ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

 

 

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

 

Методические указания к выполнению курсового проекта

для студентов очной и заочной форм обучения

специальности 140211 – Электроснабжение и направления

бакалавриата 140400 «Электроэнергетика и электротехника»

 

 

 

Белгород

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Кафедра электроэнергетики

 

Утверждено

научно-методическим советом

университета

 

 

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов очной и заочной форм обучения специальности 140211 – Электроснабжение и направления

ББК 31.27 я7

 

 

© Белгородский государственный

технологический университет

(БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2013

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Определение параметров элементов, составление и преобразование схем замещения.………………………………………..4

2. Расчет трехфазного короткого замыкания….….…….………..10

3. Расчет несимметричных коротких замыканий…………..……27

4. Пример расчета трехфазного и несимметричного короткого замыкания.………………………………………………………36

5. Библиографический список..…………..………………………79

 

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ,

СОСТАВЛЕНИЕ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ

 

Общие положения

 

Расчеты токов короткого замыкания выполняются как правило без учета активных сопротивлений и проводимостей элементов сети, а также фазовых сдвигов между векторами ЭДС источников. Поэтому для составления схем замещения заданной электрической схемы необходимо определить лишь индуктивные сопротивления всех элементов сети и ЭДС источников, подпитывающих точку короткого замыкания.

Сопротивлениям, определяемым в результате преобразования схем замещения, присваиваются порядковые номера. При определении сопротивлений отдельных элементов (воздушных линий, реакторов) необходимо использовать значение среднего напряжения в месте установки данного элемента, выбранное из ряда: 515; 340; 230; 115; 37; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3 кВ.

При переходе от расчета сверхпереходного к расчету установившегося режима схема замещения изменяется. Поэтому составление и упрощение схемы замещения нужно выполнить как для сверхпереходного, так и для установившегося режима короткого замыкания.

При расчете тока несимметричного короткого замыкания необходимо составить и выполнить преобразование схем замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей. Схема прямой последовательности аналогична схеме замещения при определении сверхпереходного тока трехфазного короткого замыкания.

Параметры элементов для отдельных последовательностей

 

Параметры элементов для схемы прямой последовательности определяется в соответствии с заданием, в котором они даны в относительных единицах при номинальных условиях, либо в именованных единицах (воздушные линии, реакторы). Расчет параметров отдельных последовательностей для различных элементов выполняется следующим образом:

А. Генераторы. В сверхпереходном режиме генераторы замещаются сверхпереходными ЭДС за сверхпереходными сопротивлениями , а в установившемся режиме короткого замыкания. – синхронной ЭДС и сопротивлением Э.Д.С генераторов определяется по формуле:

(1.1)

где - при определении ;

- при определении .

Причем знак минус принимается в случае работы гидрогенераторов в режиме недовозбуждения; знак плюс и минус у турбогенераторов – принимается в режиме перевозбуждения и недовозбуждения.

Схемы соединений обмоток трансформаторов исключают протекание через генераторы токов нулевой последовательности. Определение сопротивлений генераторов в относительных единицах при базисных условиях выполняется по формуле:

(1.2)

Б. Нагрузки. Нагрузки в схему замещения для сверхпереходного режима входят как источники с параметрами , , а в установившемся режиме короткого замыкания - , .

Для обратной последовательности .

Сопротивление нулевой последовательности нагрузки определяется сопротивлениями и схемами соединения входящих в нее элементов. Обычно это только понижающие трансформаторы, подключенные к сети 110 кВ и выше, имеющие заземленную нейтраль. Рекомендуется принимать .

Приведение сопротивлений нагрузки к базисным условиям выполняется по формуле:

(1.3)

В. Трансформаторы. Для трансформаторов:

(1.4)

Г. Система.

Для системы бесконечной мощности:

(1.5)

Для системы конечной мощности рекомендуется принимать , .

Сопротивление прямой (обратной) последовательности системы конечной мощности, отнесенное к базисным условиям:

(1.6)

За этим сопротивление считается подключенным источник с .

 

Д. Воздушные линии. Сопротивление прямой и обратной последовательности линий электропередачи, приведенное к базисным условиям, равно:

(1.7)

где - индуктивное сопротивление линии на 1 км длины, Ом/км;

- длина линии, км;

- среднее напряжение в месте установки элемента (в данном случае – ЛЭП), кВ.

Сопротивление нулевой последовательности значительно большее, чем прямой (обратной) последовательности. Рекомендуется принимать это сопротивление, как для воздушной линии с тросами:

- для одноцепной линии

- для двухцепной линии

 

Е. Реакторы. Сопротивление прямой, обратной и нулевой последовательности реакторов равно:

(1.8)

 

Схемы замещения отдельных последовательностей

 

Схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей составляются в соответствии с заданной схемой электрических соединений при расчете тока несимметричного короткого замыкания.

Схема прямой последовательности соответствует схеме, составленной для расчета действующего значения периодической составляющей сверхпереходного тока симметричного трехфазного короткого замыкания. Генераторы и нагрузки вводятся в нее соответствующими реактивностями и ЭДС

Схема обратной последовательности по структуре аналогична схеме прямой последовательности, но не содержит ЭДС Генераторы и нагрузки вводятся в схему своими сопротивлениями обратной последовательности .

Схема нулевой последовательности определяется соединением обмоток участвующих в ней трансформаторов и автотрансформаторов и способом заземления нейтрали. В общем случае эта схема отличается от схем обратной и прямой последовательностей. При составление схемы необходимо помнить, что ток нулевой последовательности является по существу однофазным током, разветвленным между тремя фазами и возвращающимся через землю и параллельным ей цепям. Ток нулевой последовательности может протекать только в сторону обмоток трансформаторов, соединенных в звезду с заземленной нейтралью.

Схему нулевой последовательности начинают составлять от точки короткого замыкания.

Началом схем прямой, обратной и нулевой последовательности считают точку нулевого потенциала, а концом схемы – точка короткого замыкания. К концу схемы приложено напряжение соответствующей последовательности (U_K1, U_K2, U_Ko).

 

Эквивалентные преобразования исходной схемы

Целью преобразования схемы замещения является ее приведение к простейшему виду.

Преобразование, применяемые в расчетах обычных линейных электрических цепей, включают в себя нахождение эквивалентной ЭДС, последовательное и параллельное сложение сопротивлений, преобразование треугольника в звезду и обратно, многолучевой звезды в многоугольник.

 

Рис.1.1. Преобразование схемы замещения системы в случае одной группы источников (а) n-групп (б)

 

Преобразование схем замещения приведены в таблице 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1

Преобразование схем замещения

№ пп	Вид преобразования	Схема до преобразования	Схема после преобразования
	Преобразование треугольника в звзду
	Преобразование звезды в треугольник
	Замена нескольких источников эквивалентным

 

Если схема замещения содержит источники со значительно отличающимися параметрами, то они объединяются так, чтобы каждая группа содержала источники с близкими параметрами. Тогда простейшая схема, к которой приводится любая схема замещения, будет иметь вид, показанный на рис. 1.1, а.

Таблица 1.2

Формулы преобразования схем замещения

2. РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ  

Типы соединения обмоток трансформатора и их сопротивления нулевой последовательности

Расчет режима сети при несимметричном коротком замыкании основан на использование метода симметричных составляющих, в соответствии с которым фазные… Учитывая, что полный ток в месте коротком замыкании, а также токи обратной и… Для определения тока требуется предварительно найти результирующие реактивные сопротивления схем обратной и нулевой…

Характеристики ЛЭП

Длина линий, км	Удельные параметры, Ом/км
Л1	Л2	Л3	Л4	Худ	Rуд
160	200	260	30	0,36	0,07

 

Таблица 4.2

Состояние нейтрали трансформаторов

Р1	Р2	Р3	Р4	Р5
-	-	-	х	x

Таблица 4.3

Технические данные элементов электрической сети

Станция 1
Турбогенераторы	Трансформаторы	Реакторы
Рн, Мвт	Cosjн	xd	X’’d	X2	x’’d/R	Sн, МВА	Uвн, кВ	Uк, %	X/R	Uном, кВ	Хр, Ом	Хр/R
100	0,85	2,4	0,183	0,223	100	125	242	11	30	10	0,45	80
Станция 2
Турбогенераторы	Трансформаторы
n	Рн, МВт	Cosj	xd	x’’d	x2	x’’d/R	Sн, МВА	Uвн, кВ	Uк, %	X/R
3	500	0,8	2,2	0,28	0,25	150	630	242	10,5	50
Станция 3
Турбогенераторы	Трансформаторы
n	Рн, МВт	Cosj	xd	x’’d	x2	x’’d/R	Sн, МВА	Uвн, кВ	Uк, %	X/R
8	171	0,85	1.12	0,27	0,28	50	200	242	11	0
Станция 3
Автотрансформатор	Система	Н1	Н2	Н3
S, МВА	Uвн, кВ	Uсн, кВ	Uкв-н	Uкс-н	Uкв-с	X/R	Sс, МВА	S, МВА	S, МВА	S, МВА
500	500	230	35	22	11	50	4500	1000	200	880

 

Рис. 4.1. Принципиальная схема

 

Определение параметров элементов, составление и преобразование схем замещения.

4.1.1. Составляем схему замещения.

 

Рис. 4.2. Схема замещения

 

4.1.2. Находим параметры элементов для отдельных последовательностей.

Расчёт выполняем в о.е. Базисную мощность принимаем в связи с указанным рядом:

100; 1000; 10000. Принимаем базисную мощность равную S_б = 1000 МВА. Определение параметров схемы замещения.

Генераторы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Система:

Для системы конечной мощности рекомендуется принимать: Х_1С = Х_2С; Е_С* = 1

 

Нагрузки:

Нагрузки в схему замещения для сверхпереходного режима входят как источники с параметрами , , а в установившемся режиме короткого замыкания – Е_Н*¥ = 0, Х_Н*¥ = 1,2. Для обратной последовательности Х_2Н*¥ = 0,35, для нулевой – Х_0Н*¥ = 0,15.

Приводим к базисным условиям:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воздушные линии:

 

 

 

 

Для одноцепной линии Х_0Л = 3Х_Л

Для двухцепной линии Х_0Л = 4,7Х_Л

 

 

 

 

Реакторы:

Сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей реакторов равно:

 

Автотрансформатор:

%

%

%

 

 

 

Трансформаторы:

 

 

 

 

 

 

 

4.1.3. Преобразование схемы прямой последовательности.

Преобразуем отдельно Х_Т1, Х_Р, Х_Г1.

;

;

;

 

 

 

Рис. 4.3. Преобразование схемы замещения

 

 

 

Рис. 4.4. Преобразование схемы замещения

 

;

;

;

;

;

.

 

 

 

Рис.4.5. Преобразование схемы замещения

 

, ,

,

, ,

, ,

, .

 

 

Рис. 4.6. Преобразование схемы замещения

 

 

 

Рис. 4.7. Преобразование схемы замещения

 

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

 

Рис. 4.8. Преобразование схемы замещения

 

При этом:

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

.

 

 

Рис. 4.9. Преобразование схемы замещения

, ,

, ,

, .

 

 

 

Рис. 4.10. Преобразование схемы замещения

 

, ,

, ,

, .

 

4.1.4. Преобразование схемы замещения обратной последовательности производится аналогично схеме прямой последовательности, без учета ЭДС.

Получаем: .

4.1.5. Составление схемы замещения нулевой последовательности производится от точки короткого замыкания с учетом заземления обмоток нейтралей трансформаторов и автотрансформаторов.

 

 

 

Рис.4.11 Схема замещения нулевой последовательности

 

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

.

Аналогично преобразуем схему к виду:

 

Рис. 4.12. Преобразованная схема

Суммарное индуктивное сопротивление нулевой последовательности равно:

.

4.1.6. Сворачивание схемы активных сопротивлений сверхпереходного режима ведётся как в прямой и обратноё последовательностях, без учёта нагрузок, Е, и системы.

Суммарное активное сопротивление равно:

 

 

Расчёт трёхфазного короткого замыкания.

4.2.1. Расчёт периодической составляющей тока трёхфазного короткого замыкания.

Для установившегося значения тока:

кА.

Для сверхпереходного тока:

кА.

4.2.2. Ударный ток в месте короткого замыкания.

кА

 

 

 

 

4.2.3. Мощность короткого замыкания. в месте повреждения

МВА

4.2.4. Действующее значение полного тока короткого замыкания за первый период его изменения

кА

Расчёт несимметричного короткого замыкания

  Начальное значение тока прямой последовательности: кА

Определение напряжения в удаленной точке на средней стороне автотрансформатора при однофазном коротком замыкании.

Прямая последовательность Рис. 4.19. Схема замещения прямой последовательности  

Определение напряжения в удаленной точке на средней стороне автотрансформатора при двухфазном коротком замыкании.

Для прямой последовательности. Рис. 4.23. Схема замещения для прямой последовательности  

Определение напряжения в удаленной точке на средней стороне автотрансформатора при двухфазном коротком замыкании на землю.

Рис. 4.26. Схема замещения прямой последовательности   , Ом;

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

 

Методические указания к выполнению курсового проекта

для студентов очной и заочной форм обучения

специальности 140211 – Электроснабжение и направления

бакалавриата 140400 «Электроэнергетика и электротехника»

 

Составители: Килин Станислав Витальевич

Синдецкий Максим Александрович

Сингатулин Роман Сергеевич

Клименко Юрий Юрьевич

МихайловаМарина Юрьевна

 

 

Подписано в печать 15.02.13. Формат 60 x 84/16. Усл. печ. л. 3,4. Уч.-изд. л. 3,6.

Тираж 100 экз. Заказ Цена

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете

им. В.Г. Шухова

308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46