Розрахунок електромагнітних перехідних процесів у системах електропостачання

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВА РОБОТА

Тема: «Розрахунок електромагнітних перехідних процесів у системах електропостачання»

Зміст

Перелік умовних позначень і скорочень

Вступ

1 Вибір основного електротехнічного обладнання схеми системи електропостачання

2 Розрахунок симетричних режимів коротких замикань

2.1 Складання схеми заміщення і розрахунок параметрів її елементів

2.2 Перетворення схеми заміщення до найпростішого виду відносно місця пошкодження

2.3 Визначення початкового значення періодичної складової струму КЗ від джерел

2.4 Визначення періодичної і аперіодичної складових струму КЗ у заданий момент часу

2.5 Визначення ударного струму короткого замикання

3 Розрахунок несиметричних коротких замикань

3.1 Складання і перетворення до найпростішого виду схем заміщення окремих послідовностей

3.2 Визначення початкових значень симетричних складових струмів і напруг при несиметричному КЗ

3.3 Побудова векторних діаграм струмів і напруг

4 Розрахунок несиметричних коротких замикань на ЕОМ

5 Визначення струму замикання на землю в мережі з ізольованою нейтраллю

6 Розрахунок струму при трифазному КЗ на шинах 0,4 кВ

Висновки

Перелік посилань.

Додаток А. Перелік зауважень

Перелік умовних позначень і скорочень

КЗ - коротке замикання

СЕП - система електропостачання

ПП - пряма послідовність ЗП - зворотня послідовність НП - нульова послідовність ЕРС - електрорушійна сила в.о. - відносні одиниці

і.о. - іменовані одниниці

ВД - векторна діаграма

НН - сторона нижчої напруги трансформатора ВН - сторона вищої напруги трансформатора M - асинхронний двигун

MG - синхронний двигун

GS - система

G - генератор

Вступ

Споруда і експлуатація системи електропостачання (СЕП) пов'язані із значними витратами матеріальних ресурсів. Тому велике значення має підвищення надійності і економічності СЕП в різних режимах і умовах їх експлуатації, до яких відносяться перш за все аварійні і післяаварійні режими, пов'язані з перехідними процесами і змінами показників якості електричної енергії у споживачів.

Дослідження та розрахунок перехідних процесів є одним з необхідних умов розв'язання багатьох задач, що з'являються при проектуванні та експлуатації СЕП. Ці задачі пов'язані з дослідженням електромагнітних перехідних процесів, вибором принципу дії та настроювання автоматичних пристроїв проти аварійного керування, аналізом механічних перехідних процесів з метою визначення умов стійкості електричного навантаження систем та розробки заходів для забезпечення безперервної роботи промислових підприємств в різних режимах систем електропостачання.

За дослідженнями та розрахунками перехідних процесів слід проектувати такі системи, в яких перехідні процеси закінчувалися б злагодженим потрібним стійким режимом. При цьому перехідні процеси мають розглядатися з боку надійності всієї системи та її поведінка при зміні умов роботи.

Застосування обчислювальної техніки при дослідженнях і розрахуку перехідних процесів дозволяє підвищити точність схемних рішень і електричних характеристик СЕП, завдяки чому можуть досягатися вищі надійність і економічність. У зв'язку із збільшенням потужностей окремих навантажень, вузлових пунктів навантажень і СЕП в цілому багато уваги надається аналізу і розробці методів дослідження перехідних процесів в СЕП, направлених на підвищення їх стійкості.

1. Вибір основного електротехнічного обладнання схеми системи електропостачання

1.1 Вихідні дані до курсової роботи

Рисунок 1.1 - Розрахункова схема електричної системи

На рисунку 1.1 наведена розрахункова схема електричної системи.

Відповідно до завдання на курсову роботу обираємо параметри електричного обладнання системи. Отримані дані зводимо в таблиці 1.1 - 1.6.

Таблиця 1.1 - Параметри генераторів

Позначення	Тип генератора	Рном, МВт	Uном, кВ	сosцном	X”d, в.о .
G1, G2	ТВФ-63-2УЗ	63	6,3	0,8	0,203

Таблиця 1.2 - Параметри трансформаторів



Таблиця 1.3 - Параметри двигунів

Позначення	Кількість, шт	Тип двигуна	Рном, кВт	Uном,кВ	сosцн	з , %	Iпуск, в.о.
M	4	4 АЗМ 630/6000 УХЛ 4	630	6	0,88	95,7	5,3
MG	2	СДН 14-59-8 УЗ	1000	6	0,9	94,8	7

Таблиця 1.4 - Параметри енергосистеми і вимикача

Позначення	Тип	Sкз, МВ·А	Іном, А
QF	-	-	2500
GS	-	7500	-

Таблиця 1.5 - Параметри повітряних ЛЕП

Позначення	L, км	X0/X1
WL1	105	3,5
WL2	80	4,7

Таблиця 1.6 - Параметри кабельних ліній

Позначення	L, км	Х0, Ом/км	F, мм2
KL1	0,2	0,443	70
KL2	0,4	0,326	95
KL3	8,666б.,	0,443	70
KL4	9,7	0,326	95

Опір реактора хLR=0,14 Ом, номінальний струм автоматичного вимикача QF Iном_QF=2500 А, потужність системи GS при КЗ Sк_GS=7500 МВ·А.

2. Розрахунок симетричних режимів коротких замикань

2.1 Складання схеми заміщення і розрахунок параметрів її елементів

По даній схемі електричної системи за рис. 1 складаємо розрахункову схему заміщення (рис. 2.2).

Усі джерела живлення вводяться у схему заміщення над перехідними значеннями ЕРС і опорів. У розрахунковій схемі враховують електродвигуни як джерело підживлення точок КЗ. У схему заміщення включаються лише ті елементи, по яких протікає струм КЗ. Активними опорами кабельних ліній можна знехтувати, тому що їх індуктивний опір набагато більший за активний.

Рисунок 2.1 - Загальна схема заміщення електричної системи

Згідно з завданням, враховуючи точку та вид короткого замикання, складемо розрахункову схему заміщення електричної системи для К(3) у точці “К1”. Для цього вилучаємо зі схеми опори, по яких струми КЗ не протікають - для нашої схеми це реактор, опір трансформатору Т4 та всі елементи секції 2, що живляться від нього, бо місце КЗ підживлюється через подвійну трансформацію. Вимикач QB у нормальному режимі вимкнений.



Рисунок 2.2 - Розрахункова схема заміщення при К(3) у точці “К1”

Розрахунок виконуємо у відносних одиницях за методикою наближеного приведення. Приймаємо величину базисної потужності Sб=1000 МВ·А. електропостачання замикання струм нейтраль

U_б=115 кВ.

За базисну напругу приймаємо середню номінальну напругу основної ступіні. Опори повітряних ліній електропередач:

Опори кабельних ліній електропередач:

Так як розрахунок перехідного процесу виконується в початковий момент часу (=1в.о., =1в.о.), то генератор в схемі заміщення представлений надперехідним ЕРС і опором. Розраховуючи ЕРС і опір за наступними формулам маємо наступні значення:

=

=

Електродвигуни вводяться в схему заміщення надперехідними ЕРС і індуктивним опором.

Асинхронний двигун:

=

=

Синхронний двигун:

=

=

Система вводиться в схему заміщення надперехідними постійним ЕРС і індуктивним опором, який розраховується за наступним виразом:

В схему заміщення трансформатори Т1, Т2 та Т3, Т4 представлені індуктивними опорами, які пропорційні втратам напруги короткого замикання. Вони визначаються за наступним виразом:

=



Рисунок 2.3 - Схема заміщення та її параметри

Опори X_М та X_WK1, X_MG та X_WK2, X_G1 та X_T1, X_G2 та X_T2 , що з'єднанні між собою послідовно, замінимо одним:

в.о.

в.о.

Опори X₃ та X₄, що з'єднані між собою паралельно, замінюємо одним:

Опори X₅ та Х_WL1, що з'єднані між собою послідовно, замінюємо одним:

Приведемо схемо до виду багатопроменевої зірки. Для цього виконаємо заміну гілок енергосистеми, генераторів та опору X_Т3 однією:

Остаточна розрахункова схема заміщення приведена на рис. 2.4.

Рисунок 2.4 - спрощена схема заміщення

2.3 Визначення початкового значення періодичної складової струму КЗ від джерел

Знаходимо значення струмів КЗ у гілках багатопроменевої зірки (рис. 2.4) у відносних одиницях. Струм КЗ від генераторів та мережі:

Струм КЗ від гілки з асинхронними двигунами:

Струм КЗ від гілки з синхронними двигунами:

Базовий струм:

Загальний струм в місці КЗ визначається за першим законом Кірхгофа в іменованих одиницях:.

+=15,121

Розгортаючи схему заміщення до початкового виду, знаходимо складові струму від усіх джерел у відносних та іменованих одиницях відповідно:

Потенціал у точці а (рис. 1.5):

7,773

7,773= 1,034

Струми вiд джерел:

Розраховуємо початкові значення періодичного струму КЗ окремих джерел в іменованих одиницях, кА:

2,199

= 1,375

= 1,558

Загальний струм в місці КЗ:

2,199+10,997+1,375+1,558=16,129

2.4 Визначення ударного струму короткого замикання

Найбільше миттєве значення повного струму КЗ називають ударним струмом. Він виникає при першому найбільшому значенні аперіодичної складової, співпадаючи зі знаком із періодичною складовою струму КЗ. Цей момент настає приблизно через півперіоду після виникнення КЗ (t=0,1 с при f = 50 Гц).

Визначення періодичного струму КЗ у довільний момент часу від електричних машин потужністю до 500 МВт включно проводиться із застосуванням методу типових кривих.

Розраховуємо віддаленість для двигунів та генераторів:

За величинами віддаленості та часу t=0,1 с за типовими кривими визначаємо величину гt для двигунів M та MG відповідно:

0,21

0,55

Визначимо періодичну складову струму КЗ від двигунів M та MG:

0,211,375= 0,289 кА

0,55=0,857 кА

Для генераторів віддаленість складає менше 1, тому коротке замикання вважається віддаленим, і періодична складова струму КЗ приймаєтся незмінною за амплітудою:

I_пtG = I_G = 2,199 кА

Періодична складова струму КЗ від енергосистеми теж не змінюється в часi:

I_пtGS = I_GS = кА

За даними [2] і [4] запишемо постійні часу згасання аперіодичної складової струму КЗ для двигунів M та MG та генератора G (G1 та G2) відповідно:

Таблиця 2.1.- Значення для двигунів, генератора та системи

Тип
M	0,04	1,56
MG	0,05	1,82
G	0,1	1,9
GS	0,05	1,82

Значення аперіодичної складової струму КЗ в довільний момент часу i_аt у будь-якій складній схемі при наближених розрахунках визначається за формулою:

де - періодичний струм КЗ від цього ж джерела у початковий момент часу;

- постійна часу згасання аперіодичної складової струму КЗ, с.

Тоді отримуємо аперіодичні складові:

кА

кА

=кА

= кА

Сумарна періодична складова струму КЗ, кА:

3,707 кА

2.5 Розрахунок ударного струму

Найбільше миттєве значення повного струму КЗ називають ударним струмом. Він виникає при першому найбільшому значенні аперіодичної складової, співпадаючи зі знаком із періодичною складовою струму КЗ. Цей момент настає приблизно через півперіоду після виникнення КЗ (t=0,01 с при f = 50 Гц).

Ударний струм КЗ необхідний для перевірки електричних апаратів, шин і ізоляторів на їхню динамічну стійкість.

Його величина в наближених розрахунках визначається за формулою:

де kуд - ударний коефіцієнт.

Визначимо значення ударних струмів від кожного з джерел:

2,687 кА

= кА

1,56=3,033 кА

=4,01 кА

Загальний ударний струм в місці КЗ дорівнює:

3,033+4,01 =38,035 кА

3. Розрахунок несиметричних коротких замикань

3.1 Складання і перетворювання до найпростішого виду схем заміщення окремих послідовностей

Розрахунок несиметричних КЗ виконується за допомогою метода симетричних складових із використанням схем заміщення прямої (ПП), зворотної (ЗН) і нульової (НП) послідовностей.

Складаємо схему заміщення ПП (рис. 3.1).

Рисунок 3.1.- Схема заміщення

До схеми заміщення (рис. 3.1) входять обидві секції шин 6 кВ, бо для точки К2 подвійна трансформація відсутня і враховуються усі споживачі секції 2.

Перетворимо схему до більш простого виду та визначимо її параметри:

= 1,339 в.о.

= 61,606

37,746

0,998

Остаточна схема заміщення ПП має наступній вид (рис. 3.3):

Рисунок 3.2. - Схема заміщення ПП

Складемо схему заміщення ЗП (рисунок 3.3), що відрізняється від схеми ПП тим, що всі ЕРС джерел дорівнюють нулю, а генератори представляються своїми опорами зворотної послідовності.

Рисунок 3.3 - Схема заміщення ЗП



Приймаємо, що опір схеми ЗП приблизно дорівнює опору ПП:

Схема заміщення ЗП має наступній вид (рис. 3.4):

Рисунок 3.4 - Спрощена схема заміщення ЗП

Для складання схеми заміщення НП необхідно визначити шляхи циркуляції струмів НП в схемі мережі.Струми нульової послідовності повертаються до джерела через землю,тому вид схеми заміщення НП визначається кількістю та місцезнаходженням заземлених нейтралей, а також схемами з'єднання обмоток трансформаторів. У схему заміщення НП включаємо лише ті елементи, по яких будуть протікати струми НП (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 - Схема заміщення НП

Опір НП повітряних ліній х0 більше опору ПП х1 за рахунок впливу взаємоіндукції. Перерахуємо значення опорів повітряних ліній для схеми НП:

Опір енегосистеми для схеми заміщення НП визначають за наступною формулою:

Перетворимо схему заміщення НП до найпростішого виду.

Визначимо сумарний опір схеми НП:

= 6,871

Для подальшого розрахунку використовуємо правило Щедріна, відповідно до якого розрахункова точка КЗ віддаляється від дійсної точки КЗ на додатковий опір хД, що обчислюється за величинами хЗП та хНП:

3.2 Визначення початкових значень симетричних складових струмів і напруг при несиметричному КЗ

Визначимо струми при несиметричному КЗ особливої фази для ПП, ЗП та НП відповідно в іменованих одиницях:

Напруги в місці КЗ для ПП, ЗП та НП відповідно:

0,796

-0,254

Розрахуємо ті ж напруги в іменованих одиницях:

16,864

Визначимо повний струм пошкодженої фази:

I к = m ? I к.ПП

де m=3 - коефіцієнт, що залежить від виду несиметричного КЗ.

=33,042 кА

Розрахуємо струми та напруги на нижчій стороні трансформатора.

Струм прямої послідовності за трансформатором:

Втрати напруги на трансформаторі для прямої послідовності:

== 0,263

Напруга нижчої сторони прямої послідовності:

0,263=1,059

Струм зворотної послідовності.

Напруга нижчої сторони зворотної послідовності:

== 0,265

= 0,519

На шинах нижчої напруги струм від нульової послідовності не протікає.

3.3 Побудова векторних діаграм струмів і напруг

Векторні діаграми (ВД) струмів і напруг у місці КЗ і векторна діаграма напруг на стороні НН трансформатора із схемою з'єднання обмоток Y/Д-11 будуємо у масштабі в іменованих одиницях.

При побудові діаграми напруг на шинах низької напруги трансформаторів враховуємо зміну фаз напруг окремих послідовностей при переході через трансформатор.

Рисунок 3.6 - ВД струмів у місці КЗ

Рисунок 3.7 - ВД напруг у місці КЗ



Рисунок 3.8 - ВД напруг на стороні НН трансформатора

4. Визначення струму замикання на землю в мережі з ізольованою нейтраллю

В електричних мережах напругою 6-35 кВ з ізольованою нейтраллю струм замикання на землю в основному протікає через ємнісні опори неушкоджених фаз щодо землі. Ємнісні опори елементів електричної мережі значно перевищують їх індуктивні й активні опори, і останніми можна зневажати. Це дозволяє вважати, що струм замикання на землю не залежить від місця замикання.

Розрахуємо струми замикання на землю для усіх кабельних ліній:

0,142 А

0,284 А

6,106 А

6,887 А

З метою покращення гасіння дуги і запобігання розвитку однофазного замикання на землю в міжфазне КЗ у мережах 6-35 кВ встановлюються дугогасильні реактори, за допомогою яких компенсується основна гармоніка ємнісного замикання на землю.

В нашому розрахунку струми замикання на землю для усіх кабельних ліній виявилися менше 30 А, тому установка реактора не потрібна.

5. Розрахунок струму при трифазному КЗ на шинах 0,4 кВ

Під час розрахунку струмів КЗ в електроустановках напругою до 1 кВ необхідно враховувати активні та індуктивні опори всіх елементів короткозамкненого ланцюга, у тому числі кабелів і шин довжиною 10 м і більше, струмових котушок автоматичних вимикачів, перехідних контактів.

У даному випадку розраховуємо трифазне КЗ на шинах 0,4 кВ.

Споживачі цього класу напруги отримують живлення від шин 6 кВ через трансформатор Т5 та шинопровід.

Рисунок 6.1 - Принципова схема і схема заміщення для розрахунку трифазного КЗ в мережі 0,4 кВ

Розрахуємо параметри схеми заміщення. Активний та індуктивний опір трансформатора Т5 дорівнюватимуть:

Визначимо опір системи:

За номінальним струмом вимикача QF Iном_Q = 2500 А визначаємо опір котушки автомата хQF= 0,05 мОм та параметри шинопроводу (ШМА 68 Н):

При потужності трансформатора Т5, що дорівнює 1600 кВ·А, перехідний опір дорівнюватиме:

5,51

Визначимо сумарний опір кола КЗ:

Розрахуємо початкове діюче значення періодичної складової струму трифазного КЗ:

Визначимо постійну часу згасання аперіодичної складової струму КЗ:

Кут між векторами напруги та періодичної складової струму КЗ дорівнює:

Визначимо час появи ударного струму КЗ:

Значення ударного струму КЗ дорівнюватиме:

кА

Висновки

Для забезпечення надійної роботи енергосистеми та запобігання пошкодження обладнання при КЗ потрібно швидко та селективно вимикати пошкоджену ділянку або апарати та розраховувати ці апарати за умовами можливих режимів енергосистеми. Для виконання цього необхідно вміти розраховувати режими КЗ, що супроводжується перехідними процесами, при яких значення струмів та напруг, характер їх зміни залежать від співвідношення потужностей та опорів джерел живлення та мережі, у якій відбулося пошкодження.

У курсовій роботі виконано розрахунки струмів та напруг при симетричних та несиметричних коротких замиканнях (КЗ) у високовольтній мережі системи електропостачання, струмів замикання на землю в мережах з ізольованою нейтраллю, розрахунок КЗ у низковольтній мережі.

За розрахунками були отримані наступні значення струмів:

- струм трифазного КЗ в початковий момент часу дорівнює 14,342 кА;

- ударний струм 38,035 кА;

- струм однофазного КЗ склав 3,042 кА;

- струми КЗ в мережі 0,4 кВ: у початковий момент часу - 24 кА, ударний струм - 33,941 кА.

Отримані результати можуть використовуватися при виборі обладнання електричної мережі і розрахунку релейного захисту.

Перелік посилань

1. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Учебное пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.- 608с.

2. Переходные процессы в системах электроснабжения / Под ред. В.Н.Винославского. - Киев: Высш. шк., 1989. - 422 с.

3. Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 648 с.

4. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987.- 648с.

Размещено на Allbest.ru