Электромагнитные и электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах

1 2

---

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3 1 Задание 4 2 Расчет токов трехфазного короткого замыкания на шинах вн и нн подстанции 7 2.1 Составление схемы замещения и расчёт её параметров 7 2.2 Расчет тока трехфазного короткого замыкания на ступени ВН 13 2.3 Определение ударного тока короткого замыкания 17 2.4 Расчет тока трехфазного короткого замыкания на ступени НН 18 2.5 Определение ударного тока короткого замыкания 21 3 Расчет токов трехфазного короткого замыкания на стороне 0.4 кВ 22 4 расчет двухфазного короткого замыкания на стороне ВН 25 4.1 Составление и преобразование схем отдельных последовательностей 26 4.2 Определение тока двухфазного короткого замыкания, ударного тока и коэффициента тяжести аварии 27 Заключение 28 список использованных источников 29

Введение

Любые коммутации в энергосистемах, такие как изменение эксплуатационного состояния сетевых элементов, включение или отключение электрических нагрузок или генерирующего оборудования, а также изменение мощности избыточных или дефицитных энергоузлов – аварийные небалансы активной мощности приводят к возникновению переходных процессов. Кроме того, переходные процессы возникают в том числе в результате технологических нарушений: короткие замыкания (КЗ) одной или нескольких фаз, обрыв провода и т.д. Понимание причин возникновения и физической сути переходных процессов, как и способность оценить степень их влияния на электротехническое оборудование, позволяет не только снизить ущерб от нарушений нормального режима работы энергосистем, но и локализовать, а возможно и полностью предотвратить их. Таким образом, умение оценить степень влияния переходных процессов на электротехническое оборудование, а также электроэнергетическую систему в целом является очень полезным навыком и умением. В этой связи будущий инженер-специалист в области электроэнергетики должен уметь количественно и качественно оценивать показатели электромагнитных переходных процессов, тем самым повышая надежность работы и безопасность эксплуатации электроэнергетических систем, бесперебойность электроснабжения потребителей и минимизируя время аварийного простоя оборудования. Основными целями настоящей работы являются расчет токов трехфазного КЗ на шинах высшего и низшего напряжений подстанции, а также определение тока несимметричного КЗ и коэффициента тяжести аварии.

1 Задание

«1. Рассчитать сверхпереходные и ударные токи трехфазного КЗ на сборных шинах ВН и НН подстанции, построить график IП=f(t) для КЗ на шинах ВН. Ударные коэффициенты взять приближённо из таблицы 7 «Усредненные значения ударного коэффициента при коротком замыкании в различных точках электрической системы» текста для учебника. 2. Рассчитать ток трёхфазного короткого замыкания на стороне 0.4 кВ для выбора оборудования. Обмотки НН (10 кВ) трансформаторов Т2 считать источником постоянного напряжения. Достаточно рассмотреть одну из параллельных ветвей. 3. Рассчитать сверхпереходные токи несимметричных КЗ на стороне ВН. Группы соединений трансформаторов взять из методических указаний. Рассчитать ударные токи и коэффициенты тяжести аварии» [7]. Примечания: Доаварийным режимом короткого замыкания считать холостой ход; Синхронные двигатели можно не учитывать. Результаты расчетов свести в сводные таблицы в конце каждого пункта контрольной. Расчётные параметры схемы (вариант 214-7) Таблица А. Основные параметры ЛЭП Генераторы передающей станции количество и мощность, МВт cos  2 х 150 0.8 Трансформаторы передающей станции количество и мощность, МВА Uк% 2 х 100 6 Линия ВН Uн , кВ наличие грозозащитного троса в Л1 (в Л2 и Л3 – трос есть всегда) х0, Ом./км — длина линии, l, км. 220 Нет 0.4 150 Автотрансфораторы количество и мощность, МВА uк% 3 х 100 6 Таблица В. Параметры генераторов передающей станции 1. Тип генератора и наличие АРВ ТГ, АРВ — есть 2. Сопротивления, о. е. хd — хd” ********* 1.4 0.15 Таблица C Мощность к. з. на зажимах приемной системы, МВА 4000 Момент времени для расчетной кривой t2 2 Соотношение длин линий Л1 Соотношение длин линий Л2 Соотношение длин линий Л3 l_1= (1/3)*l l_2= (1⁄2)*l l_3= (1/4)*l Точка КЗ в схеме на стороне ВН К3 Вид обрыва на стороне ВН L^((2) ) Таблица D. Параметры промежуточного подключения Количество и мощность трансформаторов Т2, МВА 2 х4 2. Напряжения, % Uвн Uвс Uсн 10 4 3.5 3. Нагрузка на шинах 35 кВ, МВА 15 Протяженность линии 35 кВ, км Воздушные (всего) Кабельные (всего) 35 2 Нагрузка на шинах 10 кВ, МВА а) всего б) в том числе СД Количество и мощность, МВА хd” 4 х 2 0.23 В) Трансформаторы Т3 10/0,4 мощность, МВА Uк% Рк.з., кВт (каждого) г) кабели 10 кВ длина, м (каждый) х0, Ом/км r0, Ом/км д) кабели 0,4 кВ длина, м (каждый) х0, Ом/км r0, Ом/км 2 х 4 5.5 100 350 0.08 3.8 45 0.08 1.95 Нагрузка на 0,4 кВ АД мелкие — Р, кВт cos  Обобщенная нагрузка — S, кВA 1000 0.85 2000 Рисунок 1.1 – Расчетная схема

2 Расчет токов трехфазного короткого замыкания на шинах вн и нн подстанции

2.1 Составление схемы замещения и расчёт её параметров

Первым этапом, выполнение которого является обязательным и необходимым условием до начала выполнения расчетов токов КЗ, является составление схемы замещения исследуемой части электроэнергетической системы. В указанной схеме замещения магнитосвязанные цепи заменяются электрической связью путем приведения параметров элементов различных ступеней напряжения к одной «базисной» ступени напряжения, принятой за основную. Выполнение расчетов коротких замыканий на шинах с номинальным напряжением 1000 В и выше ведется в относительных единицах. В соответствии с точностью практических методов расчета будем использовать приближенное приведение по средним коэффициентам трансформации. «При этом для каждой ступени трансформации установлено одно среднее номинальное напряжение, а именно: 515; 340; 230; 115; 37; 24; 20; 16.5; 18; 15.75; 13.8; 10.5; 6.3; 3.15; 0.690; 0.525; 0.400 кВ» [1]. При выполнении расчетов в качестве базисной мощности Sб (MBA) целесообразно принимать число, кратное 10 (1, 10, 100, 1000 МВА и т. д.), близкое к установленной мощности генерирующего оборудования в расчетной схеме. А за основное базисное напряжение Uб (кB) следует принимать номинальное напряжение аварийной ступени. Для выполнения настоящих расчетов примем Sб=1000 MBA, UбI=230 кB, UбII=10.5 кB. Эквивалентная схема замещения с указанием полученных расчетных параметров представлена на рисунке 2.1. Генераторы: сопротивления прямой последовательности генераторов в начальный момент времени определяются в соответствии с формулой , (2.1) где – сверхпереходное сопротивление генератора в относительных единицах, приведённых к номинальным параметрам (паспортное значение); – номинальная активная мощность и коэффициент мощности генератора. Рисунок 2.1 – Эквивалентная схема замещения Воздушные линии: , (2.2) где – удельное индуктивное сопротивление, Ом/км, – длина линии, км, , кВ – среднее номинальное напряжение. Двухобмоточные трансформаторы: , (2.3) где – напряжение короткого замыкания, % (паспортное значение); – номинальная полная мощность трансформатора. Трехобмоточные трансформаторы: Система: , (2.10) где – мощность КЗ на зажимах приемной системы (ВН) , МВА. Синхронный двигатель: , (2.11) где – сверхпереходное сопротивление двигателя, о.е; – номинальная полная мощность двигателя. Значения для источников питания Е»Г, Е»C и Е»СД возьмем из справочных материалов [1]: Е»Г = 1.0 (х.х.); Е»C = 1.0; Е»СД = 1.1. После определения всех параметров эквивалентной схемы замещения необходимо привести ее к виду (рисунок 2.2), более удобному для последующих расчетов. Для этого первоочередно преобразуем все имеющиеся в схеме параллельные ветви в соответствующие эквиваленты: Следующим целесообразным шагом (рисунок 2.3) является преобразование последовательно соединенных элементов схемы в эквивалентные сопротивления: Рисунок 2.2 – Преобразование схемы замещения (1 этап) Далее воспользуемся коэффициентами токораспределения. Указанные коэффициенты находятся развертыванием схемы замещения от результирующего сопротивления (итогового эквивалентного сопротивления) до исходной схемы. Примем суммарный ток, подтекающий в точку КЗ от источников G и С, равным единице. Распределение указанного тока по ветвям осуществляется обратно пропорционально сопротивлениям и от их общего сопротивления . Тогда Сумма полученных значений коэффициентов распределения должна быть равна . , условие выполняется. Рисунок 2.3 – Преобразование схемы замещения (2 этап)

2.2 Расчет тока трехфазного короткого замыкания на ступени ВН

Определим относительные сопротивления генераторов и синхронных двигателей относительно точки К3 (рисунок 2.4): Рисунок 2.4 − Преобразованная схема замещения Начальное значение периодической составляющей тока КЗ от источника с номером m определяется по формуле , (2.12) где – ЭДС источника с номером m; – взаимное сопротивление между точкой КЗ и ЭДС источника. Токи отдельных источников в начальный момент времени Суммарный ток в точке КЗ (о.е.) В именованных единицах кА, Расчет периодической составляющей тока короткого замыкания во времени ток, подтекающий от системы, не затухает во времени 1.133, т.е. он не зависит от момента времени переходного процесса; подпитку КЗ со стороны синхронных двигателей считаем незначительной (меньше 5% от суммы токов других ветвей), следовательно, ею можно пренебречь; ток от генераторов передающей станции необходимо найти по расчетным кривым. Для нахождения зависимости тока КЗ от передающей станции от времени воспользуемся методом расчетных кривых [2-4]. Расчетное сопротивление генераторов: . По расчетным кривым [7] для турбогенератора с автоматическим регулятором возбуждения (АРВ) определим токи с пересчетом на «старый базис» в различные моменты времени: t = 0 ; t = 0.1 ; t = 0.2 ; t = 0.5 ; t = 1 ; t = 2 . Полный ток в точке КЗ (о.е.): В именованных единицах: Расчеты сведем в таблицу 2.1. График изменения тока КЗ во времени приведен на рисунке 2.5. Таблица 2.1 – Результаты расчета трехфазного тока короткого замыкания в различные моменты времени t, с 0 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 IK», о.е. 2.033 1.958 1.92 1.92 1.939 1.958 IK», кА 5.103 4.915 4.821 4.821 4.868 4.915 Рисунке 2.5 – График изменения тока трехфазного тока короткого замыкания

2.3 Определение ударного тока короткого замыкания

Ударный ток трехфазного КЗ (iуд) в электроустановках с одним источником энергии (энергосистема или автономный источник) рассчитывают по формуле , (2.13) где − ударный коэффициент; Та − постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ; jк − угол сдвига по фазе напряжения или ЭДС источника и периодической составляющей тока КЗ. Согласно заданию ударные коэффициенты берутся приближённо по усредненным значениям [1]. Зная ударные коэффициенты, значения токов от питающих элементов системы, можем определить ударный ток от этих элементов: Найдем полный ударный ток в о.е.: Ударный ток в именованных единицах: кА. Расчеты сведем в таблицу 2.2. Таблица 2.2 – Результаты расчета ударного тока КЗ

Ед. изм.
о.е.	2.246	2.804	0.093	5.143
кА	5.637	7.038	0.234	12.91

2.4 Расчет тока трехфазного короткого замыкания на ступени НН

Для получения расчетной схемы для определения тока трехфазного КЗ на ступени НН (10 кВ) можно воспользоваться эквивалентной схемой замещения, параметры которой были найдены ранее (см. п. 2.1). Пересчитанные сопротивления будем обозначать штрихом. Рисунок 2.6 – Схема замещения для расчета тока КЗ на стороне НН Коэффициенты токораспределения для источников G и С были найдены ранее и остались неизменными: , . Тогда относительные сопротивления генераторов и системы относительно точки К3 (рисунок 2.7): Рисунок 2.7 – Преобразованная схема замещения Токи отдельных источников в начальный момент времени при КЗ на шинах НН: Суммарный ток в точке КЗ (о.е.) В именованных единицах кА,

2.5 Определение ударного тока короткого замыкания

Ударные коэффициенты источников возьмем приближённо по усредненным значениям [1]. Зная ударные коэффициенты, значения токов от питающих элементов системы, можем определить ударный ток от этих элементов: Найдем полный ударный ток в о.е.: . Ударный ток в именованных единицах: кА. Расчеты сведем в таблицу 2.3. Таблица 2.3 – Результаты расчета ударного тока КЗ

---

1 2