Тема: "Математичне моделювання перехідних процесів у головних схемах электричних з'єднань ТЕС і АЕС"
Донецький Державний Технiчний Унiверситет
Автор: Шарпан Д.С.
Керiвники: Сивокобиленко В.Ф., Меженкова М.О. Главная страница Головна сторінка Main page
Рисунок 1.1- Схема головних електричних з`єднань Зуївської ТЕСEthan Frome 1 ОПИС ГОЛОВНОЇ СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНИХ З
`ЄДНАНЬЗУЇВСЬКОЇ ТЕС ТА РЕЖИМІВ ЇЇ РОБОТИ
1.1 Головна схема електричних з
`єднань Зуївської ТЕС і її особливостіНа Зуївської ТЕС встановлено 4 енергоблоки потужністю 300 МВт кожний. Встановлена потужність ТЕС-1200 МВт.
Всї блоки приєднуються на напругу 330 кВ к підстанції “Харцизька-330” за схемою спарених блоків без спорудження розподільчої злагоди на промплощадці Зуївської ТЕС.
Потужність видається на підстанцію “Харцизька-330” по двум лініям
, простяжність кожної із яких 8 км. Лінії зроблені з гнучкого провідника марки 2*АСО-330.Генератори енергоблоків прийняті за типом ТГВ-300-2.
Блокові трансформатори прийняті за типом ТДЦ-400000
/330.У колі генератор-трансформатор для більшої надійності встановлені генераторні вимикачі за типом ВВГ-20
/160/12500 та роз`єднувачі РВП-20/12500. Струмопровід генераторної напруги виконан за типом ТЭНЕ-20/11200.З високої сторони блокових трансформаторів встановлені роз
`єднувачі РНДЗ-2-330/3200.Схема власних потреб 6 кВ виконана за блоковим принципом з живленням двигунів блоків від робочих трансформаторів власних потреб 20
/6,3-6,3 кВ, підключених у відголуження від струмопроводів генератор-підвищуючий трансформатор відповідних блоків. Живлення загальностанційних споживачив здійснюється від цих же трансформаторів, причому парні загальностанційні споживачи підключені до секцій 6 кВ різних блоків.Для кожного блоку виконується дві секції робочого живлення власних потреб 6 кВ. Електродвигуни ВП потужністю вище 200 кВт прийняті на напругу 6 кВ
, а електродвигуни нище 200 кВт- на напругу 0,4 кВ.Для робочого живлення власних потреб блоків прийняті по одному трансформатору за типом ТРДНС-32000
/35. Для резервування живлення секцій ВП 6 кВ станції встановлен пускорезервний трансформатор за типом ТРДН-40000/110. Висока сторона цього трансформатора підключається на напругу 110 кВ підстанції Зуївської ТЕЦ.З високої сторони РТВП встановлен вимикувач за типом ВВБМ-110Б
/31,5/2000 та роз`єднувачи за типом РНДЗ-2-110/1000. З низької сторони робочих та резервного трансформаторів власних потреб встановлені вимикачи ВМП-10, якї знаходяться в висувних комірках комплектної розподільчоі злагоди за типом К-26.Для підключення релейного захисту
, автоматики та контрольно-вимірювальних приборів на електростанції встановлюються вимірювальні трансформатори струму та напруги. В колі генератора встановлені трансформатори напруги за типом 3*ЗНОМ-20 та трансформатори струму ТШЛ-20. З високої сторони блокових трансформаторів встановлені трансформатори струму за типом ТВТ-330/2000/5, з високої сторони трансформаторів власних потреб- трансформатори струму ТВТ-35/500/5, з високої сторони пускорезервного трансформатора- трансформатор струму ТВТ-110/300/5 та трансформатор напруги НКФ-110.Головна схема електричних з`єднань Зуївської ТЕС приведена на рисунку 1.1.
Головною особливістю схеми Зуївської ТЕС є відсутність відкритої розподільчої злагоди
, що з точки зору економічності вигідно. Але ж з точки зору надійності дана схема не надійна. При короткому замиканні в однієї із ліній вимикаються два генератора спареного блока.Наявність генераторних вимикачів та возможність відключення в ремонт блокових трансформаторів 400 МВА роз
’єднувачами 330 кВ знижує кількість можливих одночасових відключень двох турбогенераторів спареного блока.В виду відсутності відкритої розподільчої злагоди живлення резервного трансформатора власних потреб виконується по окремій лінії з підстанції Зуївської ТЕЦ 220
/110/35 кВ (7км по трасі ліній).Резервний трансформатор власних потреб повинен бути такого ж ступеню
, як і робочі ТВП (32МВА), так як в колі генератора встановлені вимикачі. Але ж, так як промисловість не випускає такої потужності трансформатори з розщепленою обмоткою низької напруги та з обмоткою високої напруги 110кВ, то до установки прийнятий резервний трансформатор потужністю 40МВА.
1.2
Режими роботи Зуївської ТЕСЗуївська ТЕС працює в базовому режимі
, топто в роботі знаходиться постійна кількість працюючих блоків з постійним навантаженням протягом доби та навантажуються в часи ранкового та вечірнього максимуму згідно диспетчерського графіка навантажень.Добовий графік навантажень Зуївської ТЕС представлений на рисунку 1.2
Рисунок 1.2- Добовий графік навантажень Зуївської ТЕС на 2.05.2000 р.
При надлишку потужності в енергосистемі та можливості несення енергоблоками навантаження вище вказаної у графіку
, потужність, яку додатково може нести електростанція, вважають горячим резервом.Часто блоки відключаються від мережі із-за малого запасу палива на електростанції (із-за відсутності вугілля) і знаходяться в холодному резерві
, топто готові до пуску в любий час.У нічний час потужність різко знижується і блоки часто працюють нижче технічного мінімуму, що приводить до зниження надійності та економійності роботи устаткування.
В качестві палива на ТЕС може використовуватись вугілля
, природний газ та мазут. Але у зв`язку з дороговизною газа і відсутності мазута, основним видом палива для ТЕС є вугілля.Мазут спалюється при пуску енергоблоків
, а також при роботі енергоблоків з малим навантаженням та на підсвітку при спалюванні низькоякісного вугілля у суміші з газом.Спалювання низькоякісного вугілля в топці котла знижує надійність та економійність роботи устаткування і приводить до
:- зашлаковування льоток котлів енергоблоків в наслідок нарушення топочного режиму
;- ненадійної роботи допоміжного устаткування
;-зашлаковуванню ширмових пароперегревачив при роботі на суміші газ-вугілля із-за недостатньоі кількості природного газу.
Структура палива
, спалюємого в рік:вугілля- 83,8 %
мазут-0,5 %
газ- 15,7 %
Показники твердого палива
:Q
н=(3110- 4350) ккал/кгАн=(22
,00- 46,25) %W
н=(6,0- 24,2) %Показники рідкого палива
:Q
н=8442 ккал/кгВн=0,95 %
W
н=9,5 %Кількість зупинок блоків у 1999 році составила 70
, в тому числі вимушенних- 43.1.3 Задачи дослідження
В даний час при проектуванні, реконструкції й експлуатації електричних установок і систем для рішення багатьох технічних питань і задач потрібно попередньо провести ряд розрахунків, серед яких помітне місце займають розрахунки перехідних процесів.
Задачи дослідження
, поставлені в даній дипломній роботі, состоять в слідучому:-
вибір математичної моделі та параметрів основних елементів електростанції (генераторів, трансформаторів, синхронних та асинхронних двигунів власних потреб, ліній електропередачи, електричних систем, навантажень);- розрахунок струмів короткого замикання у всіх вузлах схеми Зуївської ТЕС;
-
підготовка ісходних даних для моделювання на ПЕОМ режимів короткого замикання і стійкості генераторів ЗуТЕС з використовуванням програми, розробленої на кафедрі Електричних станцій;-
аналіз динамічної стійкості синхронних генераторів 300МВт на Зуївської ТЕС при різних видах КЗ;-
аналіз впливу частоти енергосистеми на динамічну стійкість синхронних генераторів 300МВт Вуглегірської ТЕС в малоагрегатному стані;-
узагальнення результатів моделювання.
2 МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ЗУЇВСЬКОЇ ТЕС
2.1 Вихидні дані елементів системи
Для побудови і розрахунку математичної моделі електростанції були зібрані реальні вихідні дані на Зуївської ТЕС [1-20]. Всі ці дані зведені в таблицях
2.1-2.9
Таблиця 2.1- Паспортні дані турбогенераторів
Тип ТГ |
P ном,МВт |
U ст,кВ |
I ст,кА |
f ном,А |
U fном,В |
cosj |
h , %
|
Xd’’, в.о. |
ТГВ -300-2 |
300 |
20 |
10,2 |
3050 |
420 |
0,85 |
98,7 |
0,236 |
Таблиця 2.2- Параметри турбогенератора (в.о)
Òèï ÒÃ |
Rs |
Xs |
Xad |
Xaq |
Rrd(1) |
Rrd(2) |
Xrd(1) |
Xrd(2) |
Rrq(1) |
ТГВ-300 |
0,002 |
0,17 |
2,02 |
2,02 |
0,013 |
0,205 |
0,146 |
0,207 |
0,012 |
Продовження
таблиці 2.2
Тип ТГ |
Rrq(1) |
Rrq(2) |
Xrq(1) |
R q(2) |
Rf |
Xf |
ТГВ -300 |
0,012 |
0,095 |
0,208 |
0,05 |
0,00145 |
0,326 |
Таблиця 2.3- Б локові трансформатори
Тип Трансформатора Номінальна Напруга, кВ |
Втрати, КВт |
U кзВН -НН,% |
Струм неробочого ходу ,% |
|||
ВН |
НН |
неробочого ходу |
Короткого замикання |
|||
ТДЦ-400000 /330 |
347 |
20 |
300 |
790 |
11.5 |
0,45 |
Таблица 2.4 – Паспортні дані робочого та резервного
трансформаторів власних потреб.
Тип трансформатора |
Номінальна напруга, кВ |
Втрати ,КВт |
U к,ВН-НН, % |
Струм неробочого ходу, % |
||
ВН |
НН |
Неробочого ходу |
Короткого замикання |
|||
ТРДН-32000 /35ТРДН-40000/110 |
20 115 |
6,3-6,3 6,3-6,3 |
29 34 |
143 170 |
12,7 10,5 |
0,6 0,55 |
Таблиця 2.5- Паспортні дані агрегатів в.п.
Наймену Вання |
Ознака |
Тип ЕД |
Рн, кВт |
Un, В |
In, А |
Ki, в.о. |
cosj |
h , % |
Багерний насос |
БН |
ДАЗО-1367-6МУ1 |
630 |
6000 |
74 |
5,8 |
0,89 |
92,5 |
Сітьовий насос |
НСН |
А-114-4М |
320 |
6000 |
37,1 |
6,5 |
0,89 |
92,8 |
Сітьовий насос |
НСД |
АВ-113-4М |
250 |
6000 |
28,7 |
5,0 |
0,9 |
93 |
Сітьовий насос |
НСВ |
А-1252-4У4 |
630 |
6000 |
74 |
6,1 |
0,89 |
92,5 |
Стрічковий конвеєр |
СК6 |
ДАЗО4-450У-6У1 |
630 |
6000 |
74 |
5,8 |
0,89 |
92,5
|
Циркуляц. Насос |
ЦН |
АВСМ-1673 -12 |
1000 |
6000 |
139 |
5,2 |
0,85 |
94,1 |
Конденсатний насос |
КН |
АОВ-2-1441-4У3 |
500 |
6000 |
53,5 |
6,5 |
0,9 |
93,6 |
Димосос рециркул. газів |
ДРГ |
ДАЗО-13-67 |
630 |
6000 |
74 |
6,4 |
0,89 |
93 |
Димосос |
Д |
ДАЗО-19-10-12 |
1700 |
6000 |
216 |
8,5 |
0,8 |
94,3 |
Дуттьовий вентилятор |
ДВ |
ДАЗО2-18-76-8/10У1 |
1250 725 |
6000 |
147 92 |
6 6,5 |
0,88 0,82 |
92 91,5 |
Мельничний Вентилятор |
МВ |
ДАЗО-2-16-59 |
1250 |
6000 |
148,5 |
7,1 |
0,85 |
94 |
Бустерний насос |
БПН |
2АЗМ1-500/6000 |
500 |
6000 |
54,8 |
6,0 |
0,92 |
95,6 |
Живильний насос |
ЖН |
2 АВ- 8000/6000 |
8000 |
6000 |
875 |
5,4 |
0,91 |
96,6 |
Сітьовий насос |
СН |
А-114- 4М |
320 |
6000 |
37,1 |
6,5 |
0,895 |
92,8 |
Продовження таблиці 2.
5
Наймену Вання |
Ознака |
Тип ЕД |
Рн, кВт |
Un, В |
In, А |
Ki , в.о. |
cosj |
h , % |
|||||||
Шаробараб .мельниця |
ШБМ |
СДМ32- 2234-60У |
1930 |
6000 |
185 |
8 |
0,9 |
92
|
|||||||
Стрічковий конвеєр |
СК-3 |
ДАЗО-1342-6МУ1 |
400 |
6000 |
47 |
7,0 |
0,87 |
94,2 |
|||||||
Резервний збудник |
РЗ |
АСЗ-1764-8У4 |
1800 |
6000 |
250 |
14 |
0,76 |
89 |
Таблиця 2.6- Дані лінії
Найменування ПОВІТРЯНА ЛІНІЯ |
Загальна довжина , км |
Марка і перетин проводу |
X, Ом |
R, Ом |
ХАРЦИЗЬКА-330 |
8,0 |
2АСО-300 |
2,6 |
0,4 |
Таблиця 2.7- Струми короткого замикання, які надходять
від систем
Режими роботи систем |
система 110 кВ |
система 330 кВ |
||||
3-х ф., кА |
1-о ф., кА |
U на ши- нах, кВ |
3-х ф., кА |
1-о ф., кА |
U на шинах, кВ |
|
Максимальний |
16,0 |
3,5 |
115 |
18,105 |
4,205 |
342 |
Таблиця 2.8- Опіри системи
Опіри |
система 110 кВ |
система 330 кВ |
R(1) , Ом |
0,69 |
1,086 |
X(1) , Ом |
4,091 |
10,466 |
R(0) , Ом |
--- |
3,12 |
X(0), Ом |
--- |
24,062 |
Таблиця 2.9- Параметри двоконтурної схеми заміщення
еквівалентного двигуна
Тип ЕД |
Iном ЕД, кА |
Еквівалентна Ki , в,о, |
Параметри еквівалентної схеми заміщення , в.о. |
||||||
R1 |
Xs1 |
Xμ |
R21 |
X21 |
R22 |
X22 |
|||
Д1 |
|
|
0,06 |
0,6 |
18 |
0,07 |
0,7 |
0,6 |
0,7 |
Примітка: Д1- типовий глибокопазний двигун
-Параметри двоконтурної схеми заміщення групи АД розраховуються по наступних формулах:
-Номінальний струм
(2.1)- Еквівалентна кратність пускового струму
(2.2)
- Параметри двоконтурної схеми заміщення Д1
(2.3)
У даній роботі за основу приймаються математичні моделі елементів енергосистеми
, засновані на повних диференційних рівняннях Парка-Горева.
2.2
Математична модель синхронного генератораПри розробці математичної моделі СГ щоб уникнути занадто громіздких і складних описів застосовані наступні допущення:
- відсутні втрати в сталі;
- повітряний зазор рівномірний, магнітна провідність однакова і розподіл магнітного поля в повітряному зазорі синусоидально;
- відсутній вплив ємностей у середині і між обмотками;
- активний опір не залежить від температури;
- статор і ротор мають трифазні симетричні обмотки.
З метою найбільше повного відображення процесів, що відбуваються в синхронній машині як у перехідних, так і в сталих режимах роботи, генератор доцільно представити многоконтурною схемою заміщення, у якій ротор поданий у виді декількох паралельно включених активно-індуктивних ланцюжків із постійними параметрами .
Для того, щоб уникнути періодичних коефіцієнтів, що залежать від кутового положення ротора, диференціальні рівняння синхронного генератора записуються в осях
d, q, жорстко зв'язаних із його ротором. Для обліку витиснення струму масив ротора представляється k еквівалентними демпферними контурами по кожній з осей d, q і обмоткою збудження по осі d.ДР, що описують поводження СГ із многоконтурнам ротором (
i=1,2,... ,k) можна представити наступним способом:
, (2.4)
, (2.5)
, (2.6)
, (2.7)
, (2.8)
, (2.9)
, (2.10)
, (2.11)
де
- оператор похідною за часом;- напруга на виводах СГ по осях d і q;
- потокозчеплення статора, i-ого роторного контуру СГ по осях d, q і потокозчеплення обмотки збудження відповідно;
- похідні потокозчеплень статора, i-ого роторного контуру СГ по осях d, q і похідна потокозчеплення обмотки збудження відповідно;
- напруга обмотки збудження;
- швидкість обертання ротора СГ;
- сумарний момент інерції;
- обертаючий момент турбіни й електромагнітний момент генератора;
- результуючі вектори струму статора і його потокозчеплення;
- кут повороту ротора, тобто кут між віссю d і електричною віссю обмотки фази a;
- коефіцієнти загасання контуру статора, i-ого роторного контуру, обмотки збудження по осі d і i-ого роторного контуру по осі q:
(2.12)
де
- активний опір обмотки статора, i-ого роторного контуру, обмотки збудження по подовжній осі СГ і i-ого роторного контуру по поперечній осі СГ;- індуктивність розсіювання обмотки статора, i-ого роторного контуру, обмотки збудження по подовжній осі СГ і i-ого роторного контуру по поперечній осі СГ.
Потокозчеплення гілки намагнічування:
, (2.13)
, (2.14)
де
- коефіцієнти розподілу потокозчеплень статора, i-ого роторного контуру по осях d, q, і обмотки збудження відповідно, який визначаються як:
, , , (2.15)
, , (2.16)
де
, (2.17), (2.18)
де
- індуктивність гілки намагнічування по осях d і q.Струми статора, обмотки збудження і
i-ого роторного контуру:
, , , (2.19)
, . (2.20)
Рівняння для визначення напруги збудження , що враховують тип збудника й автоматичне регулювання збудження (АРЗ), є частиною математичної моделі СГ. З обліком дії фіксуванн збудження, рівняння для визначення напруги збудження генератора із системою самозбудження подано як:
, (2.21)
де
- номінальне значення напруги збудження;- номінальне напруга статора;
- діюче значення напруги статора;
- кратність фіксуванні збудження
2.3 Математична модель синхронного двигуна
ДР, що описують поводження СД із многоконтурнам ротором (
i=1,2,... ,k), аналогічні рівнянням СГ, за винятком вираження для швидкості обертання ротора, що набуває вид:
, (2.22)
де
- момент опіру механізму й обертаючий момент двигуна.
трансформаторів
У дійсній роботі силові блокові трансформатори моделювалися в натуральних фазних координатах з обліком групи з'єднання його обмоток.
Математична модель трифазного двообмоточного трансформатора при з'єднанні його обмоток за схемою трикутник-зірка з заземленою нейтраллю обмотки високий напруги (рис.2.1) має наступний вид:
, (2.23)
, (2.24)
, (2.25)
, (2.26)
, (2.27)
, (2.28)
де
a, b, c - індекси, що позначають відповідні фази; - фазний напруги низкою і високої обмоток трансформатора відповідно; - фазні струми низкою і високої обмоток трансформатора відповідно; - похідні від фазнихих струмових низкою і високої обмоток трансформатора відповідно; - похідні від фазнихих струмових низькі обмотки трансформатора, приведені до обмотки високий напруги і похідні від фазнихих струмових обмотки високий напруги трансформатора, приведені до обмотки низький напруги; - фазні активні опори низкою і високої обмоток трансформатора відповідно; - фазні індуктивності розсіювання низкою і високої обмоток трансформатора відповідно.Рисунок 2.1 - Принципова схема з'єднання обмоток трифазної
трансформаторної групи.
Так як опіри глибокопазного АД мають складну залежність від частоти струму в роторі через форму його стрижнів, то виникає необхідність представляти їх у виді функціональних залежностей від ковзання. У такому виді схема заміщення АД може бути використана тільки для розрахунку стаціонарних і квазістаціонарних режимів. Поводження двигунів у перехідних режимах більш точно відбиває многоконтурна схема заміщення, що і буде прийнята за основу при описі АД.
ДР, що описують поводження АД з многоконтурнам ротором (
i=1,2,... ,k) можна представити у виді:
, (2.29)
, (2.30)
, (2.31)
, (2.32)
, (2.33)
, (2.34)
, (2.35)
, (2.36)
де
- результуючий вектор напруги на виводах АД;- результуючі вектори струмів статора, i-ого роторного контуру і гілки намагнічування;
- результуючі вектори потокозчеплень статора, i-ого роторного контуру і гілки намагнічування;
- результуючі вектори похідною потокозчеплень статора і i-ого роторного контуру;
- індуктивність розсіювання обмотки статора, i-ого роторного контора й індуктивність гілки намагнічування;
- активний опір статора і i-ого роторного контуру;
- частота обертання ротора і системи координат;
- сумарний момент інерції приводу;
- момент опору механізму й обертаючий момент двигуна.
Підставивши (2.33) у (2.31) і (2.34), струми статора і
i-ого роторного контуру можна знайти як:
, (2.37)
. (2.38)
Потокозчеплення гілки намагнічування представляється в наступному виді:
, (2.39)
де
- коефіцієнти розподілу потокозчеплень статора, i-ого роторного контуру, що показують яка частина потокозчеплення відповідного контуру бере участь у створенні робочого потокозчеплення в повітряному зазорі
, , (2.40)
де
. (2.41)
Приймаючи за невідомого потокозчеплення статора і контурів ротора, з обліком (2.37), (2.38) і (2.39), рівняння (2.29) і (2.31) представляються у формі Коші
, (2.42)
, (2.43)
де
- коефіцієнти загасання контуру статора і i-ого роторного контуру
, . (2.44)
Практика показала, що математичну модель АД доцільно записати в системі координатних осей
, , жорстко зв'язаної зі статором ( =0), обравши вісь , що збігається з електричною віссю обмотки фази a, а вісь , що випереджає її на кут 90 градусів. Гідністю цієї системи координат є відповідність складових результуючих векторів по осі дійсним значенням у фазі a трифазного двигуна, що дозволяє робити безпосереднє порівняння осцилограм, отриманих на моделі і знятих експериментальним шляхом.З обліком вищевикладеного математична модель АД має вид:
, (2.45)
, (2.46)
, (2.47)
, (2.48)
, (2.49)
., (2.50)
2.6 Математична модель лінії електропередачі
Математична модель лінії міжвузлового зв'язку (наприклад, повітряна лінія між вузлами 2 і 3 і з прийнятим напрямком рівчака потужності від вузла 2 до вузла 3) у перехідних режимах описується як:
, (2.52)
де - напруги першого і другого вузлів відповідно;
- похідна струму і струм лінії;
- активний опір і індуктивність лінії.
ДР змішаного активно-індуктивного навантаження у фазних координатах мають вид:
, (2.53)
де - напруги у вузлі, до якого підключена навантаження;
- похідна струму і струм навантаження;
- активний опір і індуктивність навантаження.
2.8 Математична модель шунта
Для імітації коротких замикань використовувався шунт, що підключався в різних точках системи. ДР шунта у фазних координатах мають вид:
, (2.54)
де - напруги у вузлі, до якого підключений шунт;
- похідна струму і струм шунта;
- активний опір і індуктивність шунта.
2.
9 Рівняння зв'язку між елементами системиНа кожному кроку розрахунку визначаються напруги в кожному вузлі схеми, за допомогою методу Гауса. Формується матриця вузлових провідностей
і матриця - вектор струмових , що задають .
, (2.55)
, , (2.56)
де n - кількість вузлів;
- власні провідності;
- взаємні провідності.
Схема математичної моделі електростанції представлена на рисунку 2.2
Рисунок 2.2- Схема математичної моделі Зуївської ТЕС