 |
|
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
КУРСОВАЯ РАБОТА
Выполнил ст. группы З-9341/24 ИДО
Проверил:
Томск 2011
КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 1.
Расчёт трёхфазного короткого замыкания в сложной электрической системе.
Для электрической системы, упрощённая принципиальная схема которой приведена на рис. 1выполнить расчёт трёхфазного к.з. в указанной точке.
При расчёте определить:
· In0, Int – действующие значения периодической слагающей тока к.з. в точке к.з. и протекающего через выключатель с тем же номером, что и номер точки к.з., соответственно для t=0; 0.2 c;
· iу – ударные токи к.з., соответствующие In0;
· iat, It, Skt – апериодическую слагающую, действующее значение полного тока к.з. и мощность к.з., протекающих через выключатель для t=0.2 c;
· распределение периодических слагаемых токов по ветвям схемы (кА) и остаточных линейных напряжений (кВ) в её узлах для начального момента времени.
При расчёте режима к.з. влиянием обобщённой нагрузки Н1, Н2 пренебречь; влияние синхронного и асинхронного двигателей учесть, если они электрически связаны со ступенью к.з. При расположении этих двигателей за одной или двумя ступенями трансформации от узла к.з. их влиянием можно пренебречь.
Рис. 1. Принципиальная схема сложной электрической сети.
ИСХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОБОРУДОВАНИЯ
Турбогенераторы ТГ1 – ТГ3 Автотрансформаторы АТ4, АТ5
тип Т-12-2 тип АТДЦТН-63000/230
Sном=15 МВ·А Sном=63 МВ·А
Uн=10.5 кВ Uвн=230 кВ Uсн=121 кВ
о.е. Uнн=10.5 кВ
Iном=0.825 кА Uк.в-с=11 % Uк.в-н=35 %
cosφн=0.8 Uк.с-н=22 %
Трансформаторы Т1, Т2 Трансформатор Т3
тип ТДН-32000/115 тип ТМН-6300/115
Sном=32 МВ·А Sном=6.3 МВ·А
Uвн=115 кВ Uвн=115 кВ
Uнн=11 кВ Uнн=11 кВ
Uк=10.5 % Uк=10.5 %
Реактор СР Система
тип РБДУ-10-2500-0.2 Uс=228 кВ
Uном=10 кВ хном=0.2 Ом Sк.з=2400 МВ ·А
Синхронный двигатель СД-1 Асинхронный двигатель АД-2
тип СДН-16-84-6 тип ВА02-630 L-4
Sном=4.61 МВ·А Sном=2.22 МВ·А
Uном=10 кВ Uном=10 кВ
Iпуск=5.8 о.е. Iпуск=6 о.е.
Iном=0.266 кА Iном=0.128 кА
cosφн=0.87 cosφн=0.9
Нагрузка Н1 Длина ЛЭП
S1=10 МВ·А l1=25 км, l2=50 км,
Нагрузка Н2 l3=30 км, l4=60 км,
S2=15 МВ·А l5=20 км
Все ЛЭП – 110 кВ выполнены проводом АС-240 (х=0.4 Ом/км).
Исполнение линий: Л1, Л2, Л3 – одноцепные со стальным тросом;
Л4 – двухцепная с хорошо проводящим тросом;
Л5 – одноцепная без троса.
Секционный выключатель CВ-1отключен.
Введение
Большая часть аварий в электрических системах вызывается короткими замыканиями. Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушение изоляции токоведущих частей электрических устройств, что возможно вследствие естественного старения (износа) изоляции, своевременно не выявленного путём профилактических испытаний изоляции, а также каких-либо повреждений её в процессе эксплуатации электрооборудования.
Короткие замыкания связаны со снижением напряжения в узлах и увеличением токов, которые могут значительно превышать токи нагрузок ветвей. Значительные по величине токи в первый момент к.з. вызывают большие электродинамические усилия, что может привести к разрушению крепящих частей токопроводов. Большой нагрев токоведущих частей приводит к повреждению их изоляции. Понижение напряжения в питающей сети нарушает нормальную работу электроприёмников. Момент вращения асинхронных электродвигателей пропорционален квадрату подведённого к ним напряжения (Мвр≡U2), поэтому даже при сравнительно небольшом снижении напряжения вращающий момент может оказаться недостаточным для вращения механизма – двигатель останавливается.
В трёхфазных системах с заземлённой нейтралью могут возникать следующие виды коротких замыканий в одной точке: трёхфазное, двухфазное, однофазное и двухфазное на землю, т.е. замыкание между двумя фазами с одновременным замыканием той же точки на землю.
Простейшим видом короткого замыкания следует считать трёхфазное короткое замыкание. Оно является симметричным, поскольку в этом случае углы сдвига между токами и напряжениями отдельных фаз равны 120 ○, как и в нормальном режиме, лишь токи возрастают, а напряжения уменьшаются. Все остальные виды к.з. являются несимметричными, поскольку при каждом из них фазы находятся в неодинаковых условиях. Возникновение трёхфазного к.з. является весьма редким, однако во многих случаях трёхфазное к.з. связано с более тяжёлым режим вследствие больших значений небалансов мощностей на валах генераторов.
При расчётах тока к.з. в сложных электрических сетях напряжением выше 1 кВ и в соответствии с ГОСТ 27514-87 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ» принимается ряд упрощений.
1. Рассматриваемая энергосистема строго симметрична при трёхфазном коротком замыкании.
2. Не учитывается намагничивающий ток трансформаторов и автотрансформаторов. Не учитывается насыщение магнитной системы указанных элементов, что позволяет считать их сопротивления постоянными.
3. Не учитываются активные сопротивления элементов энергосистемы.
4. Для воздушных линий напряжением до 220 кВ включительно не учитывается емкостная проводимость; для кабельных линий емкостная проводимость учитывается, начиная с напряжения 35 кВ и выше.
Вышеперечисленные допущения сравнительно мало влияют на техническую точность расчёта токов короткого замыкания (в пределах 5 %) и, как правило, несколько завышают результаты.
Решение
Расчёт проведём в системе относительных единиц (о.е.) при приближенном учёте коэффициентов трансформации.
Электрические величины могут быть выражены в именованных единицах, процентах и относительных единицах, т.е. в долях от некоторых одноимённых величин, называемых базисными. Относительные единицы широко используются в электрических расчётах, так как позволяют значительно упростить выкладки и придают им обобщённый характер.
Определение результирующего сопротивления в относительных единицах возможно только в том случае, если относительные сопротивления всех элементов цепи вычислены при одних и тех же базисных условиях. Например, если в цепи имеются два элемента с номинальными параметрами S1, I1, U1, x*1 и S2, I2, U2, x*2, то просто сложить значения х*1 и х*2 нельзя, так как они определены при разных номинальных условиях. Если же относительные сопротивления этих элементов определить при одной и той же мощности (токе) и отнести к одному и тому же напряжению, т.е. подсчитать при одинаковых базисных условиях, то результирующие сопротивление можно определить путём обычных преобразований схемы замещения.
Базисных электрических величин четыре: Sб, Iб, Uб, xб. Две любые из них являются независимыми. При расчётах токов к.з. в качестве независимых базисных величин обычно принимают Sб и Uб. При этом следует стремиться к упрощению процесса вычисления. Для этого за базисную мощность целесообразно принимать круглое число. При приближенном приведении за базисное напряжение отдельной ступени трансформации принимается средненоминальное напряжение данной ступени, а именно Uбi=Uсрi=1.05Uномi, кВ: 3.15, 6.3, 10.5 и т.д.
Принимаем в качестве независимых базисных величин:
· Sб=100 МВ·А;
· Uб1=10.5 кВ на ступенях схемы с Uн=10 кВ;
· Uб2=115 кВ на ступенях схемы с Uн=110 кВ;
· Uб3=230 кВ на ступенях схемы с Uн=230 кВ.
Базисная величина тока рассчитывается из соотношения мощности для трёхфазной цепи:
кА; 
кА;
Рис. 2. Исходная схема замещения.
кА;
Определим параметры схемы замещения (рис.2) по формулам приближенного приведения.