Общие сведения о переходных процессах

Основные понятия и определения

Электрическая система — это условно выделенная часть электроэнергетической системы, в которой осуществляются выработка, преобразование, передача и потребление электрической энергии. В результате аварийных ситуаций в системе возникают переходные процессы, в течение которых происходит переход от одного режима к другому.

Режим работы системы — это совокупность процессов, характеризующих работу электрической системы и ее состояние в любой момент времени. Параметры режима: напряжения, мощности и т. п. — связаны между собой параметрами системы. Параметры системы: сопротивления, проводимости, коэффициенты трансформации, постоянные времени и т. п. — определяются физическими свойствами элементов. Различают несколько видов режимов электрических систем.

• 1. Установившийся (нормальный) режим — состояние системы, когда параметры режима изменяются в небольших пределах, позволяющих считать эти параметры неизменными.
• 2. Нормальные переходные режимы возникают при нормальной эксплуатации системы (включение и отключение каких-либо элементов системы, изменение нагрузки, несинхронное включение синхронных машин (СМ) и т. п.).
• 3. Аварийные переходные режимы возникают в ЭС при таких возмущениях (авариях), как: короткие замыкания, внезапные отключения элементов ЭС, повторные включения и отключения этих элементов, несинхронные включения СМ и т. п.
• 4. Послеаварийные установившиеся режимы наступают после отключения поврежденных элементов ЭС. При этом параметры послеаварийного режима могут быть как близкими к параметрам нормального (исходного) режима, так и значительно отличными от них.

При переходе от одного режима к другому изменяется электромагнитное состояние элементов системы и нарушается баланс между механическим и электромагнитным моментами на валах генераторов и двигателей. Это означает, что переходный процесс характеризуется совокупностью электромагнитных и механических изменений в системе, которые взаимно связаны и представляют собой единое целое. Тем не менее очень часто переходный процесс делят на две стадии. На первой стадии из-за большой инерции вращающихся машин в ЭС преобладают электромагнитные изменения. Эта стадия длится от нескольких сотых до 0.1… 0.2 с и называется электромагнитным переходным процессом. На второй стадии проявляются механические свойства системы, которые оказывают существенное влияние на переходные процессы. Эта стадия называется электромеханическим переходным процессом.

Наиболее частой причиной возникновения аварийных переходных процессов является короткое замыкание. Короткое замыкание — это не предусмотренное нормальными условиями эксплуатации замыкание между фазами или между фазами и землей. В системах с изолированной нейтралью замыкание одной фазы на землю называется простым.

В местах замыкания часто образуется электрическая дуга, сопротивление которой имеет нелинейный характер. Учет влияния дуги на ток КЗ представляет собой сложную задачу.

Кроме сопротивления дуги в месте КЗ возникает переходное сопротивление, вызываемое загрязнением, наличием остатков изоляции и т. п. В случае, когда переходное сопротивление и сопротивление дуги малы, ими пренебрегают. Такое замыкание называют металлическим. Расчет максимально возможных токов проводится для металлических КЗ. В электрических системах, работающих с заземленной нейтралью, различают четыре вида КЗ (см. таблицу). Из них наиболее часто возникает однофазное. Его вероятность возрастает с увеличением напряжения сети. Это связано с увеличением междуфазного расстояния (в среднем с 0.7 м в сети 6… 10 кВ оно увеличивается до 14 м в сети 500 кВ). Иногда в процессе развития аварии первоначальный вид короткого замыкания переходит в другой (например, однофазное КЗ — в двухфазное на землю).

Несимметричные КЗ, а также несимметричные нагрузки образуют в системе поперечную несимметрию. Нарушение симметрии какого-либо промежуточного элемента трехфазной сети (например, отключение одной фазы линии электропередачи) вызывает продольную несимметрию. Повреждения, сопровождающиеся многократной несимметрией (например, обрыв фазы с ее коротким замыканием), называются сложными.