Расчет токов к.з.. КР. Проектирование электрической части кэс700

• Название: Проектирование электрической части кэс700
• Анкор: Расчет токов к.з
• Дата: 17.12.2021
• Размер: 197.72 Kb.
• Имя файла: КР.docx
• Тип: Контрольная работа; #307140

М ИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный технический университет»

(ФГБОУ ВО «СамГТУ»)

Кафедра «Электрические станции»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине: «Электрические станции и подстанции»

На тему: Проектирование электрической части КЭС-700.

Вариант № 12

Выполнил: студент ЗФ….

Иванов Н.А.
Принял преподаватель:

Доцент Воронин А.А.

Самара 2021

Оглавление

1.Исходные данные и анализ задачи 3

1.1.Исходные данные 3

1.2.Анализ задачи 3

1.3.Выбор генераторов 4

2.Разработка главной схемы электрических соединений станции 4

2.1.Выбор структурной схемы станции 5

2.2.Выбор силовых трансформаторов 6

2.3. Выбор способов ограничения токов короткого замыкания 8

2.4. Выбор схем распределительных устройств 9

3.Расчет токов короткого замыкания 10

3.1 Расчет точки К1 14

3.2 Расчет токов короткого замыкания в точке К2 16

3.3 Расчет токов короткого замыкания в точке К3 20

3.4 Таблица расчетов токов к.з 22

1. Исходные данные и анализ задачи

   1. Исходные данные

Задание на разработку содержит ряд данных, приведенных в табл. 1.1, а именно:

– тип станции, ее установленная мощность и вид основного топлива;

– количество и тип турбин, устанавливаемых на станции;

– напряжения прилегающих сетей (напряжения, на которых выдается электрическая мощность станции);

– величина максимальной P_max и минимальной P_min активной мощности на шинах среднего U_СН или низшего U_ГН напряжения станции;

– мощность S_С и относительное сопротивление x_c прилегающей системы; – количество линий m_л , связывающих распредустройство (РУ) высшего напряжения UВН проектируемой станции с прилегающей системой, и их длина.

Таблица 1.1

Задание на разработку

№ варианта

Проектируема подстанция

Система

Тип- мощность, МВт, топливо

Турбины станции

Напряжение, кВ

МВт

Sc МВт

xc о.е.

lл км

mл шт.

UВН

UСН

UГН

12

КЭС-700 Уголь

7хК-100-90

220

110

̶

240/190

2500

1,1

85

4

2. Анализ задачи

Количество отходящих линий на среднем напряжении:



_­­­где P­_проп – пропускная способность линии, определяется по Табл. 1.2 [1, c.15].
Таблица 1.2

Пропускная способность линий, МВт

Номинальное напряжение, кВ	Воздушные линии
	Пропускная способность на одну цепь	Наибольшая длина, км
110	25-50	50-150

3. Выбор генераторов

На КЭС предполагается установить турбины 7хК-100-90. Для этого типа турбин выбираем турбогенераторы ТВФ-110-2У3 с непосредственным водородным охлаждением обмотки ротора и сердечника статора и косвенное-обмотки статора. Характеристики турбогенераторов отображены в Табл. 1.3.

Таблица 1.3

Характеристики турбогенераторов

Тип	РН МВт	UH кВ	IН кА		Индуктивное сопротивление, о.е.			, А	η, %	Схема, число выводов
ТВФ-110-2У3	110	10,5	7,56	0,8	2,04	0,271	0,189	1740	98,4	YY-9

2. Разработка главной схемы электрических соединений станции

Главная схема электрических соединений электростанции (подстанции) представляет собой совокупность основного электрооборудования – генераторов, трансформаторов, сборных шин, линий, коммутационных, измерительных, защитных и других аппаратов первичных цепей, определенным образом соединенных между собой.

Схема электрических соединений станции должна удовлетворять ряду требований, основными из которых являются надежность, экономичность, оперативная гибкость, наглядность и простота, удобство эксплуатации, безопасность обслуживания, возможность расширения. Выбирается оптимальный вариант главной схемы, в наибольшей степени соответствующий этим требованиям.

1. Выбор структурной схемы станции

Рис. 2. Структурная схема КЭС на двух напряжениях.
Мощность, выдаваемая генератором на шины РУСН, в нормальном режиме

(2.1)

Где число генераторов, подключенных к РУ;

номинальная мощность генератора, МВт;

коэффициент мощности генератора;

расход мощности на собственные нужды, МВА.

Мощность, выдаваемая генераторами на шины РУСН, в ремонтном режиме, когда один генератор остановлен,

(2.2)

Переток мощности между РУ в нормальном режиме при максимальной и минимальной нагрузке

	(2.3)
	(2.4)

Переток мощности между РУ в ремонтном режиме при максимальной и минимальной нагрузке

	(2.5)
	(2.6)

Максимальная величина мощности перетока из рассмотренных четырех определяет мощность трансформатора (автотрансформатора) связи.

2. Выбор силовых трансформаторов

Выбор силовых трансформаторов осуществляется в зависимости от назначения, мощности, напряжений обмоток, группы соединений. Класс напряжения трансформатора всегда определяется напряжением обмотки высшего напряжения, которое должно соответствовать напряжению элемента электростанции, к которому она подключается. Напряжения остальных обмоток должны соответствовать напряжениям соответствующих элементов.
Выбор трансформаторов (автотрансформаторов) связи
Для блочных станций в основном используются два автотрансформатора связи с регулированием напряжения под нагрузкой.

Номинальная мощность трансформатора (автотрансформатора)

(2.7)

где расчетная мощность определяется через максимальную мощность перетока , определенную в разделе 2.1:

(2.8)

если учесть отключение одного из трансформаторов связи, то

(2.9)

где коэффициент систематической перегрузки;

коэффициент аварийной перегрузки при температуре окружающей среды 20 ˚С и длительности перегрузки 6 часов в сутки.

Более надежно выбирать трансформатор связи по и соответствующим напряжениям. Однако если вероятность отключения одного из трансформаторов (автотрансформаторов) очень мала, то это экономически нецелесообразно и необходимо исходить из .

Был выбран трансформатор АТДЦТН – 100000/220/110 с характеристиками, представленными в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Характеристики автотрансформаторов

Тип	SН, МВА	UН обмоток, кВ				Uk, %
		ВН	СН	НН	В-Н		В-С	С-Н (Н-Н)
АТДЦТН-100000/220	100	230	121	38,5	31		11	19

Выбор блочных трансформаторов
Блочные трансформаторы должны без перегрузки передавать мощность генератора за вычетом расхода на собственные нужды, то есть номинальная мощность блочного трансформатора

(2.10)

Были выбраны трансформаторы типа ТДЦ-125000/110 и ТДЦ(ТЦ)- 125000/220 с номинальной мощностью и характеристиками, представленными в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Характеристики блочных трансформаторов

Тип	SН, МВА	UН обмоток, кВ			Uk, %
		ВН	СН	НН	В-Н	В-С	С-Н (Н-Н)
ТДЦ-125000/110	125	121	-	10,5	10,5	-	-
ТДЦ-125000/220	125	242	-	10,5	11	-	-

Выбор трансформаторов собственных нужд
Номинальную мощность рабочих трансформаторов собственных нужд (ТСН) выбирают в соответствии с их расчетной нагрузкой. С учетом повышенных требований надежности системы собственных нужд перегрузка рабочих ТСН не допускается. Расчетная мощность ТСН определяется суммой мощностей всех электроприемников, которые присоединены к данному трансформатору. Поскольку точное определение мощности всех токоприемников затруднительно, то при проектировании для определения расчетной мощности ТСН часто пользуются статистическими данными расхода мощности на собственные нужды для соответствующих электростанций, то есть в соответствии с выражением

(2.10)

где доля мощности собственных нужд, %;

номинальная мощность генератора, МВт;

коэффициент мощности нагрузки собственных нужд; можно принять равным генератора.

Были выбраны трансформаторы типа ТДНС-10000 с номинальной мощностью и характеристиками, представленными в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Характеристики ТСН

Тип		SН, МВА	UН обмоток, кВ		Uk, %
			ВН	НН	В-Н	Н-Н
ТСН	ТДНС-10000	10	10,5	6,3	14	-
РТСН	ТМН-10000/35	10	38,5	6,3	8

2.3. Выбор способов ограничения токов короткого замыкания

Так как станция выполняется по блочному принципу и на стороне повышенных напряжений сам блочный трансформатор является ограничителем токов короткого замыкания, то специальных средств ограничения можно не предусматривать.

В генераторной цепи сам генератор и аппаратура, в том числе и комплектный токопровод, также рассчитаны на токи короткого замыкания без ограничений.

2.4. Выбор схем распределительных устройств

В распредустройстве среднего напряжения – РУСН 110 кВ в соответствии с расчетами имеем 10 присоединений: 2 блочных трансформатора, 2 автотрансформатора связи, 6 линий потребителей. Учитывая рекомендации НТП, принимаем схему: две несекционированные рабочие системы шин и обходная система шин с отдельными обходным и шиносоединительным выключателями.

В распредустройстве высокого напряжения – РУВН 220 кВ в соответствии с расчетами имеем 10 присоединений: 4 блочных трансформатора, 2 автотрансформатора связи, 4 линии потребителей. Учитывая рекомендации НТП, принимаем схему: две несекционированные рабочие системы шин и обходная система шин с отдельными обходным и шиносоединительным выключателями.

3. Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания выполняют исходя из расчетных условий, которые включают в себя расчетную схему электроустановки, точку короткого замыкания и его длительность. Под расчетной схемой понимают упрощенную однолинейную схему электроустановки с указанием всех элементов и их параметров, влияющих на ток короткого замыкания. В главных схемах электрических станций и подстанций существуют группы цепей, для которых расчетные условия примерно одинаковы. Поэтому для упрощения расчетов и выбора однотипного оборудования всю схему разбивают на расчетные зоны коротких замыканий, для каждой из них определяют наибольший ток короткого замыкания и по этому току выбирают все электрооборудование данной зоны.

В данной курсовой работе рекомендуются следующие точки короткого замыкания:

для КЭС – на сборных шинах РУВН (точка К2 на рис. 3.1), на выводах блочного генератора (точка К3) и на сборных шинах РУСН (точка К1);


Рис. 3.1 Рекомендуемые точки КЗ для КЭС



Рис. 3.2 Схема замещения

На схеме замещения:

X_г – сопротивления генераторов ТВФ-110,

X_с – сопротивление системы,

X_т1 – сопротивление блочного трансформатора ТДЦ-125000/220,

X_т2 – сопротивление блочного трансформатора ТДЦ-125000/110,

X_АТ - сопротивление обмотки среднего и высокого напряжениий автотрансформатора связи АТДЦТН-100000/220/110;

X_л– сопротивление линии, соединяющей станцию с системой;

Е_г– значение ЭДС генераторов ТВФ-110,

Е_С – значение ЭДС системы.

Расчет токов короткого замыкания будем производить в трех точках:

К1 – РУСН, К2 – РУВН, К3 – на выводах генератора ТВФ-110.

Принимаем за базисное напряжение U_б=230 кВ.

Произведем расчет сопротивлений и ЭДС.

Синхронные генераторы



где - сопротивление генератора, приведенное к ступени базисного напряжения, Ом; U_б - базисное напряжение, кВ; - номинальная полная мощность синхронного генератора, МВА.

Активное сопротивление электрических машин высокого напряжения во много раз меньше индуктивного, поэтому им пренебрегают и в схему замещения не вводят.
Сверхпереходная ЭДС определяется по формуле:



где - сверхпереходная э.д.с. генератора, приведенная к ступени базисного напряжения, кВ; - значение сверхпереходной э.д.с. генератора при номинальных условиях в относительных единицах, определяется по формуле:

где находится на основе известного из справочных данных генератора; - расчетное индуктивное сопротивление (сопротивление Потье), которое можно определить по выражениям для генератора ТВФ-110.

Энергосистема

В расчетную схему входит энергосистема, заданная своей полной мощностью , МВА и сопротивлением в относительных единицах. В схему замещения электроустановки она вводится в виде эквивалентного генератора с э.д.с. и сопротивлением , которые определяются по формулам:





где E_c- э.д.с. энергосистемы, приведенная к ступени базисного напряжения, кВ; U_б - базисное напряжение, кВ; x_c- сопротивление энергосистемы, приведенное к ступени базисного напряжения, Ом.
Силовые трансформаторы и автотрансформаторы

Двухобмоточные трансформаторы:




Автотрансформатор:


Линии

Сопротивление воздушной линии , приведенное к базисному напряжению:

,

где - индуктивное сопротивление линии на 1 км длины, Ом/км; l - длина линии, км; - среднее эксплуатационное напряжение линии, кВ.

3.1 Расчет точки К1

Свернем схему замещения относительно точки короткого замыкания К1.





















Определение начальных значений периодической составляющей тока



где - э.д.с. ветви преобразованной схемы замещения, приведенная к ступени базисного напряжения, кВ; - базисное напряжение, кВ; - результирующее сопротивление ветви преобразованной схемы замещения относительно точки короткого замыкания, приведенное к ступени базисного напряжения, Ом; - среднее напряжение той ступени, на которой находится точка короткого замыкания, кВ.

Ветвь генератора, присоединенного к РУСН:


Ветвь системы:



Суммарное значение:


Определение ударного тока производится по выражению

,

где - начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания рассматриваемой ветви, кА; - ударный коэффициент.

Ветвь генератора, присоединенного к РУСН (с.21-22 [2]):

,

Ветвь системы:



Суммарное значение:



Определение периодической составляющей тока короткого замыкания для времени .

Предварительно принимаем к установке элегазовый выключатель, у которого .

1) Для ветви РУСН номинальный ток генератора , приведенный к той ступени напряжения, где находится точка короткого замыкания:


2) .

3) по кривой, соответствующей найденному , для расчетного времени находят отношение .



4) зная и , определяем для ветви генератора, присоединенного к РУСН: кА.

Периодическую составляющую тока короткого замыкания от системы в расчетный момент времени определяют проще, полагая .

Суммарное значение:



Определение апериодической составляющей тока короткого замыкания для времени .

Ветвь генератора, присоединенного к РУСН:

;

Ветвь системы:

Суммарное значение:

3.2 Расчет токов короткого замыкания в точке К2

Свернем схему замещения относительно точки короткого замыкания К2.















Определение начальных значений периодической составляющей тока

Ветвь генератора, присоединенного к РУСН:



Ветвь генератора, присоединенного к РУВН:

Ветвь системы:



Суммарное значение:


Определение ударного тока производится по выражению

,

где - начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания рассматриваемой ветви, кА; - ударный коэффициент.

Ветвь генератора, присоединенного к РУСН (с.21 [2]):

,

Ветвь генератора, присоединенного к РУВН (с.21-22 [2]):



Ветвь системы:



Суммарное значение:



Определение периодической составляющей тока короткого замыкания для времени .

Значения периодической составляющих тока короткого замыкания для времени необходимо знать для выбора выключателей. Расчетное время, для которого требуется определить токи короткого замыкания, вычисляется как с, где - собственное время отключения выключателя; 0,01 с - минимальное время действия релейной защиты.

Предварительно принимаем к установке элегазовый выключатель, у которого .



Составляющую для ветви РУСН определяем по типовым кривым следующим образом:

1) Для ветви РУСН номинальный ток генератора , приведенный к той ступени напряжения, где находится точка короткого замыкания:

где - число генераторов, присоединенных к РУСН; - номинальная активная мощность генераторов, МВт; - номинальный коэффициент мощности генераторов; - среднее напряжение той ступени, на которой находится точка короткого замыкания, кВ;

2) по ранее найденному начальному значению периодической составляющей тока генератора и значению определяем их отношение : .

3) по кривой, соответствующей найденному , для расчетного времени находят отношение .

4) зная и , определяем для ветви генератора, присоединенного к РУСН: кА.

Аналогичным образом определяем составляющую для ветви РУВН:

1)

2)

3)

4) кА.

Периодическую составляющую тока короткого замыкания от системы в расчетный момент времени определяют проще, полагая .

Суммарное значение:



Определение апериодической составляющей тока короткого замыкания для времени .

Ветвь генератора, присоединенного к РУСН:

;

Ветвь генератора, присоединенного к РУВН:



Ветвь системы:

Суммарное значение:

3.3 Расчет токов короткого замыкания в точке К3

Свернем схему замещения относительно точки короткого замыкания К3.




























Определение начальных значений периодической составляющей тока

Ветвь генератора, присоединенного к ГН:



Ветвь системы:



Суммарное значение:


Определение ударного тока производится по выражению

,

где - начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания рассматриваемой ветви, кА; - ударный коэффициент.

Ветвь генератора, присоединенного к ГН (с.21-22 [2]):

,

Ветвь системы:



Суммарное значение:



Определение периодической составляющей тока короткого замыкания для времени .

Предварительно принимаем к установке элегазовый, у которого .

1)

2) .

3) .

4) кА.

Периодическую составляющую тока короткого замыкания от системы в расчетный момент времени определяют проще, полагая .

Суммарное значение:



Определение апериодической составляющей тока короткого замыкания для времени .

Ветвь генератора, присоединенного к ГН:

;

Ветвь системы:

Суммарное значение:

3.4 Таблица расчетов токов к.з

Точка к.з.	Источник	,кА	,кА	,кА	,кА	ВК, кА2с
К1 110 кВ	Ветвь генератора, присоединенного к РУСН Ветвь системы Суммарное значение	7,837 6,44 14,277	21,778 14,645 36,423	6,813 6,44 13,253	8,467 0,275 8,742	24
К2 220кВ	Ветвь генератора, присоединенного к РУСН Ветвь генератора, присоединенного к РУВН Ветвь системы Суммарное значение	2,245 5,132 4,179 11,556	6,24 14,262 9,503 30,004	2,088 4,462 4,179 10,729	2,426 5,545 0,178 8,149	11,9
К3 Выводы генератора блока	Ветвь генератора Ветвь системы Суммарное значение	46,099 49,752 95,851	128,76 130,17 258,93	35,497 49,752 85,249	54,73 59,06 113,8	1345