Пояснительная записка.pdf переходные процессы

Введение

Вопрос о режимах работы узлов нагрузки является важнейшим вопросом, рассматриваемым при проектировании и эксплуатации электроустановок. Необходимо знать, способен ли узел при данных условиях сохранить нормальную работу.

Для типовой схемы обычно рассматриваются следующие условия:

1)различные эксплуатационные и аварийные изменения напряжения,

2)пуски и остановки оборудования,

3)набросы нагрузки на механизмы,

4)короткие замыкания.

Целью данной курсовой работы является изучение и расчет этих режимов работы системы.

Типовая схема, на базе которой проводится расчет, состоит из: трансформаторов Т1 и Т2, связывающих узел нагрузки с высоковольтной электрической сетью, питающейся от электростанции и мощной системы. К низшему напряжению трансформаторов Т1 и Т2 подключены две секции сборных шин, от которых отходят потребители типа асинхронных двигателей.

		Лист
Изм Лист № документ	Подп. Дата	3

1 Исходные данные
				Sс
				UС=const
			W		W
			T1		T2
		М1 М2 М3			М4 М5 М6
		Рисунок 1 - Схема электрической сети
Линии	110	кВ выполнены проводом: W (l=15км):				АС-150	с	параметрами:		n=2,
x0 = 0, 416Ом/ км.
Таблица 1 – Исходные данные узла нагрузки (тип двигателя АЗП-2000; количество
двигателей, подключенных к одной секции – 3; коэффициент загрузки двигателей -0,7)
Р,	cosϕ ,	η,	nном,	nс,	Кп,	mп,		bн,		J ,
МВт	о.е.	%	об/мин	об/мин	о.е.	о.е.		о.е.	кг·м2
2	0,9	95,8	2975	3000	5,5	1,0		2,3	75
Паспортные данные трансформаторов Т1, 2 приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Паспортные данные трансформатора ТРДН-40000/110.
			Sном, МВ·А						40
			UВН/ UНН, кВ					115/6,3
			uк, %						10,5
										Лист
Изм Лист № документ		Подп.	Дата							4

2 Анализ статической устойчивости

2.1 Составление схемы замещение и расчет ее параметров

Принимаются базисные величины: Uб = 6 кВ. Базисное напряжение, приведенное к стороне 110 кВ,

U б,110	=Uб	U	ВН	,	(1)
	U		НН

где U ВН , U НН - соответственно высшее и низшее напряжения обмоток трансформатора

Т1,2,

U б,110 = 6 1156,3 =109,5 кВ.

Параметры схемы замещения рассчитываются в относительных единицах. Сопротивление трансформатора, о.е.,

X

u

к%

U 2

S

б

т

=

ВН

,

(2)

100

Uб2,110

Sном

где Uк% - напряжение КЗ трансформатора;

U ВН , Sном - соответственно номинальные значения напряжения высшей обмотки (кВ)

и мощности (МВ·А) трансформатора Т1,2. Сопротивление линии, о.е.,

Хл = Хо l					S		б		,	(3)
					2
где l - длина участка линии, км;			Uб,110
Хо,Ом/ км - удельное реактивное сопротивление провода линии;
Мощность системы принимается бесконечно большой, поэтому xC = 0										о.е.
ЭДС системы, о.е.:
Е	=	UC				,				(4)
		Uб110
с
	E =		110						=1.
	с	109,5

Определение параметров эквивалентного асинхронного двигателя.

Критерием эквивалентности является равенство параметров всей группы исходных двигателей и параметров эквивалентах при одинаковых скольжениях.

Активная, реактивная и полная мощности эквивалентного двигателя определяются по выражениям:

				n
		Рном.э = ∑Рном. j ,					(5)
				j=1
		Qном = Pном tgϕном,					(6)
				n
		Qном.э = ∑Qном. j ,					(7)
				j=1
	S	ном.э	=	Р2	+Q2	,	(8)
				ном.э	ном.э
где Рном. j ,Qном. j , Sном. j - номинальные					активная,		реактивная, полная мощности j-го
эквивалентируемого двигателя;
							Лист
Изм Лист № документ	Подп. Дата						5

n - количество эквивалентируемых двигателей.

Рном.э = 6 2 =12 МВт;

Qном = 2 tg (arccos (0,9))= 0,97;

Qном.э = 6 0,97 =5,82Мвар;

Sном.э = 122 +5,822 =13,3 МВ А.

Коэффициент мощности эквивалентного двигателя:

cosϕном.э = Рном.э . Sном.э

cosϕном.э = 13,312 = 0,9.

Коэффициент загрузки эквивалентного двигателя:

n

kз.э = ∑kз. j ωp. j , j=1

где kз. j - коэффициент загрузки j-го эквивалентируемого двигателя;

ωp. j = Рном. j - весовой множитель j-го двигателя по активной мощности.

Рном.э

(9)

(10)

						ωp. j =	2	= 0,167;
			12
						kз.э = 6 0,167 0,7 = 0,7.				Мmax
	Кратность максимального момента эквивалентного двигателя b								=		:
								н		Мном
						n
						bн.э = ∑bн. j ωp. j ,
						j=1
	где bн. j - максимальный момент j-го эквивалентируемого двигателя.
						bн.э = 6 2,3 0,167 = 2,3.
	Номинальное скольжение эквивалентного двигателя:
						n
						sном.э ≈ ∑sном. j ωs. j ,
						j=1
	где sном. j	=		ω0 −ω		- номинальное скольжение j-го двигателя;
				ω0
	ωs. j	=	Sном. j		- весовой множитель j-го двигателя по полной мощности.
			Sном.э

(11)

(12)

sном. j = 3000 −2975			= 0,0083
	3000
ωs. j =	2, 22	= 0,167.
	13,3

sном.э ≈ 6 0,167 0,0083 = 0,0083.

Параметры схемы замещения эквивалентного асинхронного двигателя в относительных единицах, приведенных к номинальной мощности двигателя определяются по его эквивалентным параметрам:

Индуктивное сопротивление эквивалентного двигателя:

		Лист
Изм Лист № документ	Подп. Дата	6

	хs	=			1	.
			2	bн.э	cosϕном.э

Индуктивное сопротивление цепи намагничивания:

хμ =				1				.
		1		− 1−4		х2
							cosϕ2
	sinϕном.э −					s	ном.э
					2	хs

Индуктивное сопротивление ротора:

'		sном.э		2	2
r2	=		(1+	1−4 хs	cosϕном.э ).
		2 cosϕном.э

(13)

(14)

(15)

хs

=

1

= 0, 24.

2 2,3 0,9

хμ =

1

= 4,32.

0, 436 −

1−

1−4 0, 242 0,92

2 0, 24

r2'

= 0,00832 0,9 (1+

1−4 0, 242 0,92 )= 0,0088.

Определим значения активной и реактивной мощностей эквивалентного двигателя в

относительных единицах, приведенных к базисной мощности Sб

=13,3МВ А; Uб = 6 кВ.

Р =

Рном.э

=

12

=

0,9; Q =

Qном.э

= 5,82 = 0, 438.

0

Sб

13,3

0

Sб

13,3

Определим величину внешнего сопротивления в относительных единицах.

X

т1,2

=

10,5

1152

13,3

= 0,0385 .

100

109,52

40

X

л

= 0, 416 15

13,3

= 0,0069 о.е.

109,52

xвн

= xс + xт + xл = 0 +0,0385 +0,0069 = 0,0454.

Найдем эквивалентную ЭДС в исходном режиме, обеспечивающую номинальное

напряжение U0 =1 на шинах эквивалентного двигателя при его работе с мощностями Р0 ,Q0 :

Q0

xвн

2

P0 xвн

2

(16)

E0 =

U0

+

+

,

U0

U0

E0 =

0, 438 0,0454 2

0,9 0,0454 2

1+

+

=1,021.

1

1

Найдем рабочее скольжение эквивалентного двигателя s0 при Е = E0 = const ,

P0

=

E2

r' s

,

0

2

(17)

(r2' )2 + хσ2 s2

где хσ = хs + xвн

хσ = 0, 24 +0,0454 = 0, 2854 .

0,9

=

1,0212 0,0088 s

,

0,00882 +0, 28542 s2

		Лист
Изм Лист № документ	Подп. Дата	7

Решая квадратное уравнение, получаем два корня: s1 = 0,0081; s2 = 0,117 .

Отличие скольжения s0 от sном.э = 0,0083 , найденное ранее, обусловлено

преобразованием в схеме замещения, связанным с вынесением ветви намагничивания к источнику питания.

Критическое скольжение эквивалентного двигателя равно:

s		=	r'
	кр		2	.
			х
			σ
sкр =		0,0088			= 0,031.
		0, 2854

Максимальная мощность, которую двигатель развивает при скольжении sкр :

P		=			E2
					0	.
max					2 хσ
P	=			1, 0212			=1,826.
max		2		0, 2854

Величина критической ЭДС Eкр и критического напряжения:

Eкр = 2 P0 хσ .

Eкр = 2 0,9 0, 2854 = 0,716.

(18)

(19)

(20)

		U		=	E			х2	+ х2
								s	σ	.	(21)
			кр		кр			2 хσ2
U		= 0,716				0, 242 +0, 28542					= 0,662.
	кр						2 0, 28542

Для построения зависимости P = f (s) найдем значения активной мощности эквивалентного двигателя при различных значениях скольжения:

		P =			1,0212 0,0088 s				,
					0,00882 +0, 28542 s2
Результаты расчета приведены в таблице 3 и на рисунке 2.
Таблица 3 – Характеристика мощности эквивалентного асинхронного двигателя
S, о.е.	0,0081	0,031		0,1			0,117			0,3	0,5	1
P, о.е.	0,898	1,826		1,028			0,900			0,371	0,224	0,113
Определим коэффициенты запаса устойчивости:
		kзР =		Pmax − P0		100%.						(22)
					P0

kзs = sкрs−s0 100%.

0

kзЕ = E0 − Eкр 100%.

E0

kзU = U0U−Uкр 100%.

0

Изм Лист № документ

Подп. Дата

(23)

(24)

(25)

Лист

8

						kзР =		1,826 −0,9		100% =102,9%.
									0,9
						kзs = 0,031−0,0083					100% =		273,5%.
								0,0083
						kзЕ	= 1,021−0,716				100% =		30,0%.
								1,021
						kзU		= 1−0,662		100% =33,8%.
									1
P
1.995
1.9	Pmax=1,826
1.805
1.71
1.615
1.52
1.425
1.33
1.235
1.14
1.045
0.95				Po=0,9
0.855
0.76
0.665
0.57
0.475
0.38
0.285
0.19
0.095	sкр=0,031
																				s
0	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3	0.35	0.4	0.45	0.5	0.55	0.6	0.65	0.7	0.75	0.8	0.85	0.9	0.95	1
	Рисунок 2 – Характеристика мощности эквивалентного асинхронного двигателя
	2.2 Расчет пуска асинхронного двигателя
	При расчете считается, что секции шин работают раздельно (секционный выключатель
отключен). Схема замещения при пуске двигателя М1 представлена на рисунке 3.
																				Лист
Изм Лист	№ документ			Подп.		Дата														9

1

ХЛ2

2

Хт2

3

rн2

Xн2

j0,0069

j0,0385

1,79

j0,87

Е0

1

ХС

2

3

4

0

ХЛ1

4

Хт1

5

rн1

7

Xн1

1,01

j0,0069

j0,0385

2,69

j1,31

5

6

X'д1н 8

j1,09

Рисунок 3 - Схема замещения при пуске двигателя М1

Суммарное сопротивление нагрузки второй секции равно:

zн2

=

P

2

Uн2

2

(Pн2 +jQн2 )

Sб2

,

(26)

н2 +Q

н2

Uб

Pн2

= PМ 4 +PМ5 +PМ 6

= 3 2 = 6МВт.

Qн2

= QМ 4 +QМ5 +QМ 6

= 3 0,97 = 2,91Мвар.

zн2

=

6

2

62

2 (6+j2,91) 13,32

=1,79+j0,87.

+2,91

6

Суммарное сопротивление нагрузки первой секции равно:

Pн1 = PМ 2 +PМ3 = 2 2 = 4МВт.

Qн1 = QМ 2 +QМ3 = 2 0,97 =1,94Мвар.

z

н1

=

62

(4+j1,94) 13,3

= 2,69+j1,31.

42 +1,942

62

z

М1

=

62

(2+j0,97) 13,3

= 5,38+j2,61.

22 +0,972

62

Сопротивление пускаемого двигателя, Ом,

jxДп =j

1 rд2 + Xд2 ,

(27)

Кп

jxДп =j

5,382 +2, 612

= j1, 09.

5,5

Суммарные мощности всего узла составят

P∑ = 6 2 =12МВт.

Q∑ = 6 0,97 = 5,82Мвар.

В относительных единицах:

S∑ = 0,9 + j0, 438.

Sн1 = 0, 45 + j0, 219.

ЭДС системы найдем, исходя из условий обеспечения номинального напряжения на

шинах первой секции шин в нормальном режиме:

UТ+Л

=

+

(0,0069 +0, 0385) 0, 219

2

(0,0069 +0, 0385) 0, 45 2

=1, 01.

1

1

+

1

Лист

Изм Лист

№ документ

Подп.

Дата

10

E0 =

0, 0 0, 438

2

0, 0 0,9

2

1, 01+

1,01

+

1, 01

=1, 01.

Напряжение на шинах узла 5 секции в момент пуска двигателя М1 определяется,

используя данные схемы замещения по программе TKZ на ПЭВМ и равно

U5 = 0,963.

Допустимым считается напряжение (при запуске мощных двигателей) не ниже 85% от

номинального, т.е

Uдоп

= 0,85 о.е.

В расчетном случае:

U5 > Uдоп,

0,963 > 0,85.

Время пуска определяется графоаналитическим способом.

Критическое скольжение, о.е.,

s

= s

(b

+

b

2

−1) ,

(28)

кр

ном

н

н

sкр = 0, 0083 (2,3 +

2,32 −1)= 0, 036.

Графические зависимости вращающего момента от скольжения МВР=f(s) и момента

сопротивления приводимого механизма от скольжения МС=f(s) на рисунке 4 строятся по

выражениям:

2

2 bн

U ДП , при_ S ≤ Sкр,

s

+

sкр

sкр

s

М

,

(29)

вр

=

2 bн

U ДП2

2bнSкр

S −Sкр

2

s

sкр

+ M

П

−1+ S

2

U

ДП

1−S

кр

, при_ Sкр < S ≤1,

+

кр

sкр

s

Mc =Mc0 + (Кз Мсном -Мс0 )

1-s

2

(30)

,

1-sном

где bн

= 2,3 , sкр

= 0, 036 , Uдп = 0,963 , Mc0

= 0,1, Кз

= 0,7 , Мсном

=1;

2 2,3 0,9632

4,266

s

+

0,036 =

s

+

0,036,при_S≤Sкр,

s

0,036

s

0,036

Мвр =

2

s−0,036

4,266

s−0,036

2

2 2,3 0,963

+ 1−

2 2,3 0,036

=

+0,774

s

+0,036

2

0,963

1−0,036

s

+

0,036

0,964

,при_Sкр <S≤1.

1+0,036

0,036

s

0,036

s

Mc =0,1+(0,7 1-0,1)

1-s

2

1-s 2

1-0,0083

= 0,1+0,6

0,9917

.

Расчет выполняется для скольжений от s=1 до s=0. Избыточный момент Мизб=f(s),

Результаты в таблице 4.

Mизб =МВР -Мс ,

(31)

Лист

Изм Лист № документ

Подп.

Дата

11

Таблица 4 – Результаты расчета

S	Мс
0,0001	0,710
0,0061	0,703
0,015	0,692
0,03	0,674
0,036	0,667
0,06	0,639
0,075	0,622
0,09	0,605
0,1	0,594
0,2	0,490
0,3	0,399
0,4	0,320
0,5	0,253
0,6	0,198
0,7	0,155
0,8	0,124
0,9	0,106
1	0,100

М

МВР

МИЗ

Мвр	Миз
0,012	-0,698
0,703	0,000
1,515	0,823
2,098	1,424
2,133	1,466
2,004	1,365
1,820	1,198
1,654	1,049
1,559	0,965
1,063	0,573
0,910	0,511
0,856	0,537
0,843	0,590
0,847	0,649
0,861	0,706
0,881	0,756
0,903	0,797
0,927	0,827

МС

t

Рисунок 4 – Кривые пуска двигателя М1.

Установившееся значение скольжения SУСТ определяется по графикам на рисунке 4.

SУСТ=0,0061.

Время пуска, с,

	tп =TJ ∑n				si	,		(32)
			i=1	Mизб
					i
Механическая постоянная времени пускового двигателя совместно с приводимым
механизмом,
	TJ =		GD2 n n
			Σ	0	ном		,	(33)
			364 Рном
	GDΣ2	= GDдв2		+GDмех2 ,				(34)
								Лист
Изм Лист № документ	Подп. Дата							12