Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Курс_ТОЭ-1_2011_12

.pdf
Скачиваний:
37
Добавлен:
07.03.2015
Размер:
646.02 Кб
Скачать

Чтобы найти Zвх, закорачиваем точки 1 и 0 и ищем ток короткого замыкания Iкз.

Составим систему уравнений для схемы рис. 2.13 при закороченных зажимах 1 и 0 (ϕ1 = ϕ0 = 0).

ϕ2(1/Z1(1) + 1/Z4(1) + 1/Z5(1)) − ϕ3/Z4(1) = E1/Z1(1);

−ϕ2/Z4(1) + ϕ3(1/Z3(1) + 1/Z4(1) + 1/Z7(1) + 1/Z2(1)) = E2/Z2(1).

Решив эту систему, получаем:

ϕ2 = 119,61 + 0,64375j кВ;

ϕ3 = 86,7528 + 35,0359j кВ. Токи в ветвях:

I3 = ϕ3/Z3(1) = 0,8716 0,8658j кА; I5 = ϕ2/Z5(1) = 0,8104 1,3211j кА; Iкз = I5 + I3 = 1,68202,1869j кА;

Zвх(1) = Uxx/Iкз = 33,2097 + 59,6549j Ом.

Чтобы найти Zвх(2), свернем схему рис. 2.14 относительно зажимов 1 и 0, предварительно преобразовав треугольник в звезду (рис. 2.16).

1

3

 

Z

Z′′

 

0

Z7(2)

Z2(2)

Z6(2) Z′′′

2

Z1(2)

0

Рис. 2.16. Преобразованная схема обратной последовательности

Параметры схемы рис. 2.16:

Z= Z5(2) Z3(2)/(Z5(2) + Z3(2) + Z4(2)) = 11,5677 + 23,7050j Ом; Z′′ = Z4(2) Z3(2)/(Z5(2) + Z3(2) + Z4(2)) = 10,3923 + 21,5387j Ом; Z′′′ = Z5(2) Z4(2)/(Z5(2) + Z3(2) + Z4(2)) = 13,4733 + 20,1437j Ом;

Z00 = Z′′ + Z2(2) Z7(2)/(Z2(2) + Z7(2)) = 67,7423 + j95,266 Ом;

Z10 = Z+ Z00(Z′′′ + Z1(2))/(Z00 + Z′′′ + Z1(2)) = 31,915 + j58,4213 Ом; Zвх(2) = Z6(2) Z10/(Z6(2) + Z10) = 34,297 + j51,998 Ом.

33

Чтобы найти Zвх(0), свернем схему рис. 2.15 относительно зажимов 1и 0, предварительно преобразовав треугольник в звезду (рис. 2.17).

1

 

3

 

Z

Z′′

 

 

0

 

Z7(0)

Z2(0)

Z6(0)

 

 

 

n1

Z′′′

3Zn2

3ZN2

2

 

 

 

Z1(0)

 

 

0

Рис. 2.17. Преобразованная схема нулевой последовательности

Параметры схемы рис. 2.17:

Z= Z5(0) Z3(0)/(Z5(0) + Z3(0) + Z4(0)) = 11,6325 + 82,548j Ом;

Z′′ = Z4(0) Z3(0)/(Z5(0) + Z3(0) + Z4(0)) = 10,446 + 75,04j Ом; Z′′′ = Z5(0) Z4(0)/(Z5(0) + Z3(0) + Z4(0)) = 13,444 + 70,693j Ом;

Z00 = Z′′ + (Z2(0) + 3ZN2)(Z7(0) + 3Zn2)/(Z2(0) + Z7(0) + 3Zn2 + 3ZN2) = 160,241 +

+ 289,98j Ом;

Zвх(0) = Z+ Z00(Z′′′ + Z1(0))/(Z00 + Z′′′ + Z1(0)) = 64,468 + 235,02j Ом.

6. При формировании уравнений для расчета симметричных составляющих токов и напряжений по принципу компенсации заменяем несимметричную нагрузку тремя источниками ЭДС с неизвестными напряжениями на зажимах UA, UB , UC, образующими некоторую несимметричную систему (рис. 2.18), которую раскладываем на симметричные составляющие.

A

В

С

А

В

 

С

 

 

 

 

UA(1 )

a2UA(1)

aUA(1)

UA

UB

UC

 

UA(2)

aUA (1)

a2UA(1)

 

 

 

 

UA(0 )

UA(0)

UA(0)

Рис. 2.18. Схема включения компенсирующих источников

34

С учетом выполненных преобразований схем рис. 2.13, 2.14, 2.15 и схем рис. 2.18 получаем однофазные (на фазу А) расчетные схемы рис. 2.19.

Zвх(1) I(1)

1

Zвх(2 ) I(2)

1

Zвх(0) I(0 ) 1

Eэ(1) U(1)

0

U(2)

U(0)

0

0

a)

б)

в)

Рис. 2.19. Расчетные схемы прямой (а), обратной (б), нулевой (в) последовательностей

Схемам рис. 2.19 соответствуют уравнения активного двухполюс-

ника:

I(1)Zвх(1) + U(1)

= Eэ(1);

(2.7)

I(2)Zвх(2) + U(2)

= 0;

(2.8)

I(0)Zвх(0) + U(0)

= 0.

(2.9)

Дополнительные уравнения, определяющие вид несимметрии (од-

нофазное КЗ фазы В), запишутся следующим образом:

 

IA = 0;

I(1) + I(2) + I(0) = 0;

(2.10)

IC = 0;

aI (1) + a2I(2) + I(0) = 0;

(2.11)

UB = 0;

a2U(1) + aU(2) + U(0) = 0.

(2.12)

7. Решив систему уравнений (2.7÷2.12), получаем следующие симметричные составляющие токов и напряжений:

I(1) = 0,2485 0,4428j = 0,5078e-j60,7° кА; I(2) = 0,25925 + 0,437j = 0,5078ej59,3° кА; I(0) = 0,5078 + 0,0062j = 0,5078ej179,3° кА; U(1) = 151,65 + 27,6j = 154,14ej10,313° кВ; U(2) = 13,813 28,456j = 31,63e-j64,1° кВ; U(0) = 34,19 + 118,94j = 123,75ej73,96° кВ.

8. Ток короткого замыкания фазы В несимметричного участка Iкз В = a2I(1) + aI(2) + I(0) = 1,5233 + 0,0186j кА.

Напряжения на фазах А и С несимметричного участка: UA = U(1) + U(2) + U(0) = 199,65 + 118,075j = 232ej30,6° кВ;

35

UC = aU(1) + a2U(2) + U(0) = 97,08 + 238,74j = 257,72ej112,13° кВ.

Отразим полученные результаты на рис. 2.11.

9. Рассчитаем симметричные составляющие для тока в ветви 6 в несимметричном режиме.

I6(1) = U(1)/Z6(1) = 0,1962 0,0848j = 0,2137e-j23,38° кА; I6(2) = U(2)/Z6(2) = 0,016 0,0496j = 0,0523e-j71,701° кА;

I6(0) = 0, так как точка n1 изолирована и тока нулевой последовательности в этой ветви нет.

Фазные токи в ветви 6 определяются через симметричные составляющие.

IA6 = I6(1) + I6(2) = 0,2126 0,1344j = 0,2515e-j32,3° кА; IB6 = a2I6(1) + aI6(2) = 0,137 0,0885j = 0,163e-j147,1° кА; IC6 = aI6(1) + a2I6(2) = 0,0758 + 0,223j = 0,2355ej108,78° кА.

Расчетные токи несимметричного режима нанесены на векторную диаграмму рис. 2.11 для сопоставления с исходным симметричным режимом. На рис. 2.20 показано графическое суммирование симметричных составляющих для получения токов несимметричного режима.

Второй уровень сложности

Несимметричный режим в статической цепи

1. В части 1 настоящей работы была рассмотрена электрическая цепь, являющаяся одной фазой симметричной трехфазной цепи, которую мы теперь изобразим в развернутом виде (рис. 2.21).

Запишем в комплексной форме системы ЭДС симметричных трехфазных генераторов, а также токов в них с учетом того, что расчетные схемы на одну фазу, как правило, составляются для фазы А:

E1A = 220ej0° кB;

E1B = a2E1A = 220e-j120° кВ; E1C = aE1A = 220ej120° кВ; E2A = 220ej45° кВ;

E2B = 220e-j75° кВ; E2C = 220ej165° кВ;

I1A = 0,5935e-j115,23° кА;

I1B = a2I1A = 0,5935e-j235,23° кА;

36

I(2)

aI6(1)

+j

IC6

+

0,1 кА

 

I6(1)

0,05 кА

IA6

I(1)

aI6(2)

I6(2)

a2I6(2)

IВ6

a2I6(1)

I(0)

a2I(1)

aI(2)

IкзВ

Рис. 2.20. Графическое суммирование симметричных составляющих токов

37

 

Z6

 

1A

 

Z3

 

3A

 

 

 

 

 

n1

Z6

 

1B

 

Z3

 

3B

 

 

 

 

 

 

Z6

 

1C

 

Z3

 

3C

 

 

 

 

 

 

 

 

Z5

 

2A

Z4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z5

 

2B

Z4

Z7

Z7

Z7

Z2

Z2

Z2

 

 

 

Z5

 

2C

Z4

 

 

 

 

 

 

 

IA

IB

IC

 

 

 

 

 

E2C E2B E2A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2

 

 

N2

 

 

ZA ZB ZC

Z1 Z1 Z1

 

 

Zn2

 

 

ZN2

 

 

 

 

 

E1A

E1B E1C

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

N1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.21. Схема трехфазной цепи в развернутом виде

 

 

 

I1C = aI1A = 0,5935ej4,77° кА; I2A = 0,9368ej40,89° кА;

I= 0,9368e-j79,11° кА; I= 0,9368ej160,89° кА,

где а фазный множитель трехфазной системы ( а = ej120° = 1/2 + j3/2). 2. Дополним схему рис. 2.21 статической несимметричной нагруз-

кой с изолированной нейтральной точкой, например:

ZA = j50 Ом;

ZB = 30 Ом;

ZC = j60 Ом,

подключенной в данном случае к первому узлу схемы.

Учтем режимы работы нейтралей генераторов и симметричных нагрузок в соответствии с табл. 2.6 (например: ZN1 = 0, ZN2 = j8 Ом, Zn2 =

=j5 Ом, точка n1 изолирована от земли).

3.Построим для симметричного режима топографическую диаграмму напряжений и векторную диаграмму токов. Ограничимся при по-

38

строении изображением потенциалов только узловых точек, ЭДС генераторов и токов в них (рис. 2.22).

4. Будем в дальнейшем всю симметричную часть цепи рассматривать как эквивалентный генератор по отношению к точкам подключения несимметричной нагрузки. ЭДС эквивалентного генератора равна рассчитанному ранее до подключения несимметричной нагрузки потенциалу узла 1, то есть соответствующему напряжению холостого хода:

ЕэА = UxxA = ϕ1A = 188,37ej8,46° кВ; ЕэВ = 188,37е -j111,54° кВ;

ЕэС = 188,37ej128,46° кВ.

Внутреннее сопротивление эквивалентного генератора рассчитывается свертыванием цепи относительно точек подключения несимметричной нагрузки. При этом все ветви схемы являются пассивными (ЭДС источников Е1 и Е2 принимаются равными нулю, остаются в схеме только внутренние сопротивления источников). Используются формулы эквивалентных преобразований схем. Исходная и преобразованные схемы приведены на рис. 2.23.

Внутреннее сопротивление эквивалентного генератора (или входное по отношению к зажимам 1-0 на рис. 2.23) определяется выражениями:

Z= Z3Z5/(Z3 + Z4 + Z5) = (30 + j70)(40 + j66)/(30 + j70 + 36 + j60 + 40 +

+ j66) = 11,56 + j23,705 Ом;

Z′′ = Z3Z4/(Z3 + Z4 + Z5) = 10,392 + j21,539 Ом;

Z′′′ = Z4Z5/(Z3 + Z4 + Z5) = 13,473 + j20,144 Ом;

Z27 = Z2Z7/(Z2+Z7) = (50 + j110)(600 j300)/(50 + j110 + 600 j300) =

= 68,164 + j98,386 Ом;

Zэ = Z+ (Z′′ + Z27)(Z′′′ + Z1)/(Z′′ + Z27 + Z′′′ + Z1) = 33,11 + j66,706 Ом;

Zвх = Z6Zэ/(Z6 + Zэ) = (600 + j400)(33,11 + j66,706)/(600 + j400 + 33,11 + + j66,706) = 33,209 + j59,656 Ом.

Далее рассматриваем эквивалентную расчетную схему рис. 2.9.

39

I

+

 

30 кВ

Е

0,1 кА

 

 

 

 

 

 

I

 

 

Е

U1А1В

ЕI

U1С1А

0

+j

 

 

 

Е

 

 

I

 

U1В1С

 

I

Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е

I

Рис. 2.22. Векторная диаграмма токов и топографическая диаграмма напряжений симметричной трехфазной цепи

40

1

Z3

1

 

1

 

Z5

Z4

Z

Z′′

 

 

Z7 Z2

 

Z7 Z2 Zвx

 

Z6

Z1

Z6

Z′′′

 

 

 

 

Z1

0

 

0

 

0

Рис. 2.23. К определению входного сопротивления эквивалентного генератора

5. Рассчитаем напряжение смещения нейтрали UnN: UnN = (EэАYA + EэВYB + EэСYC)/(YA + YB + YC),

где YA = 1/(Zвх + ZA) = 1/(33,209 + j59,656 + j50) = 0,00253 j0,00835 = = 0,00873e -j73,15° См;

YВ = 1/(Zвх + ZВ)=1/(33,209 + j59,656 + 30) = 0,00837 j0,07897 = = 0,0115e -j43,34° См;

YС = 1/(Zвх + ZС) = 1/(33,209 + j59,656 j60) = 0,0301 + j0,000312 = = 0,03011ej0,594° См.

UnN = 118,85 + j2,538 = 118,88ej178,78° кВ.

Определим напряжения UAn, UBn, UCn в схеме рис. 2.9: UAn = EэА UnN = 305,17 + j25,175 = 306,21ej4,716° кВ; UBn = EэB UnN = 49,69 j177,75 = 184,57e-j74,382° кВ; UCn = EэC UnN = 1,69 + j144,96 = 144,97ej89,33° кВ. Найдем токи в фазах:

IA = UAn YA = 0,9823 j2,4855 = 2,673e -j68,44° кА;

IВ = UВn YВ = 0,9879 j1,88 = 2,1235e-j117,73° кА;

IС = UСn YС = 0,00563 + j4,3652 = 4,3652ej89,93° кА.

Проверкой правильности вычислений является в данном случае уравнение первого закона Кирхгофа

IA + IB + IC = 0.

41

По результатам расчета строим векторную диаграмму токов на рис.

2.24.

Для построения топографической диаграммы напряжений вычислим падения напряжений на элементах схемы рис. 2.9.

UAn = ZAIA = 124,27 + j49,115 = 133,63ej21,56° кВ; UВn = ZВIВ= 29,638 j56,392 = 63,706e -j117,73° кВ; UСn = ZСIС = 261,91 j0,33782 = 261,91e -j0,074° кВ; UAА = ZвхIA = 180,9 j23,941 = 182,47e -j7,54° кВ; UВВ = ZвхIВ = 79,328 j121,36 = 144,99e -j56,83° кВ; UСС = ZвхIС = 260,22 + j145,3 = 298,04ej150,82° кВ.

Сделаем проверку расчета по уравнению баланса мощностей

mm

ΣSист = Σ Ik2Zk,

k=1 k=1

где m общее число ветвей. Для схемы рис. 2.9 имеем

ЕэАIA + EэВIB + EэСIC = IA2(Zвх + ZA) + IB2(Zвх + ZB) +IC2(Zвх + ZC).

Подставляя численные значения величин, получим: мощность источников

ЕэАIA + EэВIB + EэСIC = 188,37ej8,46 2,6726ej68,44° + 188,37e-j111,54°

2,1235ej117,73° + 188,37ej128,46°4,3652e-j89,93° = 1155,05 + j1045,68 МВ А;

Рист = 1155,05 МВт; Qист = 1045,68 Мвар;

мощность пассивных элементов цепи

IA2(Zвх + ZA) + IB2(Zвх + ZB) + IC2(Zвх + ZC) = 7,1426(33,209 + j109,66) + 4,5094(63,209 + j59,656) + 19,055(33,209 j0,34432) = 1155,046 +

+ j1045,6812 МB A;

Рпотр = 1155,046 МВт; Qпотр = 1045,6812 Мвар.

42