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
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 (UK1, UK2, UKo).
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
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 Sб = 1000 МВА. Определение параметров схемы замещения.
Генераторы:
Система:
Для системы конечной мощности рекомендуется принимать: Х1С = Х2С; ЕС* = 1
Нагрузки:
Нагрузки в схему замещения для сверхпереходного режима входят как источники с параметрами , , а в установившемся режиме короткого замыкания – ЕН*¥ = 0, ХН*¥ = 1,2. Для обратной последовательности Х2Н*¥ = 0,35, для нулевой – Х0Н*¥ = 0,15.
Приводим к базисным условиям:
Воздушные линии:
Для одноцепной линии Х0Л = 3ХЛ
Для двухцепной линии Х0Л = 4,7ХЛ
Реакторы:
Сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей реакторов равно:
Автотрансформатор:
%
%
%
Трансформаторы:
4.1.3. Преобразование схемы прямой последовательности.
Преобразуем отдельно ХТ1, ХР, ХГ1.
;
;
;
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
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