Курсовая работа (т): Расчет параметров режима короткого замыкания в электрической системе

Расчет параметров режима короткого замыкания в электрической системе

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 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 φ = 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 φ = 0.9, Uном=11 кВ, Хd’’=0.14, X2=0.222, Ta=0.4 с;

Трансформаторы и автотрансформаторы:

Т1, Т2: ТДЦ-125000-110/10,5;ном=125 МВА, Uвн=121 кВ, Uнн=10.5 кВ, Рхх=120 кВт, Рк=400 кВт, квн-нн=10.5%.

Т5: АТДЦН-250000-230/121/10,5;

,5ном=250 МВА, Uвн=230 кВ, Uсн=121, Uнн=10.5 кВ, Рхх=200 кВт, Рк=690кВт, квн-сн=11%, uквн-нн=32%, uксн-нн=20%.

Т3: ТДЦ-80000-110/10.5;ном=80 МВА, Uвн=121 кВ, Uнн=10.5 кВ, uквн-нн=11%.

Реактор:

РБ-10-1000-0.143;=10 кВ, Iном=1000 A, Xр=0.143 Ом, ∆Pк=8.3 кВт.

Обобщённые нагрузки:

Н1: Рн1=40 МВт, cosφ= 0.8; 10

Н2: Рн2=100 МВт, cosφ= 0.8; 25

Н3: Рн3=10 МВт, cosφ= 0.8. 4

Воздушные линии электропередач:

Л1: =110 кВ, x0=0.444 Ом/км, r0=0.135 Ом/км., l=110 км, Х0/Х1=4;

Л2:=110 кВ, x0=0.431 Ом/км, r0=0.129 Ом/км., l=50 км, Х0/Х1=3.5;

Л3: =110 кВ, x0=0.427 Ом/км, r0=0.14 Ом/км., l=80 км, Х0/Х1=3.5.

Л1: =110 кВ, x0=0.431 Ом/км, r0=0.129 Ом/км., l=80 км, Х0/Х1=2,5;

Л2:=110 кВ, x0=0.427 Ом/км, r0=0.14 Ом/км., l=75 км, Х0/Х1=3.5;

Л3: =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:

Б = 1000 МВА;

Uб1=121 кВ ;

I БI =  =  = 4.771кА;БII =  =  = 54.986 кА;БII = кВ;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.); КВ = 0.5∙(U К ВH + U К ВC - U К СН) = 0.5∙(32 + 11 - 20) = 11.5%;Т5С*(Б) =  =  = 0 (о.е.); КC = 0.5∙(U К ВС + U К CН - U К ВН) = 0.5∙(11 + 20 - 32) ≈ 0%;Т5Н*(Б) =  =  = 0.82 (о.е.);КН = 0.5∙(U К СН + U К ВН - U К ВС) = 0.5∙(20 + 32 - 11) = 20.5%.

Линии электропередачи:

. Трансформаторы:

Т1*(Б) = X Т2*(Б) =  =  = 0.84 (о.е.);Т3*(Б) =  =  = 0.88 (о.е.).

.Реактор:

Х Р*(Б) =  =  = 13 (о.е.).

.Генераторы:Г1*(Б) = X Г2*(Б) = = = 1.536 (о.е.);Г3*(Б) = X Г4*(Б) = X Г5*(Б) = = = 2.3(о.е.).

. Обобщенные нагрузки:

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

н1*(Б)=  =  = 7 (о.е.);н2*(Б)=  =  = 2.8 (о.е.);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:

Г’’ = ;Г1 = IHГ2 =  =  = 6.87 (кА);Г1’’ = EГ2’’ =  = 12.01 (кВ);Г1*(Б)’’ = EГ2*(Б)’’ =  =  = 1.14 (о.е.);Г3 = IHГ4 = IHГ5 =  =  = 3.5 (кА);Г3’’ = EГ4’’ = EГ5’’ =  = 11.289 (кВ);Г3*(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:

с*(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.).1 =  =  = 2.129 (о.е.);’’= = 1.075(о.е.);2 =  =  = 1.592 (о.е.);’’ =  =  = 1.069 (о.е.);3 =  =  = 1.041 (о.е.);’’ =  =  = 1.01 (о.е.);4 =  =  = 0.759 (о.е.);

” =  =  = 1.091 (о.е.);5 =  =  = 0.63 (о.е.);=  =  = 0.417 (о.е.);=  =  = 0.006 (о.е.);=  =  = 0.006 (о.е.);10 = ==1.05 (о.е.);