 с, К_у = 1,8.

3. При КЗ на стороне низшего напряжения понижающих трансформаторов мощностью 1,6 МВ·А и ниже: Т_а = 0,008 с, К_у = 1,3.

7.5. Учет и влияние нагрузки в начальный момент
переходного процесса

Важным фактором в начальный момент внезапного нарушения режима является поведение подключённой нагрузки. Влияние нагрузки в начальный момент зависит от значения остаточного напряжения в месте её присоединения и удалённости от точки КЗ. При нагрузка является дополнительным источником тока КЗ, и чем ближе она расположена к точке КЗ, тем сильнее сказывается её роль в питании места повреждения. Поэтому в практических расчетах сверхпереходного тока в точке КЗ и ближайших к ней ветвях учитывают только те нагрузки и отдельные двигатели, которые непосредственно связаны с точкой КЗ или расположены на небольшой электрической удалённости от неё.

При расчётах сверхпереходного режима индивидуально учитываются синхронные генераторы и компенсаторы, а также мощные синхронные и асинхронные двигатели. Электродвигатели относительно небольшой мощности и все двигатели, связанные с точкой КЗ через трансформаторы или реакторы, относят к обобщенной нагрузке.

Величины сверхпереходных ЭДС и реактивных сопротивлений нагрузки определяются из таблицы 7.1.

В связи с тем, что нагрузочные ветви характеризуются различными ударными коэффициентами, то при расчёте токов КЗ в сложных схемах нежелательно применять метод эквивалентных ЭДС, т. е. заменять одним эквивалентным лучом генераторную и нагрузочную ветвь. Поэтому нагрузку, присоединенную непосредственно к точке КЗ, необходимо выделять в отдельную ветвь, т. е.

, (7.8)

где – начальный сверхпереходный ток от генераторов;

– начальный сверхпереходный ток от нагрузки;

K_уГ, k_ун – ударные коэффициенты генераторов и нагрузок.

В установившемся режиме нагрузка учитывается ЭДС и сопротивлением , приведенным к номинальной мощности нагрузки к среднему напряжению ступени, где она присоединена.

№	Вид нагрузки	Сверхперех. ЭДС,	Сверхперех. сопротив.	Ударный коэффициент,
1.	Асинхронный двигатель мощностью более 5 МВт	0,9	0,2	1,8
2.	Асинхронный двигатель мощностью 0,2. 5 МВт	0,9	0,2	1,6
3.	Асинхронный двигатель мощностью менее 0,2 МВт	0,9	0,2	1,0
4.	Обобщенная нагрузка	0,8	0,35	1,0
5.	Перевозбужденный синхронный двигатель	1,1	0,2	1,0. 1,8 в зависим. от мощности
6.	Недовозбужденный синхронный двигатель	0,9. 1,0	0,2	-«-
7.	Синхронный компенсатор	1,2	0,2	-«-

Пример 7.1. Вычислить сверхпереходный и ударный токи при КЗ в точке К. Расчет произвести с учетом всех присоединенных нагрузок.

Исходная схема Схема замещения

Рис. 7.7. Расчётная схема (а) и схема замещения к примеру 7.1

1. Выбираем базисные условия МВ·А, кВ, кА.

Относительные значения ЭДС для генераторов принимаем по табл. 4.2.

2. Приводим величины сопротивлений к выбранным базисным условиям:

генератора ;

нагрузки Н₁ ;

трансформатора Т₁ ;

ЛЭП W1 ;

ЛЭП W2 ;

ЛЭП W3 ;

трансформатора Т3 ;

синхронного компенсатора ;

трансформатора Т2 ;

асинхронного двигателя ; нагрузки Н2 .

Упрощая схему, находим: ,

,

,

,

,

,

Начальный сверхпереходный ток со стороны трансформатора Т2 находится по выражению:

Ток со стороны синхронного компенсатора:

Ток со стороны генератора и нагрузки Н1:

Остаточное напряжение в точке Г_ш:

Поскольку остаточное напряжение в точке и больше ЭДС нагрузки Н1, равной 0,8, то она не является источником питания и ее можно не учитывать.

Ток от асинхронного двигателя:

Ток от обобщенной нагрузки Н2:

Ударный ток в точке КЗ с учетом подпитки от АД ( ) и ОН₂( ) будет:

В данном случае участие АД составляет: .

Участие обобщенной нагрузки Н2: .

При более упрощенном расчете, если пренебречь нагрузкой Н1 и синхронным компенсатором СК, ток со стороны трансформатора Т2 будет:

, т. е. эта составляющая оказалась преуменьшенной на .

Дата добавления: 2015-05-19 ; просмотров: 5188 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Сверхпереходная э.д.с. и сопротивление

Ротор любого современного синхронного генератора оснащается еще одной обмоткой — демпферной (иногда говорят: успокоительным контуром). Назначение обмотки понятно из ее названия — демпфировать качания ротора около синхронной частоты вращения. Благодаря ей на валу ротора возникает момент, стремящий его к синхронной скорости всякий раз, когда эта скорость начинает изменяться.

При наличии демпферных обмоток компенсация реакции статора в продольной оси машины обеспечивается токами не только в обмотке возбуждения, но и в демпферных обмотках, благодаря чему компенсация происходит полнее, чем при их отсутствии.

В демпферной обмотке возникают токи, которые затухают значительно быстрее, чем ток в обмотке возбуждения (индуктивность демпферной обмотки существенно ниже индуктивности обмотки возбуждения).

Представим, что кроме обмотки возбуждения на роторе имеется по одной демпферной обмотке в продольной и поперечной осях. Для простоты расчетов примем, что обмотки статора и обе обмотки ротора в его продольной оси связаны между собой общим потоком взаимоиндукции Фad, который определяет реактивность продольной реакции xad. В такой машине внезапное приращение потока Фad вызовет ответную реакцию ротора, которая образуется из приращений потоков обмотки возбуждения Фfd и продольной демпферной обмотки Ф1d.

Баланс результирующих потоков должен сохраняться неизменным, т. е. будут соблюдаться следующие условия приращений величин:

— для обмотки возбуждения:

,

— для продольной демпферной обмотки:

.

Приравняв левые части выражений, получим связь между приращениями токов:

.

Совместную ответную реакцию двух обмоток в начальный момент переходного процесса можно заменить аналогичной реакцией от суммарного тока в одной эквивалентной обмотке по продольной оси ротора с реактивностью рассеяния xrd:

В итоге можно получить:

Следовательно, для получения реактивного сопротивления, которым характеризуется синхронная машина в продольной оси при внезапном нарушении режима, достаточно в выражение для x’d ввести вместо xf величинуxrd.

Сделав такую подстановку и произведя преобразования, получим продольную сверхпереходную реактивность:

В поперечной оси ротора, где имеется только демпферная обмотка, существует поперечная сверхпереходная реактивность (реактивное сопротивление):

Э.д.с. за этими реактивностями в поперечной E»q и продольной E»d осях называют сверхпереходными. Они сохраняют свои значения неизменными в начальный момент нарушения режима и в результате справедливы следующие выражения:

,

где напряжения и токи — составляющие предшествующего режима.

Следовательно, в начальный момент внезапного нарушения режима явнополюсная машина с демпферными обмотками характеризуется реактивными сопротивлениями x»d и x»q и э.д.с. Е»q и E»d. Приставка «сверх» указывает на то, что данные параметры учитывают влияние демпферных контуров.

Схема замещения синхронного генератора:

.

Таким образом, неявнополюсная синхронная машина с демпферными контурами в первый момент нарушения режима должна замещаться сверхпереходными сопротивлением x»d и э.д.с. E»q.

Рассчитываемый синусоидальный ток КЗ I” при этом будет носить имя начального значения сверхпереходного тока КЗ. Но состоять он будет из составляющих сверхпереходной, переходной и составляющей установившегося тока КЗ. После того как в демпферных контурах токи затухнут (постоянная времени T”d), останутся только переходная и составляющая установившегося тока КЗ. В конечном итоге затухнет и переходная составляющая (постоянная времени T’d) и останется только установившийся ток КЗ.

Если машина не имеет демпферных контуров, то начальное значение тока КЗ будет только переходным током I’, состоящим из составляющих переходной и установившегося тока КЗ. Когда первая составляющая затухнет, то, так же как и в первом случае, останется только установившийся ток КЗ.

Можно сказать, что синхронная машина проявляет себя на разных стадиях переходного процесса разными параметрами. Соответственно меняются ее схемы замещения. Это и приводит к тому, что периодический ток КЗ имеет в начальный момент нарушения режима одну величину и со временем затухает до установившегося значения.

Синхронную машину характеризуют следующие постоянные времени (определяемые при номинальной частоте вращения ротора):

• Td0 — постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутой обмотке статора. Это время, в течение которого напряжение разомкнутой обмотки статора затухает до 1/е = 0,368 своего начального значения после внезапного изменения режима работы машины;

• T’d — переходная постоянная времени по продольной оси при замкнутой накоротко обмотке статора. Это время, в течение которого медленно изменяющаяся составляющая продольного тока статора (переходная составляющая, связанная с изменениями потока обмотки возбуждения) затухает до 1/е = 0,368 своего начального значения после внезапного изменения режима работы машины;

• T»d — сверхпереходная постоянная времени по продольной оси при замкнутой накоротко обмотке статора. Это время, в течение которого быстро изменяющаяся составляющая продольного тока статора (сверхпереходная составляющая, связанная с изменениями потока демпферной обмотки), наблюдаемая в течение нескольких первых периодов, затухает до 1/е = 0,368 своего начального значения после внезапного изменения режима работы машины;

• Та — постоянная времени замкнутой накоротко обмотки статора. Это время, в течение которого свободная апериодическая составляющая тока КЗ затухает до 1/е = 0,368 своего начального значения после внезапного изменения режима работы машины.

Источник

Лекция 4

Вопрос 4.1 Понятие о переходных и сверхпереходных ЭДС и индуктивных сопротивлениях синхронного генератора

Рассмотрим на векторной диаграмме баланс магнитных потоков в продольной оси ротора машины в нескольких режимах:

а) режиме холостого хода;

б) нагрузочном режиме;

В режиме холостого хода машины полный поток обмотки возбуждения Ф_В, состоящий из потока рассеяния ротора Ф_Вs и полезного потока Ф_d равен результирующему магнитному потоку, сцепленному с обмоткой возбуждения Ф_Вå.

В нагрузочном режиме возникает поток реакции статора Ф_ad, определяемый его током. Появление потока Ф_ad уменьшает результирующий поток Фв_å.

В момент возникновения КЗ, при наличии рассеяния обмоток ротора, результирующий поток Ф_dd, а следовательно и результирующая э.д.с. E_dd изменяют свое значение (уменьшаются) скачком. благодаря тому, что часть намагничивающей силы, создаваемой свободным апериодическим током обмотки возбуждения, будет израсходована на создание добавочного потока рассеяния обмотки возбуждения DФ_вs и не будет участвовать в компенсации дополнительного потока реакции якоря. Это объясняется тем, что полный поток Ф_в, создаваемый током возбуждения I_в при наличии рассеяния, равен: Ф_в==Ф_d+Ф_вs.

В момент возникновения КЗ поток реакции якоря возрастает на DФ_ad0. Для компенсации приращения DФ_ad0 в обмотке возбуждения наведется дополнительный ток, который создает приращение

Так как поток DФ_вs0 замыкается по пути рассеяния обмотки возбуждения, то полной компенсации потока DФ_ad0 не получается, т. е. оказывается DФ_d0

(4.2)

Прибавив к сопротивлению х_adв сопротивление рассеяния статора х_s, получаем общее индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси в переходном режиме генератора

именуемое продольным переходным индуктивным сопротивлением генератора.

где Ф ‘ – является тем результирующим потоком ротора, который сцеплен с обмоткой статора в момент нарушения режима.

Соответственно для э.д.с., определяемых этими потоками, можно записать

(4.2)

где E ‘ _d — носит название продольной переходной э.д.с. генератора;

I_d и U_d — продольные ток статора и напряжение генератора при предшествующем режиме.

Начальное значение переходной э.д.с. Е_d0 определяется из выражения (4.2) по имеющимся значениям напряжения U_d и тока I_d для предшествующего режима.

Таким образом, учет рассеяния ротора находит свое отражение в равной мере как при определении E ‘ _d, так и х ‘ _d.

Введение перходной э.д.с. E ‘ _d и переходного индуктивного сопротивления х ‘ _d, по существу, равноценно замене синхронной машины, ротор которой имеет рассеяние, машиной с ротором без рассеяния, но с соответственно увеличенным рассеянием статора и увеличенной результирующей э д.с. в обмотке статора (рис. 4.2).

Таким образом, явнополюсная машина так же, как и неявнополюсная синхронная машина без демпферных обмоток, в переходном режиме может быть представлена ЭДС Е ‘ _d за сопротивлением х’_d так, как это показано на рис4.2.

Сверхпереходные э.д.с. и индуктивные сопротивления. По аналогии с изложенным выше установим параметры и величины, характеризующие синхронный генератор с успокоительными обмотками в момент внезапного КЗ при наличии рассеяния обмоток ротора.

Для этого рассмотрим этот генератор сперва в продольной оси. Используя принцип постоянства результирующих потокосцеплений обмоток, можно и в данном, более сложном, случае, когда имеются три магнитносвязанных обмотки, выявить ту э.д.с., которая сохраняет свое значение в момент внезапного изменения режима неизменным, и установить соответствующую ей реактивность машины.

для успокоительной обмотки (продольной)

где DФ_вd и DФ_вd — приращения полезного потока и потока рассеяния, вызванные свободным током, наведенным в обмотке возбуждения;

Из последних выражений вытекает, что добавочные потоки рассеяния обмоток ротора (возбуждения и успокоительной) равны между собой

где х_уdd — индуктивное сопротивление рассеяния продольной успокоительной обмотки.

Рисунок 4.3 – Магнитные потоки в продольной оси явнополюсного синхронного генератора с продольной успокоительной обмоткой в момент внезапного КЗ

Прибавив к нему сопротивление х_σ, связанное с потоком рассеяния обмотки статора Ф_d (см. рис. 4.3), получаем выражение для продольного сверхпереходного индуктивного сопротивления

Эти потоки обусловливают в обмотке статора соответствующие им э.д.с.:

(4.3)

где — продольная сверхпереходная э. д. с. ;

U_d и I_d — напряжение и ток предшествующего режима по продольной оси генератора;

х_d = x_ad+x_d – полное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси.

Начальное значение э.д.с. определяется из выражения (4.3), где значения напряжения U_d и тока I_d должны быть приняты теми, какими они были у машины до момента нарушения режима ее работы.

Три магнитно-связанные обмотки в продольной оси синхронного генератора могут быть представлены эквивалентной схемой замещения, представленной на рис.4.4.

Рисунок 4.4 – Эквивалентные схемы замещения синхронного генератора с успокоительными обмотками в продольной оси

1. Учет наличия рассеивания в обмотке возбуждения приводит к понятиям переходной э.д.с. и переходного сопротивления, причем x’_d х_кр , АРВ установит у генератора за некоторый промежуток времени номинальное напряжение. При этом необходимый ток возбуждения I_в будет меньше предельного
(I_в.пр > I_в>_. ). Чем больше внешнее сопротивление x_вн, тем скорее напряжение генератора под действием АРН достигнет нормального значения.

Таким образом, если при отсутствии АРВ ток установившегося режима всегда меньше начального тока короткого замыкания и лишь при весьма удаленных коротких замыканиях , то при наличии автоматического регулирования соотношение между начальным и установившимся значениями тока короткого замыкания, в зависимости от удаленности короткого замыкания может быть

Под действием АРВ ток возбуждения стремится к своему предельному значению I_в.пр и достигает его при установившемся режиме, если х_{вн £} х_кр . Как указывалось выше, при х_{вн >} х_кр, напряжение на выводах генератора при КЗ достигает через некоторое время, называемое критическим, нормального значения U_н при токе возбуждения I_в

Источник