РАЗДЕЛ 2
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЁТНЫХ СХЕМ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С ТРАНСФОРМАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЯ
Анализ данных, приведенных в [24], показал, что с 2000 г. только в АК "Харьковоблэнерго" ТН 35 кВ повреждались на 21 ПС 110/35/6-10 кВ и 35/6-10 кВ. При этом, на 7 из этих ПС, а также на ПС 35/6-10 кВ, питающихся от указанных 14 ПС 110/35/6-10 кВ, в течение данного периода времени повредилось 72 ТН-6(10) кВ.
Учитывая то, что стоимость внедрения эффективных способов и средств защиты ТН является сравнительно высокой с одной стороны, а также учитывая наличие более или менее общих закономерностей повреждения ТН, возникла необходимость детального учёта как этих причин, так и параметров ЭС различных уровней номинального напряжения при выборе необходимых мероприятий по повышению надёжности ТН. Это потребовало комплексного исследования электромагнитных процессов в ЭС с номинальными напряжениями 6-35 кВ при различных нестационарных режимах для выяснения причин, вызывающих повреждения ТН, с целью их устранения или компенсации.
Задачей исследований являлось исследование влияния факторов и параметров ЭС с различными номинальными напряжениями, а также состояний и параметров самих ТН, на возникновение ФРП, приводящих к повреждению ТН.
2.1. Расчётная схема электрической сети с трансформаторами напряжения
Для расчета переходных процессов ЭЭС можно рассматривать как сложные электромеханические комплексы, в которых взаимодействуют, как электромагнитные подсистемы, так и подсистемы их управления.
Для решения поставленной задачи была разработана комплексная математическая модель ЭС, на шинах 35, 10, 6 кВ ПС которой эксплуатируются ТН. Эта модель учитывает основные факторы, которые в наибольшей степени влияют на возникновение, развитие и протекание ФРП [34].
Принципиальная схема ЭС, которая исследовалась, показанная на рис. 2.1, соответствует типовой схеме ПС 110/35/10(6) кВ с трехобмоточным трансформатором (Т1), который питается от системы 110 кВ (С). К секциям сборных шин (СШ) 35, (10, 6) кВ ПС подсоединена ЭС, включающая понижающие двухобмоточные трансформаторы 35/10(6) кВ (Т2, Т3), линии электропередачи (Л) и ТН 35, 10 (6) кВ.
Используя модели элементов ЭС, в соответствии с рис.2.1, сформирована модель ЭС, расчетная схема которой приведена на рис.2.2.
Рис. 2.1. Принципиальная схема исследуемой ЭС
Рис. 2.2. Расчётная схема исследуемой ЭС
В расчетной схеме для анализа переходных процессов в электромагнитных системах ЭС их элементы отображаются взаимосвязанными электрическими и магнитными цепями. Первые описываются дифференциальными и конечными уравнениями, вторые - конечными, которые дифференцированием преобразуются в дифференциальные.
Математические модели для анализа электромагнитных переходных процессов формировались на основании законов Ома и Кирхгофа, контурных и узловых координат.
Расчётная схема и математическая модель системы была сформирована с учётом следующих допущений.
1. Междуфазные емкости и емкости фаз относительно земли, а также активные и реактивные сопротивления ВЛ и шин приняты сосредоточенными.
2. В математической модели не учитывались токи нагрузки линий.
3. Остаточная намагниченность силовых и измерительных трансформаторов принималась равной нулю.
4. Математическая модель ЭС включает в себя комплекс математических моделей ЭС каждого из рассматриваемых уровней. Последние, в свою очередь, состоят из математических моделей отдельных электротехнических элементов. Указанные элементы обеспечивают возможность согласованного использования в общей математической модели объекта.
5. В расчетных схемах взаимосвязанных электрических и магнитных цепей последние эквивалентировались ветвями, в которых условно потокосцепления соответствуют току, приведенное магнитное сопротивление - индуктивности, а коэффициент трансформации между электрическими и магнитными ветвями - взаимоиндуктивности.
6. Математическая модель в целом, как и математические модели отдельных элементов обеспечивают возможность исследования процессов как на кратковременных, так и на длительных временных интервалах, при различных возмущениях, при наличии или отсутствии управления и т.д.
7. Математическая модель сформирована на основе известных уравнений состояния, которые описывают процессы в ЭС при использовании оптимального метода интегрирования указанных уравнений.
2.2. Структура математических моделей элементов электрической сети
2.2.1. Математическая модель источника питания.
Применительно к рис. 2.2 математическая модель источника питания 110 кВ представлена комплексом, содержащим три источника ЭДС и внутренние сопротивления системы. Мгновенные значения фазных напряжений определялись по выражениям [84]:
(2.1)(2.2)(2.3)
где - амплитудное значение фазного напряжения питающей ЭС.
Величины внутренних сопротивлений системы Zсист А, Zсист В, Zсист С, определялись, исходя из мощности КЗ системы и номинального напряжения ЭС, для каждой из фаз как [117]:
.(2.4)
2.2.2. Математическая модель воздушных линий электропередачи и шин.
Параметры ВЛ и СШ имеют определяющее влияние как на условия возникновения ФРП, так и на их протекание. Поскольку во время ФРП основную роль играют емкости ВЛ, СШ и нелинейная индуктивность ТН, необходимо как можно точнее определить их величины.
ВЛ 35, 10 и 6 кВ в многоуровневой ЭС (рис. 2.2) представлены Г-образными схемами замещения с сосредоточенными параметрами, содержащими r, L, C ветви, которые учитывают ёмкости между соответствующими фазами и землёй, а также междуфазные ёмкости (рис. 2.3) [112].
Рис. 2.3. Расчетная схема ВЛ
Активные сопротивления проводов определяются по формуле [103]
,(2.5)
где - удельное сопротивление, определяемое согласно [66];
l - длина ВЛ.
Активные сопротивления проводов при част