Курсовая работа (т): Переходные процессы в электроэнергетических системах

Переходные процессы в электроэнергетических системах

Содержание

Введение

. Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания

.1 Составление эквивалентной схемы замещения и определение её параметров

.2 Определение начального сверхпереходного тока

. Расчёт токов несимметричных коротких замыканий

.1 Метод симметричных составляющих

.2 Составление схем прямой, обратной и нулевой последовательностей

.3 Порядок расчёта токов несимметричных к.з.

. Расчет токов к.з. в установках напряжением до 1000 В

.1 Определение параметров схемы замещения

.2 Порядок расчёта токов короткого замыкания

. Задание на курсовую работу

Список используемых источников

Приложение 1

Приложение 2

Введение

Целью выполнения курсовой работы является закрепление теоретических знаний, полученных студентами при изучении курса «Переходные процессы в электроэнергетических системах» посредством овладения практическими навыками расчёта коротких замыканий.

Задачи, которые необходимо решить при выполнении курсовой работы, включают в себя расчёт токов короткого замыкания при сохранении симметрии системы, а также при различных видах поперечной несимметрии.

Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания (КЗ) рассматривается одним из наиболее распространённых методов - методом эквивалентных ЭДС. Также приведён порядок расчёта несимметричных коротких замыканий. Описываются особенности, порядок расчёта, приводятся необходимые аналитические выражения с комментариями.

В методических указаниях приведены общие требования к содержанию и рекомендации по оформлению пояснительной записки.

1. Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания

1.1 Составление эквивалентной схемы замещения и определение её параметров

При известной расчётной схеме и выбранных расчётных условиях определение тока короткого замыкания начинают с составления схемы короткого замыкания, в которой все элементы расчётной схемы представлены ЭДС и сопротивлениями определённой величины. При этом нередко (особенно для высоковольтных сетей) учитывают только индуктивные сопротивления элементов, пренебрегая активными, вследствие их сравнительно небольшой величины. Использование этого допущения упрощает расчёт, не внося заметной погрешности в результат.

Схема замещения составляется с учётом особенностей методов расчёта токов КЗ, вида короткого замыкания и стадии переходного процесса, о чём будет говориться ниже в соответствующих разделах. Однако в любом случае для определения тока КЗ необходимо вычислить значения ЭДС и сопротивлений элементов схемы.

Реальные схемы, вследствие наличия в них трансформаторов, всегда имеют несколько ступеней напряжения, в связи с чем все ЭДС и сопротивления должны быть определены для какой-то одной ступени напряжения, называемой основной. Эта процедура называется приведением. Расчёт ЭДС и сопротивлений может быть выполнен как в именованных, так и в относительных единицах. При выполнении расчёта в относительных единицах за базисное напряжение (иб) рекомендуется принимать напряжение ступени короткого замыкания, которая должна быть выбрана в качестве основной.

Если приведение к основной ступени напряжения осуществляется с учётом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов, то оно называется точным, а при использовании приближённых значений коэффициентов - приближённым. В последнем случае для определения коэффициентов трансформации используют средние номинальные напряжения ступеней, в результате чего упрощаются расчётные выражения, однако уменьшается точность определения искомых величин.

При расчете начального значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ синхронные и асинхронные машины в схему замещения должны быть введены сверхпереходными сопротивлениями и сверхпереходными ЭДС. Последние следует принимать численно равными значениям этих ЭДС в момент, предшествующий КЗ.

Для синхронных генераторов и электродвигателей сверхпереходную ЭДС (фазное значение) в киловольтах следует определять по формуле:

 (1.1)

где  - фазное напряжение на выводах машины в момент, предшествующий КЗ, кВ;

 - ток статора в момент, предшествующий КЗ, кА;

 - угол сдвига фаз напряжения и тока в момент, предшествующий КЗ, град.

ЭДС синхронных компенсаторов определяется по формуле:

 (1.2)

Для асинхронных электродвигателей сверхпереходную ЭДС следует определять по формуле:

 (1.3)

Для эквивалентного источника (системы):

 , (1.4)

для эквивалентной нагрузки:

 . (1.5)

Если параметры режима, предшествующего КЗ, не заданы, то принимают, что до КЗ электрические машины работали в номинальном режиме.

Схемы замещения элементов электроэнергетической системы и формулы для расчета их сопротивлений приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Схемы замещения и расчетные выражения для определения сопротивлений.

При выражении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в именованных единицах с приведением параметров различных элементов исходной расчетной схемы к выбранной основной (базисной) ступени напряжения сети и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов приведенные значения ЭДС источников энергии и сопротивления различных элементов схемы следует определять по формулам:

; (1.6)

, (1.7)

где Е и - истинные значения ЭДС источника энергии и сопротивления какого-либо элемента исходной расчетной схемы;

 и  - их приведенные значения;

n1, n2,...nm - коэффициенты трансформации трансформаторов или автотрансформаторов, включенных каскадно между ступенью напряжения сети, где находятся элементы с подлежащими приведению ЭДС Е и сопротивлением , и основной ступенью напряжения.

При определении параметров элементов схемы замещения в относительных единицах с приведением значений параметров расчетной схемы к выбранной основной ступени напряжения сети и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов необходимо:

задаться базисной мощностью (в МВА) и для одной из ступеней напряжения сети, принимаемой за основную, выбрать базисное напряжение  (кВ);

1) найти базисные напряжения (кВ) других ступеней напряжения сети, используя формулу:

 (1.8)

где - коэффициенты трансформации трансформаторов (автотрансформаторов), включенных каскадно между основной и N-й ступенями напряжения;

) определить относительные значения ЭДС и сопротивлений всех элементов при выбранных базисных условиях, используя формулы:

(1.9), (1.10)

где  - линейная ЭДС источника (кВ);

 - сопротивление элемента (Ом);

 - базисное напряжение (кВ) той ступени напряжения сети, на которой находится элемент, подлежащий приведению;

 - базисная мощность (МВА).

1.2 Определение начального сверхпереходного тока

При расчёте начального сверхпереходного тока или, другими словами, начального значения периодической составляющей тока короткого замыкания, должны быть учтены все генераторы, эквивалентированная часть электроэнергетической системы, удалённой от места КЗ, т.е. питающая система, синхронные и асинхронные двигатели мощностью 100 кВт и более (не отделённые от точки КЗ реакторами или трансформаторами), а также обобщённые нагрузки. Все эти элементы вводятся в схему замещения, называемую схемой замещения сверхпереходного режима КЗ, своими сверхпереходными сопротивлениями и сверхпереходными ЭДС.

Схему замещения, полученную в соответствии с указаниями п. 1.1, следует путем преобразований привести к простейшему виду (рисунок 1.1) и определить результирующую эквивалентную ЭДС Е"эк и результирующее эквивалентное сопротивление Хэк относительно расчетной точки КЗ. Основные формулы преобразования схем приведены в таблице 1.2.

Рисунок 1.1 - Вид итоговой схемы замещения

Начальное действующее значение периодической составляющей тока в месте КЗ составляет:

 (1.11)

где Iб - базисный ток той ступени напряжения сети, на которой находится расчетная точка КЗ.

Таблица 2.1 - Основные формулы преобразования схем

Параллельное соединение

,

где

; ;

Замена нескольких источников эквивалентным        

При двух ветвях

Преобразование треугольника в звезду       

Преобразование трехлучевой звезды в треугольник

2 Расчёт токов несимметричных коротких замыканий

2.1 Метод симметричных составляющих

Рассматриваемые несимметричные режимы ограничены условием, что несимметрия возникает только в одном каком-либо месте системы, в то время как вся остальная часть остается строго симметричной.

Анализ несимметричных режимов производится на основе метода симметричных составляющих, согласно которому при возникновении несимметрии рассматриваются отдельно схемы замещения прямой, обратной, нулевой последовательностей данной системы, рассматриваются токи и напряжения в них и определяются по ним фазные величины, IA=IA1+IA2+IA0.

В соответствии с правилом эквивалентности прямой последовательности, ток прямой последовательности любого несимметричного к.з. может быть определен как ток при трехфазном к.з. в точке, удаленной от действительной точки к.з.на дополнительное сопротивление X(n)∆ , определяемое видом к.з:

Iка1(n) = Еа1∑ / j(X1∑+X∆ (n) ) , (2.1)

где Еа1∑ - результирующая ЭДС схемы прямой последовательности;

X1∑ - результирующее сопротивление схемы прямой последовательности относительно точки к.з..

При этом токи обратной и нулевой последовательностей, напряжения всех последовательностей пропорциональны току прямой последовательности в месте к.з. Эти соотношения, а также величины их для различных видов к.з. указаны в таблице 2.1

Правило эквивалентности прямой последовательности позволяет применять при расчете любого вида несимметричного к.з. практические методы и приемы расчета переходного процесса при трехфазном к.з.. Для проведения расчетов необходимо составить схемы замещения прямой, обратной, нулевой последовательностей и определить результирующие сопротивления этих схем относительно точки к.з.

Таблица 2.1 - Расчётные формулы для определения токов несимметричного к.з.

n(1)          

İА1