 |
Определение коэффициента несимметрии
|
|
|
|
При коротких замыканиях
На несимметрию, возникающую в различных ветвях схемы при коротких замыканиях, помимо вида несимметричного КЗ, см. табл. 1, оказывает влияние близость расположения соответствующей ветви к точке КЗ, схема включения обмоток трансформаторов в данной ветви (если они имеются). Существенное влияние на степень несимметрии при несимметричных КЗ оказывает так называемый режим нейтрали. Нейтральная точка трансформатора на стороне обмоток, соединенных в звезду, может замыкаться через некоторое сопротивление, или быть глухозаземленной. От схемы включения обмоток трансформатора и режима нейтрали зависит сопротивление цепи току нулевой последовательности, см. (5.3). На рис. 5.4 приведена схема включения трансформатора Y0/Δ, который связывает генераторную станцию с линией электропередачи; там же показана схема замещения для тока нулевой последовательности.
Рис. 5.4
Трансформатор включается в схему замещения сопротивлениями обоих обмоток X I и X II, цепь заземления – сопротивлением 3 X з. Замыкание на землю точки II на схеме замещения показывает, что в цепи за треугольником ток I 0II отсутствует. При этом ток I 0II 
I 0I, так как током намагничивания часто можно пренебречь, положив I μ0 0. Ток нулевой последовательности, как видим, не может протекать при отсутствии заземления, то есть при X N = 
. Отсутствие заземления, кроме того, приводило бы к резким перекосам напряжения в системе в случае замыканий на землю в линии передачи. Токи нулевой последовательности замыкаются внутри «треугольника» и не выходят за его пределы. Таким образом, соединение трансформаторов по схеме Y0/Δ, исключает прохождение токов нулевой последовательности в цепях за пределами ЛЭП, ограниченной трансформаторами с заземленными нейтралями.
|
|
|
Токи обратной последовательности, как и токи прямой последовательности, проходят через трансформаторы независимо от порядка следования фаз и способа соединения обмоток. Вследствие этого трансформаторы для токов прямой и обратной последовательностей обладают одинаковым сопротивлением. В генераторах токи обратной последовательности, протекая по фазным обмоткам статора, создают так называемое обратновращающееся или инверсное поле. В контурах ротора (в обмотке возбуждения, демпферных обмотках, массивном железе ротора) обратновращающееся поле индуктирует ЭДС с частотой 2 f =100 Гц. Под воздействием этих ЭДС образуются токи, которые вызывают дополнительные потери и нагрев ротора. Учитывая, что температурный режим в мощных генераторах расчитывается и поддерживается с очень большой точностью, дополнительный нагрев от токов обратной последовательности регламентируют путем ограничения коэффициента несимметрии. Для турбогенераторов коэффициент несимметрии по току обратной последовательности ограничен пределами 8…12 % тока прямой последовательности (а точнее, от величины номинального тока). При несимметричных КЗ коэффициент несимметрии по току обратной последовательности может намного превышать допустимое значение в 8…12 %. Аналогичная картина имеет место и для потребителей: синхронных и асинхронных двигателей. Замыкаясь по статорным обмоткам токи обратной последовательности вызывают дополнительные потери в роторе, снижение КПД, вибрацию.
Наряду с оценкой несимметрии по содержанию токов обратной последовательности существуют оценки, характеризующие амплитудный перенос по фазам: различие токов в линейных проводах. Оценка заключается в определении отношения небаланса токов по фазам к среднему значению тока фаз:
|
|
|
. (5.5)
Ток нулевой последовательности, протекающий в цепи нейтрали, легко определяется по амперметру, включенному в нейтральный провод. Так как через нейтральную цепь при несимметрии протекает ток всех трех фаз, то истинное значение тока нулевой последовательности I 0 находят делением:
(5.6)
Важно отметить, что определение характеристик несимметрии представляет интерес из–за опасного, в том или ином отношении, влияния несимметрии на нормальную работу электрической системы. Такое влияние заключается в следующем:
- в возникновении в замкнутых контурах ротора генератора тока с частотой 100 Гц, индуктируемых полями от токов обратной последовательности в статоре и вызывающих дополнительный нагрев ротора, а также повышенную вибрацию и шум машины;
- образовании напряжений, и токов обратной последовательности в фазах асинхронных и синхронных двигателей, что вызывает в них дополнительные потери и нагрев, снижение КПД, вибрацию, шум;
- уменьшении напряжения прямой последовательности у потребителей, при котором увеличиваются нагрузочные токи, а перегрузочная способность машин снижается;
- образовании в аварийных цепях токов, которые превышают длительно допустимые (КЗ есть КЗ!);
- возникновении больших по площади контуров цепей тока нулевой последовательности, способных создавать сильные переменные магнитные поля, отрицательно влияющие на линии связи, работу автоматики и безопасность обслуживания телекоммуникаций;
- возможности возникновения резонансных перенапряжений в случаях, когда индуктивность заземления и распределенная емкость линий образуют резонансный контур.
Степень негативного влияния несимметрии на элементы системы зависит от характеристики несимметрии и количественно возрастает с увеличением токов и напряжений обратной и нулевой последовательностей.
Схема установки
Установка для исследования несимметричных режимов при КЗ собирается в виде электрической системы, в которой генераторная станция Г1 работает параллельно с мощной приемной системой С через двухцепную или одноцепную линию электрической передачи (ЛЭП), или автономно с другим генератором Г2. На схеме рис. 5.5 показаны приборы, позволяющие контролировать токи и напряжения по фазам, а также измерять токи в месте КЗ, и оценивать токи нулевой и обратной последовательностей.
|
|
|
С помощью измерительного прибора ИП определяется величина тока обратной последовательности, протекающего в цепях статора генератора. Для такого определения предварительно производится градуировка измерительного прибора. При градуировке устанавливается соответствие между током ИП I ип и током обратной последовательности в обмотке статора генератора I 2г (см. лаб. раб. № 4).
С помощью комплекта К505, включенного в генераторную ветвь за выключателем В1, можно производить пофазное измерение линейных токов и фазных напряжений (напряжение между линейными проводами и искусственным нулем) в генераторной ветви до трансформатора Т1.
Включенный в цепь нейтрального провода трансформатора Т1 (Т2) амперметр АN позволяет определять утроенное значение тока нулевой последовательности.
Токи и напряжения в линии передачи до точки КЗ К(n) со стороны генератора определяются с помощью амперметров АА, В, С, включенных в каждый линейный провод, и вольтметра VA,B,C, подключаемого к каждому фазному проводу с помощью переключателя.
Ток короткого замыкания I к между поврежденными фазами или между фазой и «землей» измеряется амперметром Ак (в блоке КЗ).
Несимметричное короткое замыкание осуществляется с помощью блока КЗ, рис. 5.6.
Сопротивление дуги имитируется активными сопротивлениями r д, сопротивление нейтрального провода (земли) – сопротивлением R N.
Схема управления блоком К3 позволяет нажатием кнопок К(1), К(2) и К(1.1) создавать несимметричные КЗ соответствующего вида. При нажатии кнопки К(1) будет замкнут контакт К1, при нажатии К(2) – контакт К2, при К(1.1) – контакты К1 и К2, при К(3) – контакты К2 и К3. Место подключения блока К3 к линии передачи выбирается при сборке схемы.
Рис. 5.6
|
|
|
