Тест переходной процесс. Курсовая работа По дисциплине Переходные процессы в электроэнергетике

• Название: Курсовая работа По дисциплине Переходные процессы в электроэнергетике
• Анкор: Тест переходной процесс
• Дата: 31.01.2022
• Размер: 1.2 Mb.
• Имя файла: 2_5444992691274255889.doc
• Тип: Курсовая; #347864

М ИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Западно-Казахстанский аграрно-технический

университет имени Жангир хана

Кафедра «Энергетика»

Курсовая работа

По дисциплине: «Переходные процессы в электроэнергетике»


Подготовил: ст. гр. ЭЭ-32
Проверила: Доцент

Вичкуткина А.П.

г.Уральск 2017


СОДЕРЖАНИЕ

	Введение…………………………………………………………………….	3
	Исходные данные…………………………………………..………………	6
	Анализ расчетной схемы и исходных данных на расчет ..…….……….	8
2.1	Расчёт сопротивлений элементов схемы электроснабжения……………	8
	Приведение схемы замещения к простейшему виду с целью определения результирующего сопротивления цепи относительно точки КЗ……………………………………………………………………..	9
3.1	Расчёт периодической составляющей тока КЗ. Прямая последовательность………………………………………………………..	9
3.2	Распределение токов КЗ по всем ветвям схемы………………………….	13
	Расчет ударного тока и мощности КЗ…………………………………….	15
5	Расчет нулевой последовательности и двухфазного тока………………	19
5.1	Отчет нулевой последовательности……………………………………….	19
5,2	Расчет однофазного КЗ …………………………………………………….	22
6	Векторные диаграммы токов и напряжений………………………………
7	Заключение …………………………………………………………………	26
8	Список литературы..…………….………………………………………….	27

ВВЕДЕНИЕ
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 переходной процесс характеризуется совокупностью электромагнитных и механических изменений в системе, которые взаимосвязаны и представляют единое целое. Различают две стадии: электромагнитные и электромеханические переходные процессы. Наиболее частой причиной возникновения аварийных переходных процессов является короткое замыкание. Короткое замыкание (далее КЗ) – это не предусмотренное нормальными условиями эксплуатации замыкание между фазами или между фазами и землей.

Назначение расчетов КЗ:

1. 
   определений условий работы потребителей в аварийных режимах;
   
2. 
   выбор аппаратов и проводников и их проверки по условиям электродинамической и термической стойкости;
   
3. 
   проектирование и настройки устройств релейной защиты и автоматики;
   
4. 
   сопоставления, оценки и выбора схемы электрических соединений;
   
5. 
   проектирования и проверки защитных устройств;
   
6. 
   определение влияния линий электропередачи на линии связи;
   
7. 
   определение числа заземленных нейтралей и их размещения в ЭС;
   
8. 
   выбор разрядников;
   
9. 
   анализ аварий;
   
10. 
    подготовки к проведению различных испытаний в ЭС [1].
    

Целью курсового проекта является овладение навыков расчета токов и напряжений при КЗ в любой точке системы электроснабжения сложной конфигурации.
Выбор варианта осуществляется из таблицы 1.2. [2] по последней цифре шифра зачетной книжки студента. Вариант расчетной точки КЗ «К» задается преподавателем. В нашем случает точка К2.

Вид несимметричного КЗ определяют в соответствии с первой буквы фамилии студента по таблице 1.1 [2]. В нашем случае видом несимметричного КЗ является однофазное - К⁽¹⁾.


Порядок выполнения курсовой работы
Курсовая работа выполняется в форме расчетно-пояснительной записки объемом 20-25 страниц компьютерного набора и графической части в виде схем замещения, векторных диаграмм и схемы электрических соединений системы электроснабжения выполненной в компьютерной программе Auto Cad.

Расчетно-пояснительная записка включает в себя:

- Титульный лист;

- Задание;

- Содержание;

- Введение;

- Исходные данные;

- Порядок составления схемы замещения;

- Преобразование схемы замещения относительно заданной точки КЗ;

- Распределение токов короткого замыкания по ветвям;

- Расчет параметров нулевой последовательности;

- Расчет ударного тока и мощности короткого замыкания;

- Заключение (анализ результатов расчетов);

- Список используемой литературы.

Титульный лист оформляется согласно принятой в университете форме.

В ведении студент в краткой форме (не более одного рукописного листа ) описывается цель расчетов.

В расчетной части курсовой работы должны быть приведены необходимые расчетные схемы, схемы замещения, формулы в буквенном виде с последующей подстановкой цифровых значений входящих величин, таблицы итоговых расчетов, графический материал.


Объем курсовой работы
1. На основании исходных данных к схеме, приведенной в задании, по справочной литературе выбрать параметры элементов системы электроснабжения.

2. Составить схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей.

3. Рассчитать сопротивления схем замещения.

4. Путем преобразований привести схемы замещения к виду, удобному для расчета тока КЗ.

5. Определить при КЗ в заданной точке расчетной схемы:

а) действующее значение периодической составляющей суммарного тока при симметричном (трехфазном) и несимметричном КЗ;

б) ударный ток для симметричного и несимметричного КЗ;

в) полную мощность симметричного и несимметричного КЗ;

г) выполнить распределение токов при симметричном КЗ по ветвям схемы.

6. Определить при КЗ в заданной точке расчетной схемы:

а) действующее значение периодической составляющей суммарного тока при несимметричном КЗ;

б) построить векторные диаграммы напряжений и токов в месте повреждения при несимметричном КЗ;

в) рассчитать фазные величины токов и напряжений в месте КЗ и сравнить их с величинами, полученными по векторным диаграммам.

1.Исходные данные
Характеристика короткого замыкания

Вид несимметричного КЗ	К(1)
Точка КЗ	К-1

Технические данные элементов схемы электроснабжения

№ п/п	Элементы схемы	Буквенное обозначение на схеме	Тип , марка	Техническая характеристика элемента
1	Генераторы	Г1, Г2	ТВС-32У3	SH =40MBA X”d=0,153
2	Генераторы	Г3, Г4	Т-12-2У3	SH = 12MBA X”d=0.129
3	Трансформаторы	Т1	ТРДН-80000 /110	SH = 80MBA UK=10,5%
4	Трансформаторы	Т2	ТРДН-40000 /110	SH = 40MBA UK=10,5%
5	Трансформаторы	Т3, Т4	ТДТН-25000 /110	SH = 25MBA UKB-C=10,5% UKB-H=17,5% UKC-H=6,5%
6	Автотрансформаторы	АТ1, АТ2	АТДЦТН-200000/330/110	SH = 63MBA UKB-C=10% UKB-H=33% UKC-H=22%
7	Воздушная линия	ВЛ1, ВЛ2	АС-120	l1= l2=30км r1=0,27 Ом/км x1уд=0,396 Ом/км x0уд=1,396 Ом/км x0I-II=0,931 Ом/км
8	Воздушная линия	ВЛ3	АС-95	l3=25км r1=0,28 Ом/км x1уд=0,437 Ом/км x0уд=1,417 Ом/км
9	Система	С		Ic=20кА Xc0=20Ом
10	Нагрузка	Н1		SH = 10MBA
11	Нагрузка	Н2		SH = 10MBA

Рисунок 1. Расчетная схема электроснабжения участка сети 110…220…330кВ

2. Анализ расчетной схемы и исходных данных на расчет

2.1 Расчёт сопротивлений элементов схемы электроснабжения

Расчёт ведём в именованных единицах. За базисную величину напряжения примем U_баз = 115кВ.

Генераторы:

X_Г1,Г2 = X”d * U_б²/ S_H = 0.153*115²/40= 50,58 Ом

X_Г3,Г4 = X”d * U_б²/ S_H = 0.129*115²/12= 142,17 Ом

Е_Г = 1,08U_б= 1,08*115=124,2кВ
Трансформаторы:

X_T1В-Н=10.5*115²/100*80= 17,35 Ом

X_T1В=0,125*17,35 = 2,17 Ом

X_T1Н=1,75*17,35 = 30,376Ом
X_T2=10.5*115²/100*40= 34,7

X_T2В=0,125*34,7 = 4,3375Ом

X_T2Н=1,75*34,7 = 60,725м
Т3 Т4

U_КВ=0,5(10+17,5-6,5)= 10,75Ом

U_КВ=0,5(10+6,5-17,5)= -0,25Ом

U_КВ=0,5(17,5+6,5-10)= 6,75Ом
X_TВ=10,75*115²/100*25= 56,8675 Ом

X_TС= -0,25*115²/100*25= -1,3225 Ом

X_TН= 6,25*115²/100*25= 35,7 Ом
Автотрансформаторы:

АТ1 АТ2

U_КВ=0,5(10+33-22)= 10,75Ом

U_КВ=0,5(10+22-33)= -0,5 Ом

U_КВ=0,5(33+22-10)= 22,5 Ом

X_TВ=10,75*115²/100*80= 17,77 Ом

X_TС= -0,5*115²/100*80= -0,8265 Ом

X_TН= 22,5*115²/100*80= 37,195 Ом
Обобщенная нагрузка

X_H1= x_н** U_б²/ S_{H =} 0,35*115²/10= 462,875 Ом

X_H2= x_н** U_б²/ S_{H =} 0,35*115²/10= 462,875 Ом

Е_Г = 0,85U_б= 0,85*115=97,75кВ
X_c = U_c* U_б²/ 1.73*I_кз* U_c²=330/(1,73*20)*(115/330)²=1,158 Ом

Е_с= 1* U_б= 1*115=115кВ

3.Приведение схемы замещения к простейшему виду с целью определения результирующего сопротивления цепи относительно токи КЗ
3.1 Расчёт периодической составляющей тока к.з.
Прямая последовательность



Преобразование схемы замещения относительно заданной точки короткого замыкания: преобразование ветвей производится путем последовательного и параллельного сложения.

Последовательное сложение ветвей:

X_1,1 = X_3,1 = 50,58+30,376 = 80,956 Ом

X_6,1 = X_8,1 = 142,17+60,725= 202,9 Ом

X_13,1 = X_16,1 = 462,875+35,7+56,8675 = 555,4425 Ом

X_20,1= X_22,1= 17,77-0,8265 = 16,9435 Ом

Параллельное сложение ветвей:

X_11,1 = 11,88 /2= 5,94Ом

R_11.1= 8,1/2= 4,05 Ом


Параллельное сложение ветвей:

X_1,2 = 80,956/2= 40,478 Ом

X_6,2 = 202,9/2= 101,45 Ом

X_20.2 = X_20.1/2=16,9435/2= 8,4717 Ом

X_13.2 = 555,442/2= 277,721 Ом



.

Последовательное сложение ветвей:

X_5.1=40,478+2,17= 42,648 Ом

X_10.1=101.45+4.3375=105.8 Ом

X_19.1 = 10,59+8,4717+1,158= 20,219 Ом




Параллельное сложение ветвей:

X_5.2=105.8*42,648/(105.8+42,648) =30,3955 Ом

X_19,2 = 277,721*20,219/(277,721+20,219)= 18,846 Ом

Эквивалентная ЭДС:

Е_э= (97,75*20,219+115*277,721)/( 277,721+20,219) = 113,829кВ



X_11.2= 5,94+18,846= 24,786 Ом



Эквивалентная ЭДС:

Е_экв = (113,829*30,3955+124,2*24,786)/( 24,786+30,3955) = 118,489 кВ

X_экв = 24,786*30,3955/( 24,786+30,3955) = 13,6528 Ом


I_кз = 118489/1,73*13,6528= 5016,6 А
3.2 Распределение токов КЗ по всем ветвям схемы

3.2.1 Преобразование схемы в обратной последовательности: фактическое напряжение в точке КЗ равно нулю.


I_5.2 = 124200/1.73*30,3955 =2361,9255 A

I_11.2=113829/1,73*24,786= 2654,6078A

Проверка:

I_∑= I₁+I₂ = 2361,9255 +2654,6078= 5016,56A



I_5.1 = 124200/1.73*42,648 =1683,3593 A

I_10.1 = 124200/1.73*105,8 =678,5624 A

U_ост1=2654,6078 *5,94= 15768,37054 B

I_13,2= (97750/1.73-15768,37054) /277,721=146,67425А

I_19,1 = (115000/1.73-15768,37054) /20,219=2507,82A



I_13.1= I_16.1= (97750/1.73-15768,37054) /555,442= 73,337А

U_ост2= 4,34*678,56=2944,95В

I_6.1= I_8.1= (124200/1.73-2944,95) /202,92= 339,28128А

U_ост3= 2,17*1683,36=3652,8912В

I_1.1= I_3.1= (124200/1.73-3652,8912) /80,956= 841,679А


Реальные токи:

I1=I2=I3=I4=8679,3085A	I11=I12=1387,63589A	I19=2621,8118A
I6=I7=I8=I9=3901,72A	I13= I16= 76,6736A	I20=I22=1310,9059A
I5=1759,8763A	I14= I15=843,41A	I21=I23=436,9686A
I10=709,40363A	I18= I17=843,41A	I24=873,9372A

4.Расчет ударного тока и мощности КЗ
Ударный ток определяется по формуле:



где  - ударный коэффициент;

 – сверхпереходный ток, в нашем случае равный  ;
 - постоянная времени цепи КЗ. В практических расчетах пользуются более простым приближенным решением, которое состоит в замене  ,

где:

 - суммарное активное сопротивление схемы, найденное при отсутствии всех индуктивных сопротивлений,

 - суммарное индуктивное сопротивление схемы, найденное при отсутствии всех активных сопротивлений.
Для того, чтобы определить суммарное активное сопротивление  воспользуемся таблицей значений x/r для элементов электрической системы [3]:
Для генераторов Г1 и Г2: 50 

Для генераторов Г3 и Г4: 50

Для трансформатора Т1:  12,

Для трансформатора Т2: 18,35

Для трансформаторов Т3 и Т4: 18,35

Для автотрансформаторов АТ1 и АТ2: 35

Последовательное сложение ветвей:

R_1.1 = R_3.1 = R₁+ R₂ = 2,529+1,5188 = 4,048Ом

R_6.1 = R_8.1 = R₆+ R₇ = 9,478+3,0375= 12,5155 Ом

R_13.1 = R_15.1 = R₁₃+ R₁₄ =1,785+2,843375= 4,628375 Ом

R_18.1 = R_20.1 = R₂₀+ R₂₁ = 0,8885-0,041325= 0,847175 Ом

R_11.1= R₁₁ /2= 8,1/2= 4,05 Ом

Параллельное сложение ветвей:

R_1.2 = R_1.1/2= 4,048/2= 2,024 Ом

R_6.2 = X_6.1/2= 12,5155/2= 6,25775 Ом

R_18.2 = X_18.1/2=0,847175/2= 0,4236 Ом

R_13.2=X_13.1/2=4,62837/2= 2,3142 Ом


Последовательное сложение ветвей:

R_5.1 = R₅+ R_1.2 = 0,1085+2,024= 2,1325 Ом

R_10.1 = R₁₀+ R_6.2 =0,217+6,25775= 6,47475 Ом

R_17.1 = R₁₇+ R_18.2 =7+0,4236= 7,4236 Ом


Параллельное сложение ветвей:

R_5.2= R_5.1*R_10.1/ (R_5.1+R_10.1) = 6,47475*2,1325/(6,47475+2,1325)= 1,6041 Ом

R_17.2=R_17.2*R_13.2/R_17.2+R_13.2=7,4236*2,3142/(7,4236+2,3142)=1,7642 Ом

Последовательное сложение ветвей:

R_11.2 = R_17.2+ R_11.1 = 4,05+1,7642=5,8142 Ом


Параллельное сложение ветвей:

R_экв =1,6041 *5,8142 / (1,6041 +5,8142 )=1,2572 Ом


Т_а= 13,829/(314*1,2572) = 00,35

К_у= 1+е^(-0.01/0,035)=1+0,7516= 1,7516

I_y= 1.414*1,7516*5016,6 =12426,8A
Мощность КЗ, независимо от вида КЗ, определяется по формуле:

 ,
где  - номинальное напряжение ступени, для которой найден ток КЗ, В.

S_k=1.73*110000*5244,542=998MBA

5 Расчёт нулевой последовательности

5.1. Расчёт параметров схемы нулевой последовательности.


Расчёт параметров нулевой последовательности:

Для трансформатора Т1

X= (30,38/2)*0.9= Ом

X=2,17*0,9=6,24 Ом

Для трансформатора Т2

X= 60,75*0.9= 87,4Ом

X=0,9*4,34=6,24 Ом
Для трансформаторов Т3 T4

X= 56,8675*0.9 = 13,69 Ом

X= 35,7*0,9 = 20,304 Ом

Для автотрансформаторов АТ1 АТ2

Xв=17,77*0,9= 26,442 Ом

Xс= -0,8265*0,9= -5,661 Ом

Xн=37,195*0,9= 58,563 Ом

X₂₁=1,158 Oм
Линии 1 2:

X₇= 30*0,931= 27,93 Ом

X₈= X₉= 30*1,339-27,93=12,24 Ом
Линия 3:

X₁₄= 25*1,417= 35,425 Ом

Последовательное сложение ветвей:

X_10.1=Х_12.1=13,69+20,304=33,994 Ом

Х_3.1=Х_6.1=43,7+6,24=49,94 Ом

X_3.= 6,24+43,7=49,94 Ом
Параллельное сложение ветвей:

X_1.1=X_4.1=87,4/2=43,7 Ом

X_10.2=33,994/2=16,996 Ом



Параллельное сложение ветвей:

X_3.2=49,94 /2= 24,97 Ом

X_8.1=15,285/2=7,6425 Ом
X_17’=40+26,442+40*26,442/26,442=106,442 Ом

X_18’=26,442+26,442+26,442*26,442/40=70,363 Ом

X_19’=40+26,442+40*26,442/26,442=106,442 Ом




X₁₇’’=X₁₉’’= 106,442*58,563/(106,442+58,563)= 37,77 Ом

X_8.2= 24,97+47,893+7,6425= 80,5075 Ом



X₁”=37,77*37,77/ (37,77+70,363+37,77) = 9,77 Ом

X₂”= X₃”= 37,77*70,363/ (37,77+37,77+70,363) =18,21 Ом

X_8.3= 80,5075*16,996/ (80,5075+16,996) =14,033 Ом


X_16.1= X_18.1= 18,21-5,661= 12,549 Ом

X_16.2= 12,549/2= 6,2745Ом




X_14.1= 14,033+29,253= 43,286 Ом

X_16.3= 6,2745+9,77=16,04Ом

Xэкв=43,286*16,04/43,286+16,04=11,70 Ом


Однофазное КЗ на фазе А

Однофазное КЗ на фазе А характеризуется следующими граничными условиями:

; ; ;

Рисунок 15 Однофазное КЗ на фазе А.

Из граничных условий видно, что геометрическая сумма фазных токов в месте КЗ не равна нулю, т.е. , следовательно, такая система является неуравновешенной, в ней появляются составляющие токов нулевой последовательности.

Используя уравнения метода симметричных составляющих и граничных условий, получим следующие выражения:





, при

, ,



Используя уравнения запишем


Тогда = 114,88/1,73*j

(2*10,653+11,70)=-j2,009 кА

Ток неповрежденной фазы в соответствии с выражением равен утроенному значению тока одной из последовательностей, т.е.

,

Абсолютное значение тока поврежденной фазы определяется из выражений:

,

Для симметричных составляющих напряжений в месте К.З на основании выражений можно записать:

=-(-j2,1)*j11,70=-24,57 B



U_ка2=-I_ка2*jX_2Ʃ=-I_ка1*jX_2Ʃ=-(-j2,1)*10,653=-22,37 B

U_ка0=-I_ка0*jX_0Ʃ=-I_ка1*jX_0Ʃ=-j2,1(10,653+11,70)=46,9413 В

Следовательно, при равенстве токов всех последовательностей значения напряжений обратной и нулевой последовательностей зависит от значений сопротивлений и

Заключение
На основании исходных данных к схеме, приведенной в задании, по справочной литературе были выбраны да параметры элементов системы электроснабжения:

- составлены схемы замещения: прямой, обратной и нулевой последовательностей;

- рассчитаны сопротивления схем замещения;

- путем преобразований были приведены схемы замещения к виду удобному для расчета тока КЗ.

Были определены следующие параметры при КЗ в заданной точке расчётной схемы:

- действующее значение периодической составляющей суммарного тока при симметричном (трехфазном) КЗ;

- ударный ток для симметричного КЗ;

- полная мощность симметричного КЗ:

- было выполнено распределение токов при симметричном КЗ по ветвям схемы.

Были определены следующие параметры при КЗ в заданной точке расчетной схемы:

- действующее значение ческой составляющей суммарного тока при несимметричном КЗ;

- построены векторные диаграммы напряжений и токов вместе повреждения при несимметричном КЗ:

- рассчитаны фазные величины токов и напряжений в месте КЗ и сравнивались их величинами, полученными по векторным диаграммам.


Список использованной литературы

1. 
   Крючков И.П. Короткие замыкания и несимметричные режимы электроустановок / И.П. Крючков Изд. Дом МЭИ, 2011г.
   
2. 
   Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине Переходные процессы в электроэнергетике / А.П Вичкуткина - Уральск : РИО ЗКАТУ им. Жангир хана, 2010г.
   
3. 
   Ульянов, С.А.Электромагнитные переходные процессы в электрических системах / С.А. Ульянов. - М.: Энергия,1970. 472. - с.
   
4. 
   Правила устройства электроустановок.- Астана, 2005. - 720 с.
   
5. 
   Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. . Релейная защита электроэнергетических систем./ Под ред. А.Ф. Дьякова,- М.:МЭИ,2002. - 295 с.
   
6. 
   Овчаренко, Н.И. Элементы автоматических устройств энергосистем: Учеб. для ВУЗов / Н.И.Овчаренко. М.: Энергоатомиздат,1995. - 311с.