Что произойдет в системе при внезапном включении мощного потребителя

ЛЕКЦИЯ 7. ПРОЦЕССЫ В ЭЭС ПРИ ВНЕЗАПНОМ ИЗМЕНЕНИИ НАГРУЗКИ

При резком изменении нагрузки синхронного генератора возникают отклонения напряжения на шинах электростанции и частоты вращения приводных двигателей, что оказывает вредное влияние на работу потребителей электроэнергии. Поэтому для повышения качества электроэнергии необходима автоматическая стабилизация напряжения и частоты в ЭЭС. Разные системы возбуждения и регулирования напряжения СГ обеспечивают разное качество электроэнергии. Расчеты изменения напряжения СГ в динамическом режиме могут производится различными методами – аналитическим, графоаналитическим и с применением ЭВМ. Обычно расчеты отклонения напряжения производятся для следующих режимов:

-включение статической нагрузки;

-включение импульсной нагрузки;

— пуск асинхронного двигателя;

— переключение группы вращающихся асинхронных двигателй;

— грубой и точной синхронизации.

Качество напряжения в переходных режимах принято контролировать по координатам графика переходного процесса ( кривая на рис.7.1).

Рис. 7.1 Временная диаграмма провала напряжения СГ

Координаты переходного процесса означают:

А – начало переходного процесса( начало изменения тока нагрузки);

В – максимальный провал напряжения в ходе переходного процесса;

D – окончание переходного процесса.

Для количественной оценки переходного процесса выбраны следующие величины (координаты):

_o – начальное изменение напряжения ( точка А);

_m – максимальное изменение напряжения ( точка В);

t_в – время первого восстановления напряжения до уровня, допустимого в установившемся режиме ( точка С);

Вышеозначенные параметры нормируются Правилами эксплуатации ЭЭС, чтобы обеспечивалась нормальная работа всех потребителей. Особенно это относится к ∆u_m, t_в, и t_у.

Рассмотрим процесс изменения напряжения СГ при прямом пуске асинхронного короткозамкнутого двигателя, В процессе пуска двигателя его пусковой ток ( больше в 5-7 раз номинального) изменяется незначительно, имеет индуктивный характер и снижается лишь в конце процесса разгона ( рис.7.2). Это позволяет рассматривать наброс асинхронной нагрузки как включение некоторого постоянного индуктивного сопротивления х_д. В этом случае процессы в СГ аналогичны тем, которые имеют место при внезапном к.з. Проникновение потока реакции статора в ротор соответствует тому, что индуктивное сопротивление генератора в неустановившемся режиме не остается постоянным: вначале оно равно х ” _d (сверхпереходный режим), затем увеличивается до x’_d (переходный режим) и, наконец, достигает значения x_d ( установившийся режим).

Рис.7.2 Характер изменения пускового тока в процессе разгона асинхронного двигателя.

Рис.7.3 Изменение напряжения синхронного генератора а) и напряжения возбуждения б) после включения нагрузки

Под действием САРН происходит нарастание напряжения на обмотке возбуждения и соответственно нарастания напряжения на зажимах генератора. ( по кривой 2). Нарастание напряжения возбуждения происходит по эспоненциальной кривой ( рис 7.3б ) Эта кривая характеризуется значением потолочного напряжения u_п и скоростью нарастания напряжения К. Скорость К (В/с) показывает на сколько вольт увеличилось напряжение в течение 0.5 с с момента начала его нарастания. В целях упрощения расчетов прцесс нарастания напряжения возбуждения принимают прямолинейным (К = tg α) в соответствии с формулой u_в =Кt. Коэффициент К имеет разные значения в зависимости от типа систем возбуждения генератора. Для генераторов с возбудителем постоянного тока К = 4÷ 6 ( в относительных единицах), для генераторов с самовозбуждением К > 15.

Значение максимального провала напряжения определяется интенсивностью затухания переходного процесса в генераторе ( кривая 1) и быстродействием САРН (кривая 2).

Источник

Включение мощных потребителей

Система Delomatic обеспечивает включение до трех мощных потребителей в зависимости от нагрузки на ГЭРЩ.

При получение запроса на запуск мощного потребителя НС_n, его включение на шины задерживается до тех пор, пока не будет обеспечен достаточный ожидаемый резерв мощности в соответствии с уставкой «Load start limited» (минимальный запас мощности на шине: ГЭРЩ) с учетом номинальной мощности запускаемого потребителя НС_n. Номинальная мощность потребителя задается с ПУ оператором с помощью уставки «НС_n МАХ. POWER».

После достижения на шинах ГЭРЩ необходимого резерва мощности для включения НС_n, по истечении заданной выдержки времени происходит его подключение. Выдержка времени («DELAY АСК. НС_n») необходима для того, чтобы запустившийся генератор успел принять на себя нагрузку до включения мощного потребителя.

Запросы на одновременное включение мощных потребителей обрабатываются в соответствии с приоритетом потребителей – сначала первый, затем другие, в порядке очереди. Поэтому потребитель с высшим приоритетом должен подключаться к Delomatic как НС 1.

При поступлении запроса на включение мощного потребителя системой Delomatic выполняются следующие шаги:

– производится расчет ожидаемого резерва мощности с учетом включения мощного потребителя;

– если ожидаемый резерв мощности на шинах окажется ниже заданного уставкой «LOAD START LIMIT», формируется РМS-команда на запуск следующего в очереди генератора;

– в случае, если ожидаемый резерв мощности окажется меньше 0, блокируется задержка времени «DELAY АСК. НС» до тех пор, пока после запуска и подключения к шинам ГЭРЩ очередного генератора не будет рассчитан новый ожидаемый резерв мощности;

– после достижения на шинах ГЭРЩ необходимого запаса мощности начинается отсчет времени, заданного таймером «DELAY АСК НС_n»;

– по истечении выдержки времени, если резерв мощности на шинах по-прежнему достаточен, на пускатель мощного потребителя передается команда подтверждения пуска.

Процесс пуска мощного потребителя, для случая, когда ожидаемый резерв мощности на шинах ГЭРЩ окажется меньше 0, представлен на рис. 166, где приняты обозначения:

1 – запрос старта мощного потребителя НС_n (его мощность 250 кВт) и команда РМS на пуск резервного ДГ;

2 – резервный генератор подключается к шинам ГЭРЩ, запускается выдержка времени «DELAY АСК. НС_n»;

3 – окончание выдержки времени «DELAY АСК. НС_n », разрешение пуска НС_n;

Для расчета ожидаемой резервной мощности Р_рез при заявке на пуск мощного потребителя НС_n в системе Delomatic используется два вида сигналов обратной связи: дискретный (замкнутые контакты); аналоговый (0–10 В; 2–10 В; 0–20 mА; 4–20 mА постоянного тока). Переключение типа сигнала осуществляется с помощью специальной перемычки в модуле IРМ-1.

Выбор типа сигнала зависит от типа мощного потребителя. Если потребитель представляет собой переменную нагрузку, например кран, то необходимо использовать аналоговый сигнал обратной связи. Если потребитель – постоянная нагрузка, то можно использовать дискретный сигнал, изменяющий свое состояние в соответствии с состоянием автомата потребителя. Разомкнутые контакты соответствуют включенному положению автомата потребителя.

Рис. 166. Диаграмма процесса пуска резервного ДГ

при заявке на пуск мощного потребителя НСn

В определенных случаях возможно шунтирование дискретного сигнала обратной связи с помощью специально устанавливаемой перемычки, что приведет к формированию постоянного резерва мощности на шинах ГЭРЩ, соответствующего мощности данного потребителя (то есть считается, что автомат потребителя постоянно разомкнут, а резерв мощности поддерживается на шинах до момента включения данного потребителя).

Для всех аналоговых сигналов обратной связи предусмотрен автоматический контроль состояния соединений. Уставка срабатывания составляет 20% от номинальных значений сигналов обратной связи. Соединение считается нарушенным, если значение сигнала обратной связи не превышает 20% установленной мощности данного потребителя.

Во избежание ложных срабатываний, все неиспользуемые каналы сигналов обратной связи должны быть установлены, как дискретные, посредством перемычек.

Рассмотрим более подробно непосредственно процесс пуска мощного потребителя для случаев использования дискретного и аналогового сигналов обратной связи. Сигнал запроса пуска мощного потребителя НСn «SТАRТ REQUEST НСn» должен присутствовать на входе «START REQUEST НСn» модуля IРМ-1 DGU-Мастера в течение всего промежутка времени, когда требуется работа данного потребителя.

При запросе на пуск мощного потребителя происходит активизация соответствующего входного сигнала «START REQ. НСn», что приводит к началу выполнения функции запуска.

Система Delomatic передает сигнал подтверждения пуска на пускатель потребителя, после появления на шинах необходимого запаса мощности, по истечении выдержки времени «DELAY АСК. НСn». Длительность данного сигнала составляет 2 с. При изменении состояния дискретного сигнала «НС по. п POWER FEEDBACK» (подтверждение подключения потребителя) на входе модуля IРМ-1 с замкнутого на открытое, потребитель считается подключенным к шинам ГЭРЩ (рис. 167).

Рис. 167. Использование дискретного сигнала обратной связи

Резервирование мощности осуществляется, если на вход «START REQ.НСn» подается активный сигнал, а сигнал на входе «НС по. п POWER FEEDBACK» соответствует разомкнутому состоянию автомата потребителя.

Если в качестве сигнала мощности потребителя используется аналоговый сигнал, то при запросе на запуск мощного потребителя происходит активизация соответствующего входного сигнала «START REQ. НСn», что приводит к выполнению функции запуска, (рис. 168).

Рис. 168. Использование аналогового сигнала обратной связи

Сигнал запроса на запуск должен присутствовать на входе «START REQ. НС_n» в течение всего промежутка времени, когда требуется работа заданного потребителя. Учет мощности данного потребителя при расчете ожидаемого резерва мощности прекращается, когда снимается активный сигнал со входа «START REQ. НСn» и потребитель останавливается. Иными словами, резервирование мощности на Грт осуществляется в течение всего времени работы соответствующего потребителя.

Резерв мощности на ГЭРЩ формируется с учетом реальной мощности, потребляемой данным потребителем, что позволяет оптимизировать работу электростанции (см. рис. 168).

Сигнал разрешения запуска «START АСК. НС_n» длитель-ностью 2 с, формируемый DGU-Мастером, передается на пускатель мощного потребителя при обнаружении достаточного резерва мощности с выдержкой времени, задаваемой оператором.

Дата добавления: 2016-02-02 ; просмотров: 1232 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

В данной статье будут рассмотрены общие принципы функционирования электросети, негативные процессы, происходящие на линиях электроснабжения и различные методы защиты оконечного оборудования.

Единая энергосистема

Почти все электростанции России объединены в единую федеральную энергосистему, которая является источником электрической энергии для большинства потребителей. Важнейшим и обязательным компонентом любой электростанции является трехфазный турбогенератор переменного тока. Три силовые обмотки генератора индуцируют линейное напряжение. Обмотки симметрично расположены по окружности генератора. Ротор генератора вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту, а линейные напряжения сдвинуты относительно друг друга по фазе. Фазовый сдвиг постоянен и равен 120 градусам. Частота переменного тока на выходе генератора зависит скорости вращения ротора, и в номинале составляет 50 Гц.

Напряжение между линейными проводами трехфазной системы переменного тока называется линейным. Напряжение между нейтралью и любым из линейных проводов называется фазным. Оно в корень из трех раз меньше линейного. Именно такое напряжение (фазное 220 В) подается в жилой сектор. Линейное напряжение 380 В используется для питания мощного промышленного оборудования. Генератор выдает напряжение в несколько десятков киловольт. Для передачи электроэнергии, с целью уменьшения потерь, напряжение повышают на трансформаторных подстанциях и подают в Линии Электропередачи (далее ЛЭП). Напряжение в ЛЭП составляет от 35 кВ для линий малой протяженности, до 1200 кВ на линиях протяженностью свыше 1000 км. Напряжение повышают с целью уменьшения потерь, которые напрямую зависят от силы тока. С другой стороны, напряжение ограничивается возможностью изоляции воздуха для ЛЭП и диэлектрика кабеля для кабельных линий. Достигнув крупного потребителя (завод, населенный пункт) электроэнергия опять попадает на трансформаторную подстанцию, где трансформируется в 6–10 кВ, которые уже пригодны для передачи по подземным кабелям. У каждого многоквартирного жилого дома, или административного здания стоит трансформаторная подстанция, которая выдает на выходе предназначенные для потребителя 380 В линейного напряжения и, соответственно, 220 В фазного. В подстанцию типично заводят два или три высоковольтных кабеля, что позволяет оперативно восстановить электроснабжение, в случае повреждений на высоковольтном участке трассы. В зависимости от вида подстанции, это может происходить автоматически, полуавтоматически — по команде диспетчера с центрального пульта, и вручную — приезжает аварийка и электрик переключает рубильник. Подстанция также может выполнять функцию регулятора напряжения, переключая обмотки трансформатора, в зависимости от нагрузки. В России на подстанциях применяют схему с заземленной нейтралью, то есть нейтральный (часто называемый нулевым) провод заземлен. По зданию разводка кабеля происходит пофазно, как с целью распараллеливания нагрузки, так и с целью удешевления оборудования (счетчиков, автоматов защиты). Подстанция в сельской местности и для небольших домов представляет собой обычно трансформаторную будку или просто трансформатор внешнего исполнения. Именно поэтому, на исправление аварии в таком месте отводятся сутки. Автоматической регулировки напряжения такие подстанции не имеют, и выдают номинал обычно в часы минимальных нагрузок, в остальное время занижая напряжение.

Нормы качества для электросетей

Документом, устанавливающим нормы качества электроэнергии в России, является ГОСТ 13109-97 принятый 1 Января 1999г. В частности, в нем установлены следующие «нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения«.

Таким образом, даже при нормальном функционировании электросети использование устройств ИБП для компьютерной техники является обязательным, как для защиты целостности данных, так и для обеспечения исправности оборудования. С точки зрения электроснабжения, все потребители делятся на три категории. Для наиболее массовой категории наших читателей, проживающих в домах с числом квартир более восьми или работающих в офисных зданиях с числом сотрудников более 50 актуальна вторая категория. Это означает максимальное время устранения аварии один час и надежность 0,9999. Третья категория характеризуется временем устранения аварии 24 часа и надежностью 0,9973. Первая категория требует надежности 1 и временем устранения аварии 0.

Виды негативных воздействий в электросети

Все негативные воздействия в электросети делятся на провалы и перенапряжения.

Импульсные провалы обычно вызываются перегрузкой оконечных линий. Включение мощного потребителя, такого как кондиционер, холодильник, сварочный аппарат, вызывает кратковременную (до 1-2 с) просадку питающего напряжения на 10–20%. Короткое замыкание в соседнем офисе или квартире может вызвать импульсный провал, в случае, если вы подключены к одной фазе. Импульсные провалы не компенсируются подстанцией и могут вызывать сбои и перезагрузки компьютерной и другой насыщенной электроникой техники.

Постоянный провал, то есть постоянно или циклично низкое напряжение обычно вызвано перегрузкой линии от подстанции до потребителя, плохим состоянием трансформатора подстанции или соединительных кабелей. Низкое напряжение негативно отражается на работе такого оборудования как кондиционеры, лазерные принтеры и копиры, микроволновые печи.

Полный провал (блекаут), это пропадание напряжения в сети. Пропадание до одного полупериода (10 мс) должно по стандарту выдерживать любое оборудование без нарушения работоспособности. На подстанциях старого образца переключения регулятора напряжения или резерва могут достигать нескольких секунд. Подобный провал выглядит как «свет мигнул». В подобной ситуации все незащищенное компьютерное оборудование «перезагрузится» или «зависнет».

Перенапряжения постоянные — завышенное или циклично завышенное напряжение. Обычно является следствием так называемого «перекоса фаз» — неравномерной нагрузки на разные фазы трансформатора подстанции. В этом случае на нагруженной фазе происходит постоянный провал, а на двух других постоянное перенапряжение. Перенапряжение сильно сокращает срок службы самого разного оборудования, начиная от лампочек накаливания… Вероятность выхода из строя сложного оборудования при включении значительно увеличивается. Самое неприятное постоянное перенапряжение — отгорание нейтрального провода, нуля. В этом случае напряжение на оборудовании может достигать 380 В, и это практически гарантирует выход его из строя.

Временное перенапряжение бывает импульсным и высокочастотным.

Импульсное перенапряжение может происходить при замыкании фазовых жил силового кабеля друг на друга и на нейтраль, при обрыве нейтрали, при пробое высоковольтной части трансформатора подстанции на низковольтную (до 10 кВ), при попадании молнии в кабель, подстанцию или рядом с ними. Наиболее опасны импульсные перенапряжения для электронной аппаратуры.

Высокочастотное перенапряжение характеризуется наличием в силовом кабеле паразитных колебаний высокой частоты. Может нарушить работу высокочувствительной измерительной и звукозаписывающей аппаратуры.

Способы противодействия негативным воздействиям

В нижеприведенную таблицу сведены все виды негативных воздействий в электросети и технические методы борьбы с ними.

Следует отметить, что современные качественные ИБП имеют в своем составе сетевой фильтр и ограничитель напряжения. Время реакции и переключения на батарею достаточно мало для обеспечения надежной бесперебойной работы любых электронных устройств. Использование отдельных стабилизаторов может быть оправданно при большом количестве оборудования, так как цена стабилизатора на 10 КВт примерно равна цене ИБП на 1КВт. Использование отдельного сетевого фильтра гораздо менее оправданно. ИБП не предназначены для систем, требующих непрерывного функционирования. Если мощность такого оборудования превышает 1 КВт, оптимальным решением будет использование автономного дизельного генератора.

Источник

Синхронный генератор

Везде в мире применяется только этот тип генератора. Изложим принцип его работы.

Ротор генератора, на котором уложена обмотка возбуждения, приводится во вращение от турбины. Обмотка возбуждения через щетки и контактные кольца питается от источника постоянного тока (машина – генератор постоянного тока или статический кремниевый выпрямитель).

Через полюса ротора создается постоянное во времени магнитное поле, вращающееся вместе с ротором. Пересекая контуры обмотки, уложенной на неподвижной части генератора – статоре, магнитное поле, в соответствии с принципом электромагнитной индукции, наводит в обмотке ЭДС. Обычно на статоре укладываются три обмотки, сдвинутые в пространстве по окружности на 120 градусов одна относительно другой. В этом случае наводится система ЭДС – трехфазная. При подключении к трехфазной обмотке статора нагрузки в ней возникает соответствующий ток нагрузки. Так осуществляется преобразование механической энергии турбины в электрическую энергию.

Рис. 2. Схема синхронного генератора

Конструктивная схема шестиполюсного СГ представлена на рис. 2. Показаны сечения обмоток одной фазы (три обмотки, соединенные последовательно). В показанные на рисунке свободные пазы укладываются обмотки двух других фаз. Фазы соединяются в звезду или треугольник.

Трансформатор

Трансформатор–это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования одной системы тока и напряжения в другую систему. Поток электрической энергии, проходя через трансформатор, уменьшается на величину потерь в нем (для мощных трансформаторов – это доли процента от передаваемой мощности).

Повышающий трансформатор устанавливается после генератора в начале линии электропередач (ЛЭП), понижающий – в конце. Необходимость применения повышающего и понижающего трансформаторов поясняется примером. От Новочеркасской ГРЭС до Ростова проведена двухцепная (т. е. две трехфазные линии параллельно) ЛЭП напряжением 220 кВ. Генераторное напряжение 22 кВ подается на соответствующую обмотку трансформатора; с вторичной обмотки снимается напряжение 220 кВ, энергия при таком напряжении передается по ЛЭП. В Ростове, в конце ЛЭП, на приемных городских подстанциях напряжение через понижающие трансформаторы понижаются до напряжений 110, 35, 10 кВ, и энергия распределяется по промышленным предприятиям и жилым районам.

Передаваемая активная мощность Р = 300 МВт. При работе одной из двух цепей (вторая, допустим, в ремонте) и cosj = 0,85 ток в фазе находим из выражения :

,

где – линейное напряжение;

– ток в фазе;

cosj – коэффициент мощности.

Потери рассчитываются по формуле

,

где – плотность тока, А/м 2 ;

– удельное электрическое сопротивление для материала провода (алюминий) при расчетной температуре 70 °С, Ом м;

Ом·м;

Для ЛЭП напряжением 220 кВ (при длине ЛЭП 50 км) потери будут равны:

кВт,

что составляет 2 % от передаваемой мощности.

При напряжении 22 кВ (генераторное напряжение) потери увеличатся в 10 раз и составят 61500 кВт, т. е. 20 % от передаваемой мощности – это совершенно неприемлемо,

Для сечения провода 5000 мм 2 (на фазу) потребовались бы специальные (очень тяжелые) опоры и изоляторы (стандартные изоляторы такой нагрузки не выдержат).

Таким образом, вариант ЛЭП с напряжением 22 кВ совершенно неприемлем – как технически, так и экономически (слишком велики затраты на проводниковый материал и на потери).

Чем бльший поток мощности передается и чем больше длина передачи – тем более высокое напряжение приходится применять.

Необходимость понижения напряжения объясняется следующими факторами. Поясним это на примере. В Ростове, от городских районных подстанций распределять энергию по десяткам промышленных предприятий и жилых районов – при напряжении 220 кВ – затруднительно из-за того, что слишком много городской территории будет занято полосами отчуждения под опоры ЛЭП (чем больше напряжение, тем шире полоса отчуждения). Подавать энергию под высоким напряжением непосредственно в цеха опасно для людей.

В нашей стране в ЭЭС принята трехфазная система переменного синусоидального тока при частоте 50 Гц. При напряжениях 110 кВ и выше нейтраль глухо заземлена; при напряжениях 6,10,35 кВ нейтраль изолирована от земли. В первом случае уровень изоляции всех элементов ЭЭС можно выбирать в раз меньше, чем во втором. Но зато в первом случае выше уровень токов коротких замыканий, из-за чего приходится выбирать более мощные выключатели, ставить в некоторых случаях токоограничивающие реакторы.

Выключатели

Выключатели – это коммутирующие аппараты, предназначенные для включения – отключения электрических нагрузок в нормальных и аварийных режимах. Коммутация происходит в течение нескольких сотых долей секунды. При затягивании во времени отключения токов коротких замыканий могут не выдержать, перегореть обмотки электрических машин, трансформаторов, провода воздушных ЛЭП, кабельные линии (у кабелей раньше всего загорится изоляция). Таким образом, выключатели (воздушные, масляные, элегазовые, вакуумные) – очень ответственные аппараты.

Объединение множества электрических станций, синхронных генераторов на параллельную работу – в систему – повышает надежность электроснабжения, позволяет выравнивать график нагрузки в целом системы за счет так называемого широтного эффекта (дополнительные потоки мощности направляются в те части ЭЭС, где в данный момент имеет место пик нагрузки, а пик этот перемещается за счет разных часовых поясов). В системе легче преодолевать аварии (взаимопомощь разных станций). Однако так называемые «реформы» Чубайса, направлены на разъединение системы на множество блоков, что неизбежно приведет к снижению её надежности.

Вопросы и задачи для самоконтроля

2.1. Основные типы электрических станций и принципы их работы?

2.2.Что произойдет в системе при внезапном включении мощного потребителя?

2.3. Что произойдет при внезапном отключении потребителя?

2.4. Вычислите токи на стороне генератора и ЛЭП при передаче мощности 300 000 кВт (один блок) от Новочеркасской ГРЭС в Ростов. Напряжение генератора 22 кВ, напряжение ЛЭП 220 кВ; cos =0,85.

2.5. Какое принципиальное преимущество имеют большие электроэнергетические системы (например, Единая система Европейской части России) по сравнению с малыми (например, автономная система Сахалина)?

Глава 3. Потребители электрической энергии

В настоящее время существует огромное разнообразие потребителей электрической энергии, количество которых увеличивается. Научно-технический прогресс в основном идет за счет применения электрической энергии. Вместе с тем используются и потребители, применение которых началось многие десятки лет назад и даже более ста лет назад.

Ниже приводится краткая характеристика основных потребителей, которые питаются от системы электроснабжения.

Дата добавления: 2020-10-14 ; просмотров: 77 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник