Моделирование режимов трехфазно-однофазных электрических систем при синхронных качаниях генераторов

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Закарюкин В.П., Крюков А.В., Арсентьев М.О. УДК 621.311

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ ТРЕХФАЗНО-ОДНОФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ СИНХРОННЫХ КАЧАНИЯХ ГЕНЕРАТОРОВ

Введение. При возмущениях в электроэнергетических системах (ЭЭС) могут возникать периодические изменения фазовых углов генераторов, так называемые синхронные качания [1]. На рис. 1 представлена экспериментально полученная зависимость = 8у (^),

где - разность фаз на отправном и приемном концах ЛЭП 400 кВ [2]. График показывает, что максимальная разность фазовых углов достигает 105о.

Рис. 1. Изменения разности фаз на приемном и отправном концах ЛЭП 400 кВ.

Постановка задачи и методы ее решения.

Во время качаний генераторов напряжения в различных точках ЭЭС изменяются и могут снижаться до недопустимых величин. Поэтому становится актуальной задача создания методики моделирования режимов ЭЭС при синхронных качаниях. В традиционной однолинейной постановке эта задача может быть легко решена на основе известных методов [3] путем задания соответствующих фазовых углов в узлах Р-и типа, отвечающих генераторам. Однако для ЭЭС с преобладающей электротяговой нагрузкой задача существенно усложняется и требует перехода к фазным координатам. В настоящей статье описывается методика расчета режимов при синхронных качаниях, основанная на математических моделях ЭЭС в фазных координатах, предложенных в работе [4]. Расчеты выполнялись с помощью

программного комплекса FLOW3,

разработанного в ИрГУПСе [5].

Результаты моделирования. Для предварительного анализа моделирование выполнено применительно к схеме ЭЭС простой структуры, которая показана на рис. 2.

Результаты моделирования в виде зависимостей и = и(£) приведены на рис. 3. Символом и обозначено фазное напряжение в заданных точках ЛЭП 110 кВ, а символом Б — расстояние по трассе ЛЭП. Отсчет ведется от правой подстанции по рис. 2.

Представленные результаты позволяют сделать вывод о том, что предлагаемая методика позволяет рассчитывать любые режимы, возникающие при синхронных качаниях, вплоть до углов в 180 е, отвечающих крайне тяжелым режимам, при которых протекают

Рис. 2. Схема ЭЭС.

©

УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

и, к . 1 1 30 град ,

60 град >

9С град \

120 г ...... рад \ 50 гр

ад

1 ЯП град

\

Рис. 3. Изменения напряжений по трассе ЛЭП при качаниях.

токи, в два превышающие токи трехфазного металлического короткого замыкания. Из рис. 3 видно, что при качаниях напряжение в сети существенно снижается, что особенно проявляется в так называемом электрическом центре системы [1]. Для данной схемы электрический центр расположен на расстоянии 55 км от правой питающей подстанции.

Для обоснования применимости предлагаемой методики к моделированию режимов синхронных качаний для трехфазно-однофаз-ных сетей, питающих электротяговые нагрузки, проведены расчеты системы электроснабжения (СЭС) западного участка Байкало-Амурской железнодорожной магистрали

(БАМ) при синхронных качаниях генераторов Усть-Илимской и Мамаканской ГЭС. Внешнее электроснабжение магистрали образуют две воздушные линии электропередачи 220 кВ (рис. 4), протяженность которых значительно превышает рекомендуемую для ЛЭП данного класса напряжения [6]. Расчетная схема, сформированная средствами комплекса FLOW3, показана на рис. 5. Результаты моделирования представлены в виде графиков и - и (б ^) и

к2 - к2 (бц приведенных на рис. 6 и 7. Здесь к2

— коэффициент несимметрии по обратной последовательности. На рис. 8 и 9 показан характер изменения напряжений и несимметрии по трассе ЛЭП 220 кВ.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:

• разработанная методика применима для моделирования режимов при синхронных качаниях в трехфазно — однофазных ЭЭС, питающих электротяговые нагрузки магистральных железных дорог переменного тока;

• при синхронных качаниях наблюдается значительное снижение напряжения в узловых точках сети (до 123 кВ для СЭС БАМ) и существенный рост несимметрии (до 5% для СЭС БАМ), этот факт необходимо учитывать при планировании режимов системы электроснабжения и настройке устройств релейной защиты и автоматики;

• наибольшее снижение напряжения и соответствующее увеличение несимметрии имеет место вблизи электрического центра

Рис.4. Схема внешнего электроснабжения западного участка БАМ.

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Рис. 5. Расчетная схема.

280

260

240

220

к 200

180

160

140

120

100

20

Севе! :>обайкальск

[ Куш / :рма

Уо; 1Н ^

Таксимо -

\ Л \

40

60

Разность фаз, град

100

С 4

* 3

-е-

20

40 60

Разность фаз, град

Кунермг —А-^ 1 Северо! Зайкальск

1 \ Уоян

\ Так симо

80

100

Рис. 6. Зависимость уровня напряжений на под- Рис. 7. Зависимость коэффициента несимметрии станциях от угла сдвига фаз. на подстанциях от угла сдвига фаз.

системы (для СЭС БАМ — подстанция Таксимо).

Заключение

1. Разработана методика моделирования режимов при синхронных качаниях генераторов в трехфазно-однофазных электроэнергетических системах, питающих тяговые подстанции магистральных железных дорог переменного тока.

2. Результаты моделирования показали, что при синхронных качаниях наблюдается значительное снижение напряжения в узловых точках сети и существенный рост несимметрии.

3. Режимы синхронных качаний необходимо учитывать при планировании режимов электроэнергетических систем и настройке устройств релейной защиты и автоматики.

©

УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Рис. 8. Изменение напряжений по трассе ЛЭП.

Рис. 9. Изменение коэффициента несимметрии по трассе ЛЭП.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Веников, В.А. Переходные электромехани- 5. ческие процессы в электрических системах [Текст] / В.А. Веников. — М.: Высшая школа, 1978. - 415 с.

2. Горбунова, Л.М. Экспериментальные исследования режимов энергосистем [Текст] /Л.М. Горбунова, М.Г. Портной, Р.С. Рабинович и др. — М.: Энергоатомиздат, 1985. 6. - 448 с.

3. B. Stott. Review of load-flow calculation methods // Proceedings of the IEEE. 1974. Vol. 62. № 7.

4. Закарюкин, В.П. Сложнонесимметричные режимы электрических систем [Текст] /

В.П. Закарюкин, А.В. Крюков. - Иркутск: Иркут. ун-т. - 2005. - 273 с. Свидет. об офиц. регистр. программы для ЭВМ №2005611176 (РФ) <^^3 - расчеты режимов электрических систем в фазных координатах» / Крюков А.В., Закарюкин В.П. — Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. — Зарегистр. 19.05.2005. Соколов, С.Е. Управляемые ферромагнитные реакторы и их использование для управления режимами протяженных ЛЭП [Текст] / С.Е. Соколов, Г.О. Борисов, А.П. Гусев и др. — Новосибирск: Наука, 1993. — 229 с.