Общие сведения. Влияние режима короткого замыкания в электрической системе на её устойчивость

Лабораторная работа №4

Влияние режима короткого замыкания в электрической системе на её устойчивость

Цель работы

Целью работы является изучение влияния режима короткого замыкания в электрической системе на её устойчивость

Общие сведения

Режим короткого замыкания (к.з.) в электрической системе – режим при существовании в ней к.з. Он характеризуется, в частности, видом к.з. и его продолжительностью. Различают четыре основные вида к.з.: однофазное, двухфазное, двухфазное на землю и трехфазное. Продолжительность режима к.з. характеризуется временем, проходящим с момента возникновения к.з. до момента отключения участка электрической сети с к.з. Это время называется временем отключения t_{отк к.з}.

Рис. 1. Схема электрической системы

Рассмотрим режим простейшей электрической системы при к.з. в точке К в начале одной из цепей ее линии электропередачи Л (рис. 1). При этом будем считать: мощность приемной системы С бесконечно большая (U_c = const); отключены АРВ у генератора Г (Е_г = const) и регулятор турбины (М_т = const); равны нулю активные сопротивления элементов электрической системы и зарядная мощность линии Л.

При возникновении к.з. в точке К в зависимости от его вида происходит шунтирование одной, двух или трех статорных обмоток генератора Г от ЭДС Е_с фаз генератора Г_с приемной системы. Это обуславливает уменьшение токов статорных обмоток генератора и определяемой ими индукции В_с магнитного поля, что, в свою очередь, согласно закону Ампера приводит к уменьшению создаваемого генератором электромагнитного момента М, то есть к появлению на валу турбоагрегата избыточного ускоряющего момента Δ M = M_т – М, действие которого может привести к нарушению устойчивости генератора, а значит и электрической системы в целом. Уменьшение электромагнитного момента генератора происходит при любой развиваемой им активной мощности (любом угле δ), что обуславливает расположение характеристики момента генератора при к.з. (в аварийном режиме) ниже аналогичной характеристики до к.з. (в нормальном режиме). Очевидно, что при трехфазном к.з. имеет место полное шунтирование статорных обмоток генератора от приемной системы и поэтому генератор не создает никакого электромагнитного момента и его характеристика менее всего отличается от характеристики момента нормального режима (рис. 2).

Рис. 2. Характеристика моментов генератора, при различных видах к.з.

Характеристики момента и генератора соответственно при двухфазном и двухфазном на землю к.з. занимают промежуточные положения (рис. 2).

Описание электрической схемы соединений

Электрическая схема соединения приведена на рис. 3. Обмотка возбуждения машины постоянного тока, используемой как первичный двигатель М1 с независимым возбуждением, присоединена к нерегулируемому выходу «ВОЗБУЖДЕНИЕ» источника G2, к регулируемому выходу «ЯКОРЬ» которого присоединена якорная обмотка этой же машины. Вход питания источника G2 присоединен с помощью электрического шнура к розетке «3800 В» трехфазного источника питания G1.

Обмотка ротора машины переменного тока, используемая как синхронный генератор G4, через гнезда «F1», «F3» присоединена к выходу возбудителя G3, вход питания которого присоединен с помощью электрического шнура к розетке “220 В” трехфазного источника питания G1.

Фазы статорной обмотки генератора G4 через блок синхронизации A2, трехфазную трансформаторную группу A1 с напряжением 230/230 В, через параллельно включенные модели линии электропередачи A3, A4, трехфазную трансформаторную группу A5 с напряжением обмоток 230/230 В и трехполюсный выключатель А8 присоединены к выходу трехфазного источника питания G1. По концам модели линии электропередачи A3 включены трехполюсные выключатели A6, A7. Для моделирования коротких замыканий в начале модели линии электропередачи A3 включен по схеме короткозамыкателя выключатель A9.

Частоту вращения генератора G4 можно контролировать с помощью указателя P1, соединенного с выходом преобразователя угловых перемещений G5.

Рис. 3. Электрическая схема соединения

Рис. 3 Электрическая схема соединения (продолжение)

Величину и частоту напряжений генератора G4 и сети можно контролировать с помощью измерителя напряжений и частот P2.

Указатель угла нагрузки синхронной машины P4 использован для получения сигнала, пропорционального углу нагрузки генератора G4.

Для регистрации тока генератора одна из его фаз (W) включена в схему через трансформатор тока, расположенный в блоке измерительных трансформаторов тока и напряжения A14. При превышении этим током значения уставки срабатывает защита, формирующая сигнал на отключение выключателей A6 и A7.

Цепи управления выключателей A6, A7 через терминал A10 присоединены к цифровым выходам DO0 и DO1 блока A13. Нормальноразомкнутые блок-контакты этих выключателей соединены последовательно и через терминал A10 подключены к цифровому входу DI6 блока A13.

Выход указателя P4 угла нагрузки синхронной машины подключен к аналоговому дифференциальному входу ACH0-ACH8 коннектора A11. Входной делитель данного входа установлен в положение «1: 1». Вторичная обмотка включенного в силовую схему трансформатора тока блока A14 подключена к аналоговому входу ACH1-ACH9 коннектора. Делитель этого входа установлен в положение «1: 10». Коннектор A11 с помощью ленточных проводников присоединен к плате сбора данных компьютера A12 и блоку A13.

Перечень используемой аппаратуры приведен в табл. 1:

Таблица 1. Перечень аппаратуры