Расчет параметров режима короткого замыкания в электрической системе

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

— 180 —

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО

«Иркутский государственный технический университет»

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра электрических станций, сетей и систем

Расчет параметров режима короткого замыкания в электрической системе

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине:

«Переходные процессы в электроэнергетических системах»

Выполнил студент группы ЭСбзс-11−1

А.Д. Вакин

Нормоконтролёр

Н.Ю. Снопкова

Иркутск 2014

Введение

При проектировании и эксплуатации электрических установок и систем для решения многих технических вопросов и задач требуется предварительно произвести ряд расчетов, среди которых заметное место занимают расчеты электромагнитных переходных процессов и, в частности, процессов при внезапном коротком замыкании.

Под расчётом электромагнитного переходного процесса обычно понимают вычисление токов и напряжений в рассматриваемой схеме при заданных условиях. В зависимости от назначения такого расчета находят указанные величины для заданного момента времени, или находят их изменения в течение всего переходного процесса. При этом решение обычно проводится для одной или нескольких ветвей и точек схемы.

Каждый из практических методов расчета электромагнитных переходных процессов, в частности процесса при коротком замыкании, основан на некоторых допущениях, касающихся преимущественно возможности использования упрощенных представлений об изменении свободных токов в сложных схемах с несколькими источниками, о разных способах учета автоматического регулирования возбуждения синхронных машин и т. п. Здесь же остановимся только на тех основных допущениях, которые обычно принимают при решении большинства практических задач, связанных с определением токов и напряжений при электромагнитных переходных процессах. К числу таких допущений следует отнести:

а)Отсутствие насыщения магнитных систем. При этом все схемы оказываются линейными, расчет которых значительно проще; в частности, здесь могут быть использованы любые формы принципа наложения.

б)Пренебрежение токами намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов. Единственным исключением из этого допущения является случай, когда трёхстержневой трансформатор с соединением обмоток Yo/Yo включен на напряжение нулевой последовательности.

в)Сохранение симметрии трехфазной системы. Она
нарушается обычно лишь для какого-либо одного элемента, что происходит в результате его повреждения, или преднамеренно по специальным соображениям.

г)Пренебрежение емкостными проводимостями. Это допущение обычно является уместным и заметно не искажает результаты решения, если в рассматриваемой схеме нет продольной компенсации индуктивности цепи, а также дальних линий передач напряжением выше 220 кВ. При рассмотрении простых замыканий на землю это допущение, разумеется, совсем непригодно, так как в данном случае ток замыкается именно через емкостные проводимости.

д)Приближенный учет нагрузок. В зависимости от стадии переходного процесса нагрузку приближенно характеризуют некоторым постоянным сопротивлением, обычно чисто индуктивным.

е)Отсутствие активных сопротивлений, Это допущение в известной мере условно. Оно приемлемо при определении начальных и конечных значений отдельных величин, характеризующих переходный процесс в основных звеньях высокого напряжения электрической системы; при этом приближенный учет активных сопротивлений находит отражение при оценке постоянных времени затухания свободных составляющих рассматриваемых величин. В тех же случаях, когда подобный расчет проводится для протяженной кабельной или воздушной сети с относительно небольшими сечениями проводников (особенно линии со стальными проводами), а также для установок и сетей напряжением до 1 кВ, данное допущение непригодно.

ж)Отсутствие качаний синхронных машин. Если задача ограничена рассмотрением лишь начальной стадии переходного процесса (т. е. в пределах 0,1--0,2 сек с момента нарушения режима до отключения повреждения), это допущение обычно не вносит заметной погрешности (особенно в токе в месте повреждения). Однако при возникновении существенных качаний или выпадении машин из синхронизма достаточно надежный результат может быть получен лишь с учетом (хотя бы приближенным) такого процесса.

1. Расчет токов при трехфазном коротком замыкании

1.1 Составление схемы замещения элементов системы

Рисунок 1 — Расчётная схема электрической системы

Для нахождения значений токов трёхфазного короткого замыкания необходимо определить параметры схемы замещения системы для токов прямой последовательности.

По справочнику [4] находим необходимые для вычислений параметры оборудования, указанного в задании на курсовую работу.

Генераторы:

Г1, Г2: ТВФ-120−2УЗ;

Рном=100 МВт, cos ц = 0. 8, Uном=10.5 кВ, Хd''=0. 192, X2=0. 234, Ta=0.4 с;

Г3, Г4, Г5: СВ-505/190−16Т;

Рном=60 МВт, cos ц = 0. 9, Uном=11 кВ, Хd''=0. 14, X2=0. 222, Ta=0.4 с;

Трансформаторы и автотрансформаторы:

Т1, Т2: ТДЦ-125 000−110/10,5;

Sном=125 МВА, Uвн=121 кВ, Uнн=10.5 кВ, Рхх=120 кВт, Рк=400 кВт,

uквн-нн=10. 5%.

Т5: АТДЦН-250 000−230/121/10,5;

38,5

Sном=250 МВА, Uвн=230 кВ, Uсн=121, Uнн=10.5 кВ, Рхх=200 кВт, Рк=690кВт,

uквн-сн=11%, uквн-нн=32%, uксн-нн=20%.

Т3: ТДЦ-80 000−110/10. 5;

Sном=80 МВА, Uвн=121 кВ, Uнн=10.5 кВ, uквн-нн=11%.

Реактор:

РБ-10−1000−0. 143;

UH=10 кВ, Iном=1000 A, Xр=0. 143 Ом, ?Pк=8.3 кВт.

Обобщённые нагрузки:

Н1: Рн1=40 МВт, cosц= 0. 8; 10

Н2: Рн2=100 МВт, cosц= 0. 8; 25

Н3: Рн3=10 МВт, cosц= 0.8. 4

Воздушные линии электропередач:

Л1:

U=110 кВ, x0=0. 444 Ом/км, r0=0. 135 Ом/км., l=110 км, Х0/Х1=4;

Л2:

U=110 кВ, x0=0. 431 Ом/км, r0=0. 129 Ом/км., l=50 км, Х0/Х1=3. 5;

Л3:

U=110 кВ, x0=0. 427 Ом/км, r0=0. 14 Ом/км., l=80 км, Х0/Х1=3.5.

Л1:

U=110 кВ, x0=0. 431 Ом/км, r0=0. 129 Ом/км., l=80 км, Х0/Х1=2,5;

Л2:

U=110 кВ, x0=0. 427 Ом/км, r0=0. 14 Ом/км., l=75 км, Х0/Х1=3. 5;

Л3:

U=110 кВ, x0=0. 444 Ом/км, r0=0. 135 Ом/км., l=50 км, Х0/Х1=3.0.

Составляем исходную схему замещения, учитывающую только индуктивные сопротивления элементов сети. Поскольку в схеме задан источник бесконечной мощности, то его сопротивление принимаем равным нулю.

Рисунок 1 — Расчётная схема электрической системы Рисунок 2 — Исходная схема замещения системы

Расчёт токов короткого замыкания будем производить в относительных единицах с учётом действительных коэффициентов трансформации трансформаторов.

За базисное напряжение основной ступени примем среднее номинальное напряжение той ступени, где произошло КЗ, т. е. UбI=121 кВ.

Базисные напряжения остальных ступеней находятся с учётом коэффициентов трансформации трансформаторов, находящихся между основной ступенью напряжения и той, для которой находится базисное напряжение:

Выбираем базисные условия:

SБ = 1000 МВА;

Uб1=121 кВ;

I БI = = = 4. 771кА;

I БII = = = 54. 986 кА;

UБII = кВ;

U БIII = = 38.5 кВ;

U БIIII = = 230 кВ.

Определяем параметры элементов в схеме замещения.

Определяем индуктивные сопротивления элементов в схеме замещения для начального момента короткого замыкания.

Автотрансформатор АТ-5:

X Т5В*(Б) = = = 0. 46 (о.е.);

U КВ = 0. 5•(U К ВH + U К ВC — U К СН) = 0. 5•(32 + 11 — 20) = 11. 5%;

X Т5С*(Б) = = = 0 (о.е.);

U КC = 0. 5•(U К ВС + U К CН — U К ВН) = 0. 5•(11 + 20 — 32)? 0%;

X Т5Н*(Б) = = = 0. 82 (о.е.);

U КН = 0. 5•(U К СН + U К ВН — U К ВС) = 0. 5•(20 + 32 — 11) = 20. 5%.

Линии электропередачи:

X Л1*(Б) = = = 0. 81 (о.е.);

X Л2*(Б) = = = 0. 729 (о.е.);

X Л3*(Б) = = = 1. 213 (о.е.).

3. Трансформаторы:

X Т1*(Б) = X Т2*(Б) = = = 0. 84 (о.е.);

X Т3*(Б) = = = 0. 88 (о.е.).

4. Реактор:

Х Р*(Б) = = = 13 (о.е.).

5. Генераторы:

X Г1*(Б) = X Г2*(Б) = = = 1. 536 (о.е.);

X Г3*(Б) = X Г4*(Б) = X Г5*(Б) = = = 2. 3(о.е.).

6. Обобщенные нагрузки:

Нагрузку в начальный момент КЗ учтём приближённо, считая её сопротивление.

X н1*(Б)= = = 7 (о.е.);

X н2*(Б)= = = 2.8 (о.е.);

X н3*(Б)= = = 28 (о.е.).

Расчёт сверхпереходных ЭДС источников, питающих точку короткого замыкания

Определяем значения сверхпереходных ЭДС источников, питающих точку КЗ. До аварийный режим работы генераторов и асинхронных двигателей неизвестен, поэтому значения ЭДС генераторов определяем из предположения, что до КЗ все машины работали в номинальном режиме.

В общем виде формула для определения сверхпереходной ЭДС генератора в относительных единицах при приведении к базисным условиям имеет вид:

EГ'' =;

IHГ1 = IHГ2 = = = 6. 87 (кА);

EГ1'' = EГ2'' = = 12. 01 (кВ);

EГ1*(Б)'' = EГ2*(Б)'' = = = 1. 14 (о.е.);

IHГ3 = IHГ4 = IHГ5 = = = 3.5 (кА);

EГ3'' = EГ4'' = EГ5'' = = 11. 289 (кВ);

EГ3*(Б)'' = EГ4*(Б)'' = EГ5*(Б)'' = = = 1. 075 (о.е.).

Обобщённые нагрузки:

Н1:

Нагрузку в начальный момент КЗ учтём приближённо, считая её ЭДС равной. Тогда:

EН1*(Б)'' = EН2*(Б)'' = EН3*(Б)'' = 0. 85 (о.е.).

Система:

Eс*(Б)'' = = = 1 (о.е.).

Эквивалентирование схемы замещения относительно точки короткого замыкания

Рисунок 3 — Схема замещения с новыми обозначениями

Сворачиваем схему замещения относительно точки КЗ. Для схемы замещения на рисунке 3 проведём преобразования для сопротивлений, соединённых последовательно:

E1″ = = = 1. 058 (о.е.).

X 1 = = = 2. 129 (о.е.);

E2''= = 1. 075(о.е.);

X 2 = = = 1. 592 (о.е.);

E3'' = = = 1. 069 (о.е.);

X 3 = = = 1. 041 (о.е.);

E4'' = = = 1. 01 (о.е.);

X 4 = = = 0. 759 (о.е.);

E5″ = = = 1. 091 (о.е.);

X 5 = = = 0. 63 (о.е.);

X7 = = = 0. 417 (о.е.);

X8 = = = 0. 006 (о.е.);

X9 = = = 0. 006 (о.е.);

X 10 = ==1. 05 (о.е.);

X11 = = = 0. 321 (о.е.);

X12 = = = 0. 357 (о.е.);

X13 = = = 0. 215 (о.е.);

X 14 = ==0. 742 (о.е.);

E7 = = = 1. 006 (о.е.);

Закончив эквивалентирование к точке короткого замыкания получилась двухлучевая звезда.

Рисунок 4 — Схема замещения системы после окончания эквивалентирования

Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени.

IПО = = = 11. 43 (кА).

1.2 Расчёт ударного тока трёхфазного короткого замыкания

Для определения ударного тока в ТКЗ необходимо оценить влияние источников разного типа. Для расчета нужно найти коэффициенты токораспределения и взаимные сопротивления.

С0 = 1;

С1=== 0. 626;

С'1 = = = 0. 374;

С'4 = = = 0. 272;

С2 = = = 0. 103.

0 = 1;

С'7 = = = 0. 181;

С'9 = = = 0. 819.

Сопротивление системы относительно точки КЗ:

XВЗс = = = 1. 188 (о.е.).

Сопротивление генераторов относительно точки КЗ:

XВЗГ1,2 = = = 1. 282 (о.е.);

XВЗГ3,4,5 = = = 1. 985 (о.е.).

Сопротивление нагрузок относительно точки КЗ:

XВЗН1 = = = 5. 82 (о.е.);

XВЗН2 = = = 7. 22 (о.е.).

Для определения ударного тока вначале необходимо определять активные сопротивления элементов схемы замещения и таким же образом, как мы это делали с индуктивными сопротивлениями, производить эквивалентирование полученной схемы.

Сначала находим все активные сопротивления.

1. Автотрансформатор:

rв = = = 0. 006 (о.е.);

=0.5 = 5000.5 = 250 кВт.

2. Воздушные линии:

rл1 = = = 0. 242 (о.е.);

rл2 = = = 0. 239 (о.е.);

rл3 = = = 0. 369 (о.е.).

3. Трансформаторы:

rт1 = rт2 = = = 0. 026 (о.е.);

rт3 = = = 0. 023 (о.е.).

7. Реактор:

Сопротивлением реактора пренебрегаем.

8. Нагрузка:

Сопротивление нагрузки не учитываем, т.к. она далеко от точки короткого замыкания, поэтому kуд=1.

9. Генераторы:

rг2 = rг1 = = = 0. 002 (о.е.);

rг3 = rг4 = rг5 = = = 0. 001 (о.е.).

Рисунок 5 — Схема замещения системы

Сворачиваем схему замещения относительно точки КЗ. Для схемы замещения на рисунке 8 проведём преобразования для сопротивлений, соединённых в треугольник:

r1 = rТ3+ rг5= 0. 023+ 0. 001= 0. 022 (о.е.);

r2=r1: 3= 0. 022: 3= 0. 007 (о. е);

r'2 = = = 0. 008 (о.е.).

r3 = = = 0. 104 (о.е.);

r4 = = = 0. 068 (о.е.);

r5 = = = 0. 105 (о.е.).

r6 = + r4= 0. 003 + 0. 068= 0. 071 (о.е.);

r7 = r'2+ r5= 0. 008 + 0. 105= 0. 113 (о.е.);

r8 = = = 0. 045 (о.е.);

r9 = r8+ r3 = 0. 148 (о.е.);

r10 = = = 0. 013 (о.е.);

r13 = rГ1: 2= 0. 002:2 = 0. 001 (о.е.);

r14 = rН2: 2= 2. 8:2 = 1.4 (о.е.);

r15 = = 0. 001+0. 013 = 0. 014 (о.е.).

Рисунок 6 — Эквивалентная схема замещения

Находим коэффициенты токораспределения.

С0 = 1;

С1 =0. 0005;

С2 = 0. 9995;

С3 = = = 0. 606;

С4 = = = 0. 394;

С5 = = = 0. 392;

С6 = = 0. 394−0. 392=0. 002.

Сопротивление системы относительно точки КЗ:

rВЗс = = = 0. 245 (о.е.).

Сопротивление генераторов относительно точки КЗ:

rВЗГ1,2 = = = 0. 014 (о.е.);

rВЗГ3 = rВЗГ4 = rВЗГ5 = = = 0. 376 (о.е.).

Сопротивление нагрузок относительно точки КЗ:

rВЗН = = = 52. 691 (о.е.);

Определим эквивалентная постоянная времени:

Для системы:

Taэ С = = = 0. 015 ©.

Для генераторов:

Taэ Г1 = Taэ Г2 = = = 0. 301 ©.

Taэ Г3,4,5 = = = 0. 023 ©.

Итак, определим значение ударного коэффициента для каждой ветви.

Для ветви с генераторами ударный коэффициент равен:

КУДГ1 = КУДГ2 = 1 + = 1 + = 1. 967.

КУДГ3,4,5 = 1 + = 1 + = 1. 648.

Для системы ударный коэффициент равен:

КУДC = 1 + = 1 + = 1. 524.

Для ветви с обобщённой нагрузкой примем ударный коэффициент равным единице:

.

Таким образом, ударные токи короткого замыкания:

IПОГ1,2 = = = 0. 892 (о. е);

IПОГ3,4,5 = = = 0. 393 (о. е);

IПОН1= = = 0. 146 (о. е);

IПОН2= = = 0. 118 (о. е);

IПОС = = = 0. 841 (о. е).

от генератора Г1,2 и Г3,4,5:

iУГ1,2 = • IПОГ1 • КУДГ1 = •0. 447 • 1. 954 = 2. 483 (о. е);

iУГ3,4,5 = • IПОГ3 • КУДГ3 = •0. 114 • 1. 658 = 0. 915 (о. е).

от нагрузки:

iУН1 = • IПОН1 • КУДН1= •1• 0. 068 =0. 207 (о. е);

iУН2 = • IПОН2 • КУДН2 = •1• 0. 114 =0. 166 (о. е).

от системы:

iУC = • IПОC • КУДC = •0. 73 • 1. 4513 =1. 813 (о. е).

Ударный ток в месте короткого замыкания в именованных единицах:

iУ? = (iУГ1,2 + iУГ3,4,5 + iУГН1 + iУН2 + iУГС) • Iб = (1. 813+ 0. 207 + 0. 166 + 0. 915+0. 207+2. 483) • 4. 77 = 26. 644 (кА).

1. 3Расчёт полного тока трёхфазного короткого замыкания через 0,2 с после возникновения короткого замыкания методом расчётных кривых

Данный метод основан на применении специальных кривых, которые дают для произвольного момента переходного процесса значение периодической составляющей тока в месте КЗ в функции от расчётного индуктивного сопротивления.

В общем случае для расчёта полного тока методом расчётных кривых необходимо составить схему замещения. Исключение составляют крупные синхронные компенсаторы и двигатели, находящиеся вблизи точки КЗ, которые в таком случае рассматриваются как генераторы равновеликой мощности, а так же нагрузка равновеликой мощности как у генератора. В результате получается схема замещения с данными как и для трехфазного КЗ, без учета нагрузки 1 и 3 (данные расчета приведены в пунктах 1.1 и 1.2).

Определим расчетные сопротивления генераторов:

ХРАСЧ Г1,2= = = 0. 32 (о.е.);

ХРАСЧ Г3,4,5 = = = 0. 547 (о.е.).

Относительные значения периодической составляющей тока КЗ через 0,2 секунды после его возникновения определяем по расчётным кривым:

для ветви с генераторами Г1, Г2 I *Пф Г1 = 2.7 (по расчетным кривым);

для ветви с генератором Г3, Г4, Г5 I *Пф Г2 = 1.8 (по расчетным кривым).

Ток от источника бесконечной мощности определится следующим образом:

Ic = = = 4. 015 (кА).

Ток от нагрузки найдем как периодическую составляющую ТКЗ:

Iн2 = = = 0. 108 (кА).

Теперь найдём искомую величину периодической слагающей тока короткого замыкания для заданного момента времени 0,2 с в именованных единицах. Напряжение берется средненоминальное для данного участка, равное 115 кВ:

I пф = I *Пф Г1−2 + I *Пф Г3−4-5 + I *Пф Н2 + Ic =2. 7+ 1.8 +0. 108 + 4. 015= 9. 285 (кА).

Теперь рассчитаем значения апериодической составляющей тока КЗ к моменту времени 0,2 с для каждой ветви.

Iaф = • IПО • e-t/Ta.

Апериодическая составляющая тока КЗ в ветви с генератором Г1 и Г2:

IaфГ1−2 = • IПОГ1 • e -t/Taг1 = • 0. 892• = 0. 649 (о. е).

Апериодическая составляющая тока КЗ в ветви с генератором Г3,4,5:

IaфГ3 = • IПОГ3 • e -t/Taг2 = • 0. 393• = 0. 152 (о. е).

Апериодическая составляющая тока КЗ в ветви с нагрузкой 2:

Iaфн2 = • IПОГ4 • e -t/Taг2 = • 0. 108• = 0 (о. е).

Апериодическая составляющая тока КЗ от системы:

IaфС = • IПОС • e -t/Taс = • 0. 841 • = 0 (о. е).

Апериодическая составляющая тока через 0.2 с в точке КЗ в именнованных единицах:

Iaф? = IaфГ1,2•Iб = 0. 649 •4. 77 = 3. 096 (кА).

Полный ток в месте КЗ через 0.2 с в именованных единицах:

I kф = = 9. 788 (кА).

2. Расчёт токов несимметричных коротких замыканий

2.1 Составление схем замещения отдельных последовательностей

Для определения токов и напряжений при несимметричных КЗ используется метод симметричных составляющих и уравнения второго закона Кирхгофа. Полученные на этой основе формулы приводят к правилу эквивалентности прямой последовательности, показывающему, что ток прямой последовательности любого несимметричного КЗ может быть определён как ток при трёхфазном КЗ в точке, удалённой от действительной точки КЗ на дополнительное сопротивление, определяемое видом КЗ.

Для расчёта дополнительного сопротивления необходимо знать эквивалентные сопротивления схем замещения для токов обратной и нулевой последовательностей относительно точки КЗ, поэтому расчёт несимметричных КЗ следует начинать с составления соответствующих схем замещения.

Схема замещения прямой последовательности идентична схеме, составленной для расчёта токов трёхфазного короткого замыкания. Отличие только в том, что в точке КЗ подключен условный источник с напряжением, равным напряжению прямой последовательности в точке КЗ.

Исключим для, определения нулевой последовательности, из исходной схемы замещения нагрузку Н1 и Н2 и вновь свернём её относительно точки КЗ.

Рисунок 7 — Схема замещения системы для токов прямой последовательности

Сворачиваем схему замещения относительно точки КЗ. Данная схема замещения совпадает со схемой замещения для трехфазного тока короткого замыкания:

X 14 = 0. 742 (о.е.); X 10=1. 05 (о.е.);

E7 = 1. 006 (о.е.); E5 = 1. 091 (о.е.);

Рисунок 8 — Эквивалентная схема замещения

Эквивалентная ЭДС:

Eэкв = = = 1. 041 (о.е.).

Эквивалентная сопротивление:

X экв = = = 0. 435 (о.е.).

Схема замещения обратной последовательности по структуре аналогична схеме прямой последовательности, но ЭДС генерирующих элементов в ней отсутствуют; к точке КЗ подключен условный источник с напряжением, равным напряжению обратной последовательности в точке КЗ.

Принципиально сопротивления обратной и прямой последовательностей элементов с вращающимися магнитосвязанными цепями (синхронные и асинхронные машины) не равны. Однако поскольку это неравенство само по себе незначительно, мало влияет на результирующее сопротивление схемы, им в практических расчётах часто пренебрегают. Так поступим и в данной работе. Следовательно, сопротивления всех элементов схем прямой и обратной последовательностей будут равны, значит X1? = X2? = 0. 435 (о.е.), и рассчитывать результирующее сопротивление схемы обратной последовательности не нужно.

Рисунок 9 — Эквивалентная схема замещения системы для токов обратной последовательности

Схема нулевой последовательности отличается от схем прямой и обратной последовательностей. Ток нулевой последовательности, по существу, является однофазным током, разветвлённым между тремя фазами и возвращающимся через землю и параллельные ей цепи. Поэтому путь токов нулевой последовательности резко отличается от пути токов прямой и обратной последовательности. Конфигурация схемы нулевой последовательности определяется соединением обмоток трансформаторов и режимом работы их нейтралей (заземлённая или изолированная нейтраль). При отсутствии емкостной проводимости (этой проводимостью в схемах, рассматриваемых в данной работе, можно пренебречь) токи нулевой последовательности потекут лишь в сторону элементов, электрически связанных с точкой КЗ, обмотки фаз которых соединены в звезду с заземлённой нейтралью. Следовательно, только эти элементы войдут в схему нулевой последовательности. Протекая по обмоткам трансформаторов, соединённым в звезду с заземлённой нейтралью, токи нулевой последовательности наводят в других обмотках трансформаторов ЭДС нулевой последовательности. Но ток нулевой последовательности возникает в этих обмотках, если они соединены в треугольник (при этом ток будет циркулировать по треугольнику, не выходя из него) или в звезду с заземлённой нейтралью, к которой подключен элемент, также имеющий заземлённую нейтраль.

В данной работе принимается, что обмотки генераторов, обобщённой нагрузки соединены в треугольник или в звезду с изолированной нейтралью. Поэтому эти элементы в схему замещения нулевой последовательности входить не будут. Сопротивления нулевой последовательности трансформаторов и автотрансформаторов определяются их конструкцией и соединением обмоток.

Таким образом, составим схему замещения нашей системы без учёта генераторов и нагрузки. На схеме опустим индексы *0(б), указывающие на то, что это сопротивления нулевой последовательности, выраженные в относительных единицах с приведением к базисным условиям схемы

Проведём пересчёт сопротивлений линий для нулевой последовательности:

XЛ1 = 0. 81• 4 = 3. 238 (о.е.);

XЛ2 = 0. 729• 3.5 = 2. 552 (о.е.);

XЛ3= 1. 213• 3.5 = 4. 246 (о.е. ;)

Рисунок 10 — Исходная схема замещения системы для токов нулевой последовательности

Сворачиваем данную схему относительно точки возникшей несимметрии. В расчётах будем опускать индекс 0, подразумевая, что все расчёты ведутся для сопротивлений нулевой последовательности.

Вычислим сопротивление обмоток ВН и НН автотрансформатора Т-4 и трансформаторов Т1 и Т2 включенных на параллельную работу:

X1= = = 0. 295 (о.е.);

X2= = = 0. 293 (о.е.);

X3= = = 0. 42 (о.е.).

Треугольник преобразуем в звезду:

X4 = = = 1. 221 (о.е.);

X5 = = = 0. 823 (о.е.);

X6 = = = 1. 88 (о.е.);

Сопротивления Х1, Х5 и Х2, Х6 соединены последовательно:

X`5 = X 5 + X 1 = 0. 823 + 0. 295 = 1. 118 (о.е.);

X'6 = X 2 + X 6 = 0. 397 + 1. 37= 1. 663 (о.е.).

Сопротивление Х'5 параллельно Х'6 и последовательно Х4.

X7= = = 1. 748 (о.е.).

Находим эквивалентное сопротивление:

X экв0 = = = 0. 339 (о.е.).

Рисунок 11 — Эквивалентная схема замещения для нулевой последовательности

2.2 Однофазное короткое замыкание

Рассчитаем дополнительное сопротивление для однофазного КЗ:

x? = x2? + x0? = 0. 435+ 0. 339 = 0. 773 (о.е.).

Коэффициент для однофазного КЗ.

Таким образом, ток прямой последовательности в месте однофазного КЗ:

IП0А1 = = = 4. 113 (кА).

IА1 = = = 12. 339 (кА).

Двухфазное короткое замыкание на землю

Рассчитаем дополнительное сопротивление для двухфазного КЗ на землю:

x? = = = 0. 19 (о.е.).

Коэффициент для двухфазного КЗ на землю:

m = = 1. 504.

Таким образом, ток прямой последовательности в месте двухфазного КЗ на землю:

IП0А1 = = = 7. 949 (кА).

IB = IC= = = 11. 954 (кА).

Двухфазное короткое замыкание

Рассчитаем дополнительное сопротивление для двухфазного КЗ:

x? = x2? = 0. 435 (о.е.).

Коэффициент для двухфазного КЗ: m =.

Таким образом, ток прямой последовательности в месте двухфазного КЗ на землю:

IП0А1 = = = 5. 715 (кА).

IB = IC= = = 9. 899 (кА).

2.2 Построение векторных диаграмм токов и напряжений в точке КЗ

ток замыкание трёхфазный сопротивление

Точка M отмечена на схеме электрической системы (рисунок 1).

Расчёт симметричных составляющих тока и напряжения в точке короткого замыкания.

Расчёт тока прямой последовательности в месте КЗ для заданного момента времени методом расчётных кривых производится аналогично расчёту трёхфазного КЗ, но с учётом дополнительного сопротивления.

Однофазное короткое замыкание

Токи прямой, обратной и нулевой последовательности одинаковы и равны:

I КА1 = I КА2 = I КА0 = 4. 113 (кА).

I КА = 3 • I КА1 = 3 • 4. 113 = 12. 339 (кА).

I КB = I КC = 0 (кА).

Напряжения обратной, нулевой и прямой последовательности:

UКА2 = • X2? • UБ1 = • 0. 435• 121 = 44. 46 (кВ);

UКА0 = • X0? • UБ1 = • 0. 339• 121 = 36. 85 (кВ);

U КА1 = - (U КА2 + U КА0) = - (44. 46+36. 8) = - 81. 31 (кВ).

По результатам расчётов строится векторная диаграмма токов:

Двухфазное короткое замыкание на землю

Токи прямой, обратной и нулевой последовательности равны:

I КА1 = 7. 949 (кА);

I КА2 = - I КА1 • = - 7. 949• = - 3. 776 (кА);

I КА0 = - I КА1 • = - 7. 949• = - 4. 565 (кА);

I КА = 0 (кА);

I КB = m • I КА1 = 1. 504• 7. 949 = 11. 954 (кА);

I КC = m • I КА1 = 1. 504• 7. 949 = 11. 954 (кА).

Напряжения обратной, прямой и нулевой последовательности одинаковы и равны:

UКА1 = UКА2 = UКА0 = • • UБII = • • 121 = 39. 201 (кВ);

UКА = 3 • 39. 201= 117. 604 (кВ);

UКВ = UКС = 0 (кВ).

Двухфазное короткое замыкание

Токи прямой, обратной и нулевой последовательности равны:

I КА1 =- I КА2;

I КА1 = 5. 715 (кА);

I КА0 =0;

I КА = I КА1+ I КА2+ I КА0=0;

I КB = m • I КА1 = 1. 732• 5. 715= 9. 899 (кА);

I КC = m • I КА1 = 1. 732• 5. 715= 9. 899 (кА).

Напряжения обратной, прямой и нулевой последовательности одинаковы и равны:

UКА1 = UКА2= • • UБII = • • 121 = 62. 852 (кВ);

UКА = 2 • 62. 852= 125. 704 (кВ);

UКВ = UКС =- UА1= -62. 852 (кВ).

2.3 Построение векторных диаграмм напряжения КЗ в точке М

Точка М находится за трансформатором относительно точки КЗ.

Однофазное короткое замыкание

При переходе через трансформатор с нечетной группой (11) соединений со стороны обмотки соединений в звезду на сторону обмотки, соединенной в треугольник, векторы симметричных составляющих прямой последовательности смещаются на угол 30є•N по часовой стрелке; обратной последовательности — на угол 30є•N против часовой стрелки, т. е.

= ••;

= ••;

= nл••;

= nл••.

где nл -линейный коэффициент трансформации, равный отношению номинальных линейных напряжений трансформатора.

Нулевая последовательность при переходе через трансформатор не идет.

Заключение

При выполнении курсовой работы по дисциплине «Переходные процессы в электроэнергетических системах. Электромагнитные переходные процессы» были рассчитаны значения токов короткого замыкания в электроэнергетической системе: действующее значение периодической составляющей IПО = 11. 43 (кА), ударный ток iУ?= 26. 644 (кА), значение полного тока в заданный момент времени в режиме трехфазного короткого замыкания I kф = 9. 788 (кА).

Для режима несимметричного короткого замыкания рассчитаны величины токов и напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей и построены векторные диаграммы токов и напряжений фаз в месте короткого замыкания и точке удаленной от места КЗ.

Результаты расчета приведены в таблице — 1:

Таблица — 1

Результаты расчета токов коротких замыканий

Виды токов КЗ:

В точке К 2

Однофазное КЗ

12. 339 кА

Двухфазное КЗ

9. 899 кА

Двухфазное КЗ на землю

11. 954 кА

Трехфазное КЗ

11. 43 кА

В ходе расчета и построения векторных диаграмм видно, что токи и напряжения при переходе через трансформатор меняют свое значение по значению и фазе. Так же отбрасывается нулевая последовательность из-за того, что используется схема соединения трансформатора звезда/треугольник.

В ходе работы были отработаны навыки использования расчетных методов, применяемых для расчетов параметров режимов короткого замыкания: метод коэффициентов токораспределения, расчетных кривых, симметричных составляющих.

Список используемых источников

1. Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: Учебник для электротехнических и энергетических вузов и факультетов / С. А. Ульянов. — Изд. 2-е, стер. — М.: ООО «ТИД «АРИС», 2010. — 520 с.: с илл.

2. МУ по выполнению курсовой работы по электромагнитным переходным процессам. Электронный ресурс. Снопкова Н. Ю. — 2012 г.

3. РД 153−34. 0−20. 527−98. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования.

4. Файбисович Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей: Учебник для электротехнических и энергетических вузов и факультетов: Москва «Издательство Н Ц ЭНАС», 2006 г.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой