2674

Расчёт режимов короткого замыкания в электроэнергетической системе

Курсовая

Энергетика

Расчет режимов короткого замыкания (КЗ) в электроэнергетической системе (ЭЭС) требуется производить как при эксплуатации, так и при развитии энергосистемы, в частности, при вводе новых объектов: электрических станций и подстанций. При этом для прове...

Русский

2012-11-12

342.01 KB

63 чел.

Расчет режимов короткого замыкания (КЗ) в электроэнергетической системе (ЭЭС) требуется производить как при эксплуатации, так и при развитии энергосистемы, в частности, при вводе новых объектов: электрических станций и подстанций. При этом для проверки электрооборудования, настройки устройств защиты и других целей рассматриваются различные виды КЗ в различных расчетных точках. В данной курсовой работе задания по расчету режимов КЗ также связываются с вводом того или иного объекта, задаваемого условно по вариантам в реальных, но достаточно упрощенных схемах действующих энергосистем: Ивановской, Ярославской, Воркутинской. Расчетная точка КЗ при этом задается на вновь вводимом объекте (например, для проверки его оборудования). Такая постановка учебной задачи приближает ее к практике, дает возможность познакомиться со схемами реальных систем и уровнями их токов КЗ. Решение поставленной задачи возможно различными путями. Один из них предполагает наличие или составление полной расчетной схемы ЭЭС, насчитывающей, возможно, сотни узлов, с дальнейшим применением ЭВМ и специализированных программ автоматизированного расчета КЗ. Очевидно, что для учебных целей этот путь неприемлем. Другой способ состоит в эквивалентировании, т.е. упрощении столь обширных схем до обозримых размеров. При этом если известен ток КЗ на шинах примыкания ЭЭС, то можно заменить всю сложную схему ЭЭС одним эквивалентным источником. Возможны случаи с несколькими шинами примыкания, по каждым из которых эквивалентируемая часть системы заменяется соответствующим источником. При этом не будут учтены возможные связи между шинами примыкания через отбрасываемую часть схемы. Однако погрешность получается вполне приемлемой, если упомянутые связи слабы (по сравнению со связями между шинами примыкания, учитываемыми в явном виде).

В курсовой работе проводится эквивалентирование схемы ЭЭС указанным способом с последующим расчетом режимов КЗ. Возможные формы и методы применения ЭВМ на отдельных этапах выполнения работы согласуются с преподавателем.

В качестве вновь вводимого объекта в заданную схему ЭЭС с соответствующей схемой подключения (табл. 1) рассматривается электростанция, работающая с местной двигательной нагрузкой на шинах генераторного напряжения.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

Данные для построения расчетной схемы Ивановской ЭЭС.

Шины эквивален-тирования

Схема подключения вводимого объекта

Элементы, учитываемые в явном виде

Режим работы нейтралей трансформаторов

Участок ВЛ со взаимной индукцией

Замкн. на землю фазы при КЗ в т. К2

Ив-220

ВЛ: Ив-220—Ив-4  

ПС: Ив-4

НА ПС Ив-4 нейтраль одного из тр-ров заземлена. Тр-р на ПС Ив-4 с изолированной нейтралью  подключён к ВЛ, на которой рассчитывается КЗ

Ив-220—вводимый обьект

В

Данные для построения расчётной схемы вводимой электростанции.

Вариант

N 21

Параметры синхронного генератора

Параметры реактора (секционного)

SНОМ, МВА

Хd”, о.е.

X2, о.е.

Та, С

Режим

IНОМ, кА

Xр, Ом

PН, (на фазу) кВт

P0, МВт

Q0, Мвар

U0, кВ

31,25

0,144

0,176

0,073

2

1,5

9,75

0,4

0,35

1,6

Параметры трансформаторов

Кол-во двигателей

Параметры асинхронного двигателя

SНОМ, МВА

Uср нн ном, кВ

N, шт

SНОМ, МВА

Tр, с

Та, с

Режим

P0, МВт

Q0, Мвар

2,5

10,5

1

0,46

4,7

0,09

0,02

0,28

0,24

         

     Рис. 1. Исходная схема.

2. РАСЧЁТ НАЧАЛЬНОЙ ФАЗЫ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА ПРИ ТРЁХФАЗНОМ КЗ НА ШИНАХ НИЗШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ.

2.1. Схема замещения электроэнергетической системы с учётом эквивалентирования заданных участков системы и её параметры.

2.1.1. Параметры схемы замещения в относительных единицах.

Примем Uб=10,5 кВ, МВт, ЕС*(б) =1 о.е.

Параметры схемы замещения системы.

 о.е.

Параметры схемы замещения генераторов на ЭС.

о.е.  

о.е.

о.е.     о.е.

о.е.

Параметры схемы замещения двигателей на ЭС.

о.е.  

о.е.

о.е.     о.е.

о.е.

Параметры схемы замещения трансформаторов на ЭС.

о.е.

Параметры схемы замещения реактора на ЭС.

о.е.

Параметры схемы замещения трансформаторов в системе.

Uкв%=0,5*(Uкв-н%+ Uкв-с%- Uкс-н%)=0,5*(17+10,5-6)=10,75%

Uкc%=0,5*(Uкв-c%+ Uкc-н%- Uкв-н%)=0,5*(10,5+6-17)= 0%

Uкн%=0,5*(Uкв-н%+ Uкс-н%- Uкв-с%)=0,5*(17+6-10,5)=6,25%

о.е.

о.е.

о.е.

Параметры схемы замещения нагрузки в системе.

о.е.   о.е. о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

Параметры схемы замещения линий в системе.

о.е.

2.1.2. Схема замещения.

Рис.2. Схема замещения электроэнергетической системы с учётом эквивалентирования заданных участков системы (в относительных единицах).

2.1.3. Параметры схемы замещения в именованных единицах.

Параметры схемы замещения системы.

кВ.

Ом.

Параметры схемы замещения генераторов на ЭС.

кВ.

Ом.

Параметры схемы замещения двигателей на ЭС.

кВ.

Ом.

Параметры схемы замещения трансформаторов на ЭС.

Ом.

Параметры схемы замещения реактора на ЭС.

Ом.

Параметры схемы замещения трансформаторов в системе.

Ом.

Ом.

Ом.

Параметры схемы замещения нагрузки в системе.

кВ.

Ом

Ом

Ом

Параметры схемы замещения линий в системе.

Ом

Рис.3 Схема замещения электроэнергетической системы с учётом эквивалентирования заданных участков системы (в именованных единицах).

2.2. Приведение схемы к простейшему виду методом преобразования (рисунки в о.е.).

1.

В относительных единицах:

о.е.

о.е.

о.е.

В именованных единицах:

Ом

Ом

Ом

2.

В относительных единицах:

о.е.

о.е.

о.е.

В именованных единицах:

кВ

Ом

Ом

3.

В относительных единицах:

о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

В именованных единицах:

Ом     

кВ

Ом

кВ.

Ом.

4.

В относительных единицах:

о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

В именованных единицах:

кВ

Ом

Ом

Ом

Ом

5.

В относительных единицах:

о.е.

о.е.

В именованных единицах:

кВ.

Ом.

6.

В относительных единицах:

о.е.

о.е.

В именованных единицах:

кВ

Ом

2.3. Расчёт начального действующего значения периодической составляющей тока трёхфазного КЗ в месте повреждения.

В относительных единицах:

о.е.

В именованных единицах:

кА

Проверка:

кА

кА

2.4. Определение значений токов КЗ в ветвях источников.

кА.

кА.

кВ

кА

кА.

кВ

кА

кА

кА

кА

кА

кВ

кА

кА

2.5. Проверка баланса токов КЗ.

кА.

2.6. Токи КЗ приведённые к своим ступеням трансформации.

; кА.

; кА.

; кА.

; кА.

кА; кА; кА

3. РАСЧЁТ НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА ПРИ НЕСИММЕТРИЧНОМ КЗ НА ШИНАХ ВЫСШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (К2).

3.1. Схемы замещения.

3.1.1. Схема замещения прямой последовательности с учётом эквивалентирования заданных участков системы (в именованных единицах).

Примем Uб=115 кВ

Параметры схемы замещения системы.

кВ.

Ом.

Параметры схемы замещения генераторов на ЭС.

кВ.

Ом.

Параметры схемы замещения двигателей на ЭС.

кВ.

Ом.

Параметры схемы замещения трансформаторов на ЭС.

Ом.

Параметры схемы замещения реактора на ЭС.

Ом.

Параметры схемы замещения трансформаторов в системе.

Ом.

Ом.

Ом.

Параметры схемы замещения нагрузки в системе.

кВ.

Ом

Ом

Ом

Параметры схемы замещения линий в системе.

Ом

Рис.4 Схема замещения прямой последовательности электроэнергетической системы с учётом эквивалентирования заданных участков системы.

3.1.2. Схема замещения обратной последовательности с учётом эквивалентирования заданных участков системы (в именованных единицах).

Параметры схемы замещения системы.

Ом.

Параметры схемы замещения генераторов на ЭС.

Ом.

Параметры схемы замещения двигателей на ЭС.

Ом.

Параметры схемы замещения трансформаторов на ЭС.

Ом.

Параметры схемы замещения реактора на ЭС.

Ом.

Параметры схемы замещения трансформаторов в системе.

Ом.

Ом.

Ом.

Параметры схемы замещения нагрузки в системе.

Ом

Ом

Ом.

Параметры схемы замещения линий в системе.

Ом

Рис.5. Схема замещения обратной последовательности электроэнергетической системы с учётом эквивалентирования заданных участков системы.

3.1.3. Схема замещения нулевой последовательности с учётом эквивалентирования заданных участков системы (в именованных единицах).

Параметры схемы замещения системы.

Ом.

Параметры схемы замещения трансформатора на ЭС.

Ом.

Параметры схемы замещения трансформатора в системе.

Ом.

Параметры схемы замещения линий в системе (на участке ИВ-220 – вводимый объект).

Ом

Параметры схемы замещения линий в системе (на участке вводимый объект – ИВ-4).

Ом.

Рис.6. Схема замещения нулевой последовательности электроэнергетической системы с учётом эквивалентирования заданных участков системы.

3.2. Приведение схем замещения к простейшему виду методом преобразований.

3.2.1. Приведение схемы прямой последовательности к простейшему виду методом преобразования.

1.

Ом.

кВ.

Ом.

Ом.

кВ.

Ом.

2.

кВ

Ом.

3.

кВ.

Ом.

Ом.

Ом.

Ом.

4.

кВ.

Ом.

5.

Рис.7. Схема замещения прямой последовательности.

кВ.

Ом.

3.2.2. Приведение схемы обратной последовательности к простейшему виду методом преобразования.

1.

Ом.

Ом.

Ом.

Ом.

2.

Ом.

Ом.

Ом.

Ом.

3.

Ом.

Ом.

4.

Рис.8. Схема замещения обратной последовательности.

Ом.

3.2.3. Приведение схемы нулевой последовательности к простейшему виду методом преобразования.

1.

Ом.

Ом.

2.

Ом.

3.

Рис.9. Схема замещения нулевой последовательности.

Ом.

3.3. Расчёт дополнительного сопротивления (аварийного шунта) и построение эквивалентной схемы прямой последовательности.

Рис.10. Эквивалентная схема прямой последовательности.

Ом.

3.4. Расчёт симметричных составляющих токов и напряжений в месте повреждения и построение по ним векторных диаграмм токов и напряжений для точки КЗ.

Особая фаза – В.

кА.

кВ.

Граничные условия:

кА.

Расчёт величин напряжений:

кВ.

кВ.

Рис.11. Векторная диаграмма токов для точки К2.

Рис.12 Векторная диаграмма напряжений для точки К2.

3.5. Графическое определение по векторным диаграммам фазных величин токов и напряжений в месте повреждения.

кА.

кВ.

3.6. Расчёт полного тока повреждённой фазы по аналитическому выражению и сопоставление его со значением, найденным графически.

кА.

3.7. Расчёт  тока трёхфазного КЗ на шинах высшего напряжения электростанции и сопоставление его с найденным током несимметричного КЗ.

кА.

Вывод: ток трёхфазного КЗ на шинах высшего напряжения электростанции больше, чем ток однофазного КЗ на шинах высшего напряжения электростанции.

3.8. Расчёт распределения симметричных составляющих токов и напряжений в схемах замещения отдельных последовательностей и определение их значений в заданном сечении     (при несимметричном КЗ).

Для прямой последовательности:

кА.

кВ.

кА

кВ.

кВ.

кА.

Для обратной последовательности:

кА.

кВ.

кА

кВ.

кВ.

кА.

Для нулевой  последовательности:

кВ.

кА.

3.9. Построение для сечения векторных диаграмм токов и напряжений. Графическое определение их фазных величин с выражением в именованных единицах для ступени трансформации, соответствующей сечению.

Рис.13. Векторная диаграмма напряжений для сечения .

Рис.14. Векторная диаграмма токов для сечения .

Значения фазных величин для ступени трансформации, соответствующей сечению.

Фазные величины напряжений:                                       Фазные величины токов:

кВ;                              кА;  

кВ;                               кА;  

кВ;                             кА;  

4. РАСЧЁТ ИЗМЕНЕНИЯ ВО ВРЕМЕНИ ТОКА ТРЁХФАЗНОГО КЗ В МЕСТЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ НА ШИНАХ НИЗШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (К1).

4.1. Расчёт изменения тока КЗ в месте повреждения по составляющим от отдельных типов источников с применением метода типовых кривых. Построение графиков огибающих периодических слагающих токов.

В данном случае рассматриваемая схема будет иметь следующий вид:

Рис. 15. Рассматриваемая схема.

;

Начальные значения периодических составляющих:

Так как система удалена от места КЗ то кА.

кА;             кА.

Номинальные токи машин:

кА.

кА.

Удалённость КЗ от синхронной машины характеризуется отношением действующего значения периодической составляющей тока этой машины в начальный момент КЗ к номинальному току машины:  .

;

;

Для определения действующего значения периодической составляющей t тока КЗ в произвольный момент времени воспользуемся кривыми на рис. П1.1 [1] (для генератора) и на рис. П1.2 [1] (для электродвигателя).

Полученные значения заносим в таблицу 1.

Таблица 1.

t

0

0,025

0,05

0,075

0,1

0,125

0,15

0,175

0,2

1

0,85

0,8

0,75

0,725

0,705

0,69

0,68

0,67

11,169

9,5

8,94

8,38

8,1

7,87

7,7

7,6

7,5

1

0,67

0,5

0,38

0,3

0,25

0,18

0,15

0,12

0,09745

0,0653

0,0487

0,037

0,0292

0,0244

0,0175

0,0146

0,0117

Для расчётов используем следующую формулу:

Рис. 16. Графики огибающих периодических слагающих токов.

4.2. Расчёт изменения наиболее возможной апериодической слагающей тока КЗ в месте повреждения по составляющим от отдельных типов источников. Построение графиков.

кА.

кА.

кА.

Рис. 17. Графики апериодических слагающих тока КЗ.

4.3. Определение значения ударного тока КЗ в месте повреждения по составляющим от отдельных типов источников.

кА.

кА.

кА.

кА.

4.4. Построение графической зависимости изменения мгновенных значений тока КЗ в месте повреждения от системы.

кА.

Рис. 18. Изменение мгновенного значения тока КЗ в месте повреждения от системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате выполнения данной курсовой работы были получены следующие результаты:

1. Во второй части – ток трёхфазного КЗ – 19,62 кА.

2. В третьей части – ток однофазного КЗ – 13,6 кА, а ток трёхфазного КЗ – 20,227 кА.

3. В четвёртой части – ток ударного КЗ – 51,24 кА.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Расчёт режимов короткого замыкания в электроэнергетической системе. Сборник заданий для курсовой работы. /Иван. энерг. ин-т; Сост.А.А. Братолюбов., А.Е. Аржанникова. – Иваново. 2001.

2. Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах.-М.-Л.: Энергия, 1964.

3. Расчёт режима симметричного короткого замыкания в электрической системе. Методические указания для самостоятельной работы студентов./Иван. энерг. ин-т; Сост.А.А. Братолюбов. – Иваново. 1989.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22899. Поняття перестановки 113 KB
  В перестановці елементи не повторюються. Поняття інверсії Будемо казати що два числа в перестановці натуральних чисел утворюють інверсію якщо та в перестановці стоїть раніше від . Наприклад в перестановці 4 2 1 3 інверсії утворюють пари чисел 42 41 43 21 Постановка називається парною якщо її елементи утворюють разом парне число інверсій і непарною якщо вони утворюють непарне число інверсій. Наприклад в перестановці 4 2 1 3 елементи утворюють 4 інверсії тобто перестановка парна.
22900. Поняття інверсії 18 KB
  Наприклад в перестановці 4 2 1 3 інверсії утворюють пари чисел 42 41 43 21 Постановка називається парною якщо її елементи утворюють разом парне число інверсій і непарною якщо вони утворюють непарне число інверсій. Наприклад в перестановці 4 2 1 3 елементи утворюють 4 інверсії тобто перестановка парна. В перестановці 2 1 3 4 інверсію утворює лише пара чисел 21 тому перестановка непарна.
22901. Деякі теореми про перестановки 44.5 KB
  Всі перестановки елементів a1a2an1an можна скласти таким чином. Будемо послідовно брати усі перестановки елементів a1a2an1 і дописувати до них елемент an на всі можливі місця. Транспозиція змінює парність перестановки.
22902. Поняття матриці 35 KB
  Числа αij називаються елементами матриці. Положення кожного елемента в матриці визначається номерами рядка і стовпчика в яких знаходиться цей елемент. Наприклад елемент знаходиться в му рядку і стовпчику матриці А.
22903. Поняття визначника n- го порядку 35.5 KB
  В кожному добутку по одному і лише по одному елементу з кожного рядка і кожного стовпчика визначника. Співмножники в кожному добутку можна упорядкувати за першим індексом. В першому добутку при упорядкуванні за першим індексом другі індекси утворюють перестановку 1 2. В другому добутку при упорядкування за першим індексом другі індекси утворюють перестановку 21.
22904. Аналітичний запис визначника 18.5 KB
  Розглянемо визначник n го порядку Кожен добуток з яких складається визначник можна упорядкувати за першим індексом тобто записати у вигляді a1α1 a2α2 anαn де α1 α2. Тоді знак з яким добуток a1α1 a2α2 anαn входить у визначник Δ визначається парністю перестановки α1 α2.
22905. Друге означення визначника 47.5 KB
  Таким чином на відміну від першого означення визначника знак при даному добутку визначається парністю перестановки перших індексів при упорядкуванні добутку за другими індексами. Припустимо що при цьому було зроблено транспозицій елементів перестановки. Від перестановки α1 α2. αn можна перейти за допомогою транспозицій до перестановки 1 2.
22906. Лема про знак 126 KB
  Тоді добуток входить до визначника Δ зі знаком Доведення. Зрозуміло що даний добуток входить до визначника . За означенням визначника даний добуток входить до визначника зі знаком тобто зі знаком . Аналітичний запис визначника.
22907. Визначник трикутного вигляду 34 KB
  В ньому визначаються дві діагоналі. Визначником трикутного вигляду відносно головної діагоналі називається визначник всі елементи якого що стоять вище або нижче головної діагоналі дорівнюють 0. Таким чином можна зробити висновок: визначник трикутного вигляду відносно головної діагоналі дорівнює добутку елементів головної діагоналі Δ= a11a22ann Означення. Визначником трикутного вигляду відносно побічної діагоналі називається визначник всі елементи якого що стоять вище або нижче побічної діагоналі дорівнюють 0.