Расчет электромагнитных переходных процессов в электроэнергетических системах
 Скачать 1.15 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тольяттинский государственный университет» Институт энергетики и электротехники Кафедра «Электроснабжение и электротехника» 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» Профиль «Электроснабжение» КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Методы и расчеты коротких замыканий и выбор электрооборудование» на тему «Расчет электромагнитных переходных процессов в электроэнергетических системах» Студент: Акдодов М.Т Группа: ЭЭТп-1501 Руководитель: В.Н. Кузнецов Оценка: Дата: Тольятти 2018 СодержаниеВведение 3 1 Расчет трехфазного короткого замыкания 4 1.1 Рассчитаем сверхпереходные и ударные токи трёхфазного КЗ на сборных шинах ВН и НН подстанции, построим графики IП=f(t) для случая ВН 4 1.2 Расчёт ударного тока на шинах высокого напряжения: 9 1.3 Расчёт сверхпереходных токов трёхфазного КЗ на шинах НН подстанции 12 1.4 Расчёт короткого замыкания на стороне низкого напряжения подстанции: 16 1.5 Построим зависимость периодической составляющей тока короткого замыкания от времени. Построим график проводимости для точки короткого замыкания на высоком напряжении подстанции. 18 2 Рассчитаем ток трёхфазного короткого замыкания на стороне 0,4 кВ для выбранного оборудования 19 3 Расчёт несимметричных коротких замыканий на шинах высокого напряжения 23 4 Расчёт простого замыкания на шинах СН и НН. 29 Заключение 31 Список исспользованных источников 32 ВведениеДля электроустановок характерны четыре режима работы: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный, причём аварийный режим является кратковременным режимом, а остальные - продолжительными режимами. При проектировании СЭС учитываются не только нормальные, продолжительные режимы работы ЭУ, но и аварийные режимы их. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание. Коротким замыканием называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землёй, при этом токи в аппаратах и проводниках, примыкающих к месту электрического соединения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима. В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или, напротив, могут отражаться на всей системе. Кроме теплового действия, токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начальной стадии процесса КЗ, когда ток достигает максимума. При недостаточной прочности проводников и их креплений они могут быть разрушены при КЗ. Глубокое снижение напряжения и резкое искажение его симметрии, которые возникают при КЗ, вредно отражаются на работе потребителей. Так уже при понижении напряжения на 30-40% в течение 1сек и более, достаточно загруженные двигатели промышленного предприятия могут остановиться. Оставаясь включенными в сеть, остановившиеся двигатели могут вызвать дальнейшее снижение напряжения в сети, т.е. полное нарушение нормального электроснабжения не только данного предприятия, но и за его пределами. Наконец, при задержке отключения КЗ сверх допустимой продолжительности может произойти нарушение устойчивости электрической системы, что является в сущности одним из наиболее опасных последствий КЗ, так как оно отражается на работе всей системы. 1 Расчет трехфазного короткого замыкания1.1 Рассчитаем сверхпереходные и ударные токи трёхфазного КЗ на сборных шинах ВН и НН подстанции, построим графики IП=f(t) для случая ВНРасчёт трёхфазного КЗ на шинах высокого напряжения подстанции Изобразим принципиальную схему для расчёта КЗ  Рисунок 1 - Принципиальная схема для расчёта КЗ Составим эквивалентную схему замещения цепи, в которой произошло КЗ:  Рисунок 2 - Схема замещения цепи Расчёт на стороне выше 1кВ проводится в о.е. при базисных условиях Uб = 110 (115) кВ Sб = 1000 MBA Расчёт значений сопротивлений и ЭДС EГ = 1 EC = 1 Сверхпереходный ток - это действующее значение периодической составляющей тока КЗ в начальный момент КЗ (t=0). Позволяет рассчитать ударный ток. Генератор заменяем сверхпереходным сопротивлением  . Зная активную мощность рассчитаем номинальную: = 0,14 о.е. UK% = 5,5Pн = 3x80 MBA Sн = 3x150 МВА cosφ = 0,850   Рассчитаем параметры схемы замещения трансформатора Т1 и автотрансформатора АТ:  о.е. о.е.Исходные данные для расчета параметров кабельных линий:  x0 = 0,35 Ом/км Uн = 115 кВ Рассчитаем сопротивление трёх КЛ, сети и автотрансформатора:  о.е. о.е. о.е. о.е.В дальнейшем опустим обозначение базисных значений (о.е) Преобразуем схему из треугольника в звезду:  Рисунок 3 - Схема преобразования соединения треугольника в звезду Рассчитаем сопротивления после преобразования:     Рисунок 4 - Развёрнутая схема звезды Сложим последовательно соединенные элементы:   Преобразуем схему из звезды обратно в треугольник и рассчитаем новые значения сопротивлений:  Рисунок 5 - Схема преобразования соединения звезды в треугольник Рассчитаем параметры преобразованной схемы замещения:   Так как ЕГ = ЕС, через сопротивление x6 ток не потечёт. В связи с этим произведём следующее преобразование:  Рисунок 6 - Простейшая схема замещения Рассчитаем сверхпереходные токи в о.е.    Вывод: Ток короткого замыкания системы в три раза превышает ток от генератора. Рассчитаем базисный ток для данной ступени напряжения:  Рассчитываем сверхпереходный ток в кА:   Найдем полный сверхпереходный ток:  Вывод: в результате расчёта сверхпереходного тока мы получили 8,07 кА и ток от системы в три раза превышает ток от генератора 1.2 Расчёт ударного тока на шинах высокого напряжения:Составим схему замещения с активными элементами сопротивления:  Рисунок 7 - Схема замещения с активными элементами Таблица 1 - Значения активных сопротивлений
Рассчитаем активные сопротивления и преобразуем схему в простейшую с активными сопротивлениями из пункта 1: Рассчитаем сопротивления после преобразования:     Рисунок 9 - Развёрнутая схема соединения звезда Сложим последовательно соединенные элементы   Преобразуем обратно звезду в треугольник:  Рисунок 10 - Схема преобразования из звезды в треугольник Рассчитаем сопротивления после преобразования:    Рисунок 11 - Простейшая схема замещения Найдём отношения суммарных реактивных сопротивлений к суммарным активным для генератора и для системы:   Найдём постоянную времени апериодических составляющих для двух результирующих ветвей:    Рассчитываем ударный коэффициент:   Рассчитаем ударные токи:    Вывод: были рассчитаны ударные коэффициенты апериодической составляющей времени Kуг = 1,835 и Kус = 1,651 и ударные токи iуг = 20,49 кА и iус = 13,91кА. 1.3 Расчёт сверхпереходных токов трёхфазного КЗ на шинах НН подстанцииСчитается, что трансформатор Т2 был не нагружен до аварийного режима (XX). 1) Трёхобмоточный трансформатор при расчёте КЗ можно считать двухобмоточным (Без обмотки СН) 2) Два трансформатора Т2 подстанции заменяем одним эквивалентным удвоенной мощности Нарисуем один двухобмоточный трансформатор.  Рисунок 12 - Расчётная схема Составим эквивалентную схему замещения цепи:  Рисунок 13 - Схема замещенияРассчитываем сопротивления трансформатора для обмоток T2 ВН-НН Sн = 2х60 МВА Uвн = 11 В Sб = 1000 МВА Рассчитаем параметры схемы замещения трансформатора Т2:   Рисунок 14 - Схема звездыСложим последовательно соединенные элементы:    Преобразуем схему звезды обратно в треугольник: Рисунок 15 - Преобразование звезды в треугольник Рассчитаем значения преобразованных элементов:    Рисунок 16 - Простейшая схема Рассчитаем сверхпереходные токи в ОЕ   Найдем полный сверхпереходный ток:  Рассчитаем базисный ток для данной ступени:  Рассчитаем сверхпереходные токи в кА:   Найдем полный сверхпереходный ток:  Вывод: в результате расчёта сверхпереходного тока мы получили 41,8 кА и ток от системы в три раза меньше тока генератора. 1.4 Расчёт короткого замыкания на стороне низкого напряжения подстанции: Рисунок 17 - Схема замещения цепи из активных сопротивлений Рисунок 18 - Общая схема звездыСложим последовательно соединенные элементы:     Рисунок 19 - Схема треугольник Рассчитаем значения преобразованных элементов:    Рисунок 20 - Простейшая схема Найдём отношения суммарных реактивных сопротивлений к суммарным активным для генератора и для системы:   Найдём постоянную времени апериодических составляющих для двух результирующих ветвей:   Рассчитываем ударный коэффициент:   Рассчитаем ударные токи:    Вывод: были рассчитаны ударные коэффициенты апериодической составляющей времени Kуг = 1,91 и Kус = 1,72 и ударные токи iуг = 29,71кА и iус = 72,24кА. 1.5 Построим зависимость периодической составляющей тока короткого замыкания от времени. Построим график проводимости для точки короткого замыкания на высоком напряжении подстанции.Возьмём исходную схему замещения для построения графика зависимости из пункта 1.1:  Рисунок 21 - Простейшая схема Ток от системы не затухает, он не зависит от момента времени переходного процесса. Зависимость от времени периодической составляющей тока генератора передающей станции находится по расчётным кривым, для этого вычислим  Для ГГ с демпферными обмотками xрас увеличивается на 0,07  Таблица 2 - Значения периодической составляющей тока КЗ в заданный момент времени
Формулы и расчёты:  где   , где  2 Рассчитаем ток трёхфазного короткого замыкания на стороне 0,4 кВ для выбранного оборудованияПри выполнение задания, будем использовать допущения: а) обмотка НН (10кВ) трансформаторов Т2 считать источником постоянного напряжения б) Рассмотрим одну из параллельных ветвей Нарисуем принципиальную схему для расчёта КЗ:  Рисунок 22 - Расчётная схема Uб = 0,4 кВ Изобразим схему замещения цепи, в которой произошло короткое замыкание:  Рисунок 23 - Схема замещения цепи Рассчитаем параметры кабельной линия К1: l=300м = 0,30км х0=0,08 Ом/км r0=3,70 Ом/км   Рассчитаем параметры схемы замещения трансформатора Т3: SH=1мВ Uk% =6,0 ∆Pкз = 30кВт = 0,03 мВт    Рассчитаем параметры кабельной линии К2: l=300м = 0,30км х0=0,08 Ом/км r0=3,70 Ом/км   Получим простейшую схему замещения  Рисунок 24 - Простейшая схема замещения Сложим все активные и реактивные сопротивления и найдём суммарное сопротивление:      Рассчитаем токи КЗ:   Вывод: проведён расчёт короткого замыкания на стороне низкого напряжения. При расчёте учитывались активные и реактивные сопротивления элементов электрической схемы. Ток в точке КЗ составил 2,79 кА, при этом ток в линии К1 ниже и составляет 100 А. 3 Расчёт несимметричных коротких замыканий на шинах высокого напряженияСхема прямой последовательности совпадает со схемой замещения для трёхфазного КЗ. Рисунок 25 - Простейшая схема Найдём симметричное сопротивление прямой последовательности   Рисунок 26 - Простейшая схема В схему обратной последовательности войдёт своим сверхпереходным сопротивлением.  Поскольку рассчитываются сверхпереходные токи, то в схему прямой последовательности генератора так же входит сверхпереходное сопротивление. Схемы обратной последовательности будет отличается от прямой последовательности только отсутствием ЭДС.  Рисунок 27 - Простейшая схема замещения обратной последовательности  Токи нулевой последовательности могут протекать в схеме только при заземление нейтрали.  Рисунок 28 - Схема сети для расчёта  Рисунок 29 - Схема замещения нулевой последовательности Сопротивления берутся из пункта 1.1 Приближенные расчеты сопротивления нулевой последовательности воздушной ЛЭП можно вычислить на основе средних значений-отношений Таблица 3 - Отношения 
Таблица 4 - Расчёт сопротивлений нулевой последовательности для ВЛ
 Рисунок 30 - Преобразование треугольника в звезду x1 =  =  = 0,301x2 =  =  = 0,105x3 =  =  = 0,151  Упростим схему:  Рисунок 31 - Упрощённая схема   Рисунок 32 - Упрощённая схема   Рисунок 33 - Простейшая схема Рассчитаем сопротивление нулевой последовательности  Рассчитаем токи НКЗ и коэффициент тяжести аварии Таблица 5 - Расчёт НКЗ
Рассчитаем добавочные сопротивления для каждого из видов КЗ:    Расчёт токов прямой последовательности для НКЗ     Расчёт фазного множителя для K(1,1)  Расчёт фазного тока в о.е.:     Расчёт фазного тока в именованных единицах:      Расчёт коэффициента тяжести аварий:    Вывод: в результате расчёта несимметричных КЗ получили, что самым опасным является трёхфазное замыкание, затем идёт K(1), потом K(1.1) и в конце K(2). Из НКЗ самым опасным является K(1). Для однофазного КЗ :      4 Расчёт простого замыкания на шинах СН и НН.В этом случае суммарное сопротивление нулевой последовательности равна бесконечности x0 Σ = ∞.  При тех допущениях, что использовались НКЗ, ток КЗ равен нулю. При этих допущениях не учитывались ёмкости между фазными проводами и землёй. В случае прямого замыкания на землю будет протекать, ранее не учитывающиеся, токи обусловленные ёмкостным эффектом. Они значительно меньше, чем токи при заземлённых нейтралях. Если эти токи больше критического, то требуется компенсация этих токов включением в нейтраль трансформатора компенсирующего реактора (катушки индуктивности). Критические токи: При Uн = 35 кВ - Iкр = 10 А При Uн = 10 кВ - Iкр = 20 А NВЛ = 350 кОм·км NКЛ = 10 кОм·км Расчёт критических токов для линии 35кВ: lВ = 80 км lН = 4 км  Так как критическим током для данной линии является значение больше 10А, а IK > IКР, то необходимо рассчитать компенсирующий реактор:   Расчёт критических токов для линии 10кВ: lKЛ = 0,15 км   В этом случае компенсирующее устройство не требуется Вывод: в результате расчёта были найдены превышения критических токов на линии 35кВ, исходя из чего на этой линии требуется три компенсирующих реактора с сопротивлениями по 570 Ом. В случае обмоток 10 кВ компенсация реактивной мощности не требуется, так как критическое значение тока простого короткого замыкания не превышено. ЗаключениеКурсовая работа выполняется с целью закрепления теоретических знаний, полученных при изучении предмета «Электромагнитные и электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах», и представляет собой пример расчёта симметричного и различных видов несимметричных коротких замыканийна ступени напряжения выше 1кВ и трехфазного КЗ на ступени напряжения 0,4 кВ. В ходе выполнения работы произведён расчёт периодической составляющей сверхпереходного тока КЗ, рассчитан ударный ток и его наибольшее действующее значение. Для ступени напряжения 0,4 кВ расчет проводился в именованных единицаха на стороне выше 1 кВ - в относительных единицах. Для расчета несимметричного короткого замыканияприменялся метод симметричных составляющих. Составлены схемы замещения цепей для расчета каждого из типов короткого замыкания. Рассчитана постоянная времени затухания переходного процесса. Список исспользованных источниковУльянов, С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах / С.А. Ульянов. — М.: Энергия, 1970. Сенько, В.В. Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения: учеб. пособие / В.В. Сенько. – Тольятти: ТГУ, 2007. – 40с. Наклепаев, Б.Н. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбора электрооборудования / под ред. Б.Н. Наклепаева. – М.: Энергоатомиздат, 2005. – 460 с. Крючков, И.П. Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования / И.П. Крючков, Б.Н. Неклепаев. – М.: Энергоатомиздат, 2004. – 520 с. Ульянов, С.А. Сборник задач по электромагнитным переходным процессам в электрических системах: учеб. пособие / С.А. Ульянов. – М.: Энергия, 1968, - 485 с. Герасимов, В.Г. Электротехнический справочник; В 4 т. Т.З. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общей ред. В.Г. Герасимова [и др.] – 8 – е изд., испр. И доп. – М.: издательство МЭИ, 2002. – 964 с. Воробьёв, Г.В. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: метод. указания / Г.В. Воробьёв [и др.] – Тольятти, 1983. – 75 с. Воробьёв, Г.В. Трехфазные короткие замыкания: метод. указания / Г.В. Воробьёв. – Тольятти, 1987. – 32 с. Воробьёв, Г.В. Трехфазные короткие замыкания в системах электроснабжения: метод. указания / Г.В. Воробьёв. – Тольятти, 1987. – 34 с. Воробьёв, Г.В. Расчет трехфазных коротких замыканий в системах электроснабжения: метод. указания / Г.В. Воробьёв. – Тольятти, 1986. – 20 с. Воробьёв, Г.В. Электромагнитные переходные процессы. Сборник практических задач для студентов 2 – го курса / Г.В. Воробьев, В.В. Сенько. – Тольятти, ТолПИ. 1998. – 23 с. Gaty, L.R. Research in the electric power industry/ L.R. Gaty // Journal of IEEE. – 2006. – Vol. 74. – No. 2. – Pp. 200 – 203. Rebours, Y. G. A survey of frequency and voltage control ancillary services - Part I: Technical features/ Y. G. Rebours // Power Systems, IEEE Transactions on. – Pp. 350 - 357 . |
