Расчет режимов короткого замыкания ЭЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

“Ивановский государственный энергетический университет

им. В.И. Ленина”

Кафедра электрических систем

Курсовая работа

Расчет режимов короткого замыкания ЭЭС

Иваново 2019

1. Расчет режима КЗ на шинах с напряжением выше 1кВ

Рис. 1. Схема электрической системы

Дано: U_{ном 1} = 220 кВ;

U_{ном 2} = 6 кВ.

Линия Л1: l₁ = 70 км.

Линия Л2: l₂ = 80 км.

Трансформатор Т: S_ном = 63 МВА;

U_к = 12 %.

Двигатель СД: S_ном = 30 МВА;

x''_d = 0,24 о.е.;

x₂ = 0,26 о.е.;

Т_а = 0,16 с;

U₀ = 6,0 кВ;

Р₀ = 24 МВт;

Q₀ = -18 МВАр.

Выключатель Q: I_откл = 18 кА;

Ток при к.з. К_с^(з): I_кс^(з) = 10 кА.

Решение

1. Расчет начальных действующих значений принужденных составляющих токов трехфазного (I_кс'' ⁽³⁾) и двухфазного (I_кс'' ⁽²⁾) короткого замыкания.

Составляем схему замещения прямой последовательности.

Рассчитаем параметры схемы в именованных единицах.

Системы

Линии

Схема замещения прямой последовательности приведена на рис.1.

Рис. 2. Схема замещения прямой последовательности

Методами преобразования цепей приводим схему к простейшему виду - рис. 3, 4, 5.

Х₁ = Х_с1 + Х_л1 = 0,01 + 0,021 = 0,031 (Ом);

Х₂ = Х_с2 + Х_л2 = 0,006 + 0,024 = 0,03 (Ом).

Рис. 3. Преобразованная схема замещения прямой последовательности

Х₃ = Х_т + = 0,076 + = 0,091 (Ом);

E₃ = = 3,637 (кВ).

Рис. 4. Преобразованная схема замещения прямой последовательности

X_У1 = = = 0,071 (Ом);

E_Э = = 3,497 (кВ).

Рис. 5. Эквивалентная схема замещения прямой последовательности

Составляем схему замещения обратной последовательности.

Сопротивления систем, линий и трансформатора обратной последовательности равны соответствующим значениям сопротивлений прямой последовательности.

Сопротивление двигателя обратной последовательности

Х'_СД = Х₂ · = 0,26 = 0,344 (Ом).

Рис. 6. Схема замещения обратной последовательности

Методами преобразования цепей приводим схему к простейшему виду - рис. 7, 8.

Х₁ = Х_с1 + Х_л1 = 0,01 + 0,021 = 0,031 (Ом);

Х₂ = Х_с2 + Х_л2 = 0,006 + 0,024 = 0,03 (Ом).

Рис. 7. Преобразованная схема замещения обратной последовательности

Х₃ = Х_т + = 0,076 + = 0,091 (Ом).

Рис. 8. Преобразованная схема замещения обратной последовательности

Х_У2 = = = 0,072 (Ом).

Рис. 9. Эквивалентная схема замещения обратной последовательности

Для трехфазного КЗ:

U_КА1 = 0;

= 49,558 (кА).

Для двухфазного КЗ составляем эквивалентную схему замещения прямой последовательности - рис. 10.

Рис. 10. Эквивалентная схема замещения прямой последовательности при двухфазном КЗ.

m⁽²⁾ = ;

ДX⁽²⁾ = X_У2 = 0,072 (Ом);

(кА);

(кА).

2. Расчет изменения составляющей тока КЗ токов I⁽³⁾_Kt в произвольный момент КЗ методом типовых кривых.

I⁽³⁾_Kt = I_Дt + I_c ;

(кА) - составляющая от выделенного источника.

Ток подпитки КЗ от двигателя:

I_C = I_К0^(з) - I_Д0 = 49,558 - 9,464 = 40,094 (кА);

Номинальный ток синхронного двигателя

= = 2,749 (кА).

Изменяющийся ток подпитки от двигателя I_Kt определяется по типовым кривым по следующему алгоритму.

Для трехфазного КЗ

.

Для момента времени t = 0

г = 1;

I_Д01 = г · I _Д0 = 1 · 9,464 = 9,464 (кА);

I⁽³⁾_K1 = 9,464 + 40,094 = 49,558 (кА).

Для момента времени t = 0,05 с

г = 0,77

I_Д02 = г · I _Д01 = 0,77 · 9,464 = 7,287 (кА);

I⁽³⁾_K2 = 7,287 + 40,094 = 47,381 (кА).

Для момента времени t = 0,10 с

г = 0,78

I_Д03 = г · I _Д02 = 0,78 · 7,287 = 5,684 (кА);

I⁽³⁾_K3 = 5,684 + 40,094 = 45,778 (кА).

Для момента времени t = 0,15 с

г = 0,81

I_Д04 = г · I _Д03 = 0,81 · 5,684 = 4,604 ( кА);

I⁽³⁾_K4 = 4,604 + 40,094 = 44,698 (кА).

Для момента времени t = 0,2 с

г = 0,87

I_Д05 = г · I _Д04 = 0,87 · 4,604 = 4,006 (кА);

I⁽³⁾_K5 = 4,006 + 40,094 = 44,099 (кА).

Рис 11. Кривая изменения во времени тока трехфазного КЗ

3. Расчет ударного тока для 3-х фазного КЗ.

i_y = i_yc + i_уд;

i_yс = · I_c · k_yc;

i_yд = · I_Д0 · k_yд ;

где k_yc = 1 + e, k_yд = 1 + e - ударные коэффициенты;

Т_ас; Т_ад - постоянные времени затухания апериодических составляющих токов КЗ.

Т_ас = 0,02 , [1, табл. 3,1]; Т_ад = 0,16 (по заданию).

k_yc = 1 + e=1,607;

k_yд = 1 + e=1,939;

i_yс = · 40,094 · 1,607 = 91,092 (кА);

i_yд = · 9,464 · 1,939 = 25,957 (кА);

i_y = 91,092 + 25,957 = 117,049 (кА).

3. Расчет режима КЗ на шинах с напряжением до 1кВ

Рис. 1. Схема системы электроснабжения

Дано:

Трансформатор Т:

S_ном = 160 кВА;

U_K = 4,5 %;

ДP_K = 2,6 кВт.

Шинопровод Ш:

R_1ш = 0,21 мОм/м;

Х_1ш = 0,15 мОм/м;

l_ш = 17 м;

число контактных соединений n_ш = 4;

r_к = 0,009 мОм.

Трансформатор тока ТА:

R_TT = 0,42 мОм;

X_TT = 0,67 мОм.

Автомат QF1:

R_QF1 = 1,1 мОм;

X_QF1 = 0,5 мОм.

Автомат QF2:

R_QF2 = 7,0 мОм;

X_QF2 = 4,5 мОм.

Асинхронный двигатель:

S_ном = 65 кВА;

= 7,5 о.е.;

S = 1,8 %;

U₀ = 400 В;

Р₀ = 55 кВт;

Q₀ = 30 кВар.

Автомат QF3:

R_QF3 = 1,1 мОм;

Х_QF3 = 0,5 мОм.

Кабельная линия КЛ:

длина: l = 400 м;

число контактных соединений: N_кл = 8;

r_к = 0,05 мОм.

прямая последовательность: R_1K = 0,77 мОм/м;

Х_1K = 0,066 мОм/м;

нулевая последовательность: R_0K = 2,45 мОм/м;

Х_0K = 0,95 мОм/м.

Решение

1. Для расчета 3-х фазного КЗ в точке К₁ составляем схему замещения прямой последовательности.

Определяем параметры этой схемы именованных единиц, приведенных к ступени КЗ:

Система

Е_с = = 230,94 (В);

Х_с = = 0,296 (мОм),

где (МВА).

Трансформатор

Z_T = = 45 (мОм);

R_T = = 16,25 (мОм);

X_T = = 41,964 (мОм).

Шинопровод

Х_ш = Х_1ш · l_ш = 0,15 · 17 = 2,55 (мОм);

R_ш = R_1ш · l_ш = 0,21 · 17 = 3,57 (мОм).

R_K = r_кш · N_ш = 0,009 · 4 = 0,036 (мОм).

Асинхронный двигатель

Z''_AD = = 328,205 (мОм);

(Z''_AD)² = R²_AD + (X''_AD)²,

т.к. R_AD = 0,36 · X''_AD - из методических указаний, то

(Z''_AD)² = (0,36 · X''_AD) ² + (X''_AD)² = 1,1296 · (X''_AD)²,

следовательно

X''_AD = = 0,9409 · Z''_AD = 0,9409 · 328,205 = 308,804 (мОм);

R_AD = 0,36 · 308,804 = 111,169 (мОм);

Фазное значение сверхпереходной ЭДС АД:

E''_{C АД} = = 209,671 (В),

где ДU = = 38,446 (В) - продольная составляющая падения напряжения;

дU = = 34,123 (В) - поперечная составляющая падения напряжения.



Рис. 2. Схемы замещения прямой последовательности

Находим начальное действующее значение вынужденной (периодической) составляющей полного тока I_к'' ^(з) трехфазного к.з.:

I_к'' ^(з) = I_с + I''_AД;

I_с = ;

I''_AД = ;

R_УC = R_T + R_Ш + R_K + R_TT + R_QF1 = 16,25 + 3,57 + 0,036 + 0,42 + 1,1 = 21,376 (мОм);

Х_УC = Х_С + Х_Т + Х_Ш + Х_TT + Х_QF1 = 0,296 + 41,964 + 2,55 + 0,67 + 0,5 = 45,979 (мОм);

R_УAД = R_AД + R_QF2 = 111,169 + 7,0 = 118,169 (мОм);

X_УAД = X''_AД + X_QF2 = 308,804 + 4,5 = 313,304 (мОм);

I_C = = 4,555 (кА);

I''_AД = = 0,626 (кА);

I'' ^(з) = 4,555 + 0,626 = 5,181 (кА).

2. Находим ударный ток в точке КЗ:

i_y = i_yc + i_{y AД};

i_yc = · I_C · K_yc;

i_{y AD} = · I''_AD · K_{y AД};

K_yc = 1 + e;

T_ac = ;

K_{y AД} = e + e;

T_{p AД} = ;

T_{a AД} = , где

1) r₁ = = 44,308 (мОм);

R_AД = r₁ + 0,96 · r₂;

r₂ = = 69,648 (мОм).

2) T_{p AД} = = 0,014 (c);

T_{a AД} = = 0,019 (c);

T_ac = = = 0,007 (c).

3) K_yc = 1 + e = 1 + e = 1,232;

K_{y AД} = e + e = e + e = 0,498 + 0,598 = 1,096.

4) i_yc = · I_C · K_yc = · 4,555 · 1,232= 7,937 (кА);

i_{y AД} = · I''_AД · K_{y AД} = · 0,626 · 1,096 = 0,97 (кА).

5) i_y = i_yc + i_{y AД} = 7,937 + 0,97 = 8,907 (кА).

3. Для расчета однофазного КЗ в точке К₂ составляем схемы замещения прямой и нулевой последовательности.



Рис. 3. Схема замещения прямой последовательности

R_к = r_кл · n_кл = 0,05 · 8 = 0,4 (мОм).

Х_кл = Х_1к · l = 0,066 · 400 = 26,4 (мОм);

R_кл = R_1к · l = 0,77 · 400 = 308 (мОм).

Все остальные параметры берутся из пункта 1.

Преобразуем схему.

Х_У1 = Х_с + Х_Т + Х_Ш + Х_ТТ + Х_{QF 1}+ Х_QF3 + Х_кл =

= 0,296 + 41,964 + 2,55 + 0,67 + 0,5 + 0,5 + 26,4 = 72,879 (мОм);

R_У1 = R_T + R_Ш + R_K + R_TT + R_QF1 + R_QF3 + R_K + R_KЛ =
=16,25 + 3,57 + 0,036 + 0,42 + 1,1 + 1,1+ 308 + 0,4 = 330,876 (мОм).

Эквивалентная схема прямой последовательности приведена на рис.4.

Рис. 4. Эквивалентная схема прямой последовательности

Составляем схему замещения нулевой последовательности.

Х_Ш0 = (7,5 … 9,4) · Х_Ш1 = 8,5 · 2,55 = 21,675 (мОм);

R_Ш0 = (5 … 14) · R_Ш1 = 10 · 3,57 = 35,7 (мОм);

Х_к = Х_к0 · l = 0,95 · 400 = 380 (мОм);

R_к = R_к0 · l = 2,45 · 400 = 980 (мОм).

Все остальные параметры такие же, как и для прямой последовательности. Схема замещения нулевой последовательности приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема замещения нулевой последовательности

Для преобразованной схемы нулевой последовательности

Х_У0 = Х_Т+Х_Ш0+Х_ТТ+Х_QF1+Х_QF3+Х_к =

= 41,964+ 21,675 + 0,67 + 0,5 +0,5 + 380 = 445,309 (мОм);

R_У0 = R_T + R_Ш0 + R_K + R_TT + R_QF1 + R_QF3 + R_K + R_KЛ =
= 16,25 + 35,7 + 0,036 + 0,42 + 1,1 + 1,1 + 980 + 0,4 = 1035,006 (мОм).

Эквивалентная схема замещения нулевой последовательности приведена на рис.6.

Рис. 6. Эквивалентная схема замещения нулевой последовательности

m⁽¹⁾ = 3;

ДZ⁽¹⁾ = Z_У1 + Z_У0 = (R _У1 + j · X _У1) + (R _У0 + j · X _У0) = (R _У1 + R _У0) + j (X_У1 + X _У0) =

= (330,879 + 1035,006) + j (72,879 + 445,309) = 1365,882 + j518,188 (мОм).

Составляем эквивалентную схему замещения прямой последовательности (рис. 7).

Рис. 7. Эквивалентная схема замещения прямой последовательности

I''_{к а1} = = 0,129 (кА),

где Z_У1 + ДZ⁽¹⁾ = (R _У1 + jX _У1) + (ДR + jДX) = (R _У1 + ДR) + j(X_У1 + ДX) = = (330,876 + 1365,882) + j (72,879 + 518,188) = 1696,758 + j591,067 (мОм);

|Z_У1 + ДZ⁽¹⁾| = = 1796,76 (мОм).

2) I_к'' ⁽¹⁾ = m⁽¹⁾ · I''_{к а1} = 3 · 0,129 = 0,386 (кА).

Литература

режим короткого замыкания схема цепь

1. Братолюбов А.А., Аржанникова А.Е., Парфенычева Н.Н. Программа, задания к курсовой работе и методические указания по дисциплине “Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах”. Для студентов электроэнергетических специальностей заочного факультета. ФГБОУВО ИГЭУ. - Иваново, 2012.

2. Ульянов, С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах / С.А. Ульянов. - М.: Энергия, 2010. - 519 с.

3. Ульянов, С.А. Сборник задач по электромагнитным переходным процессам в электрических системах / С.А. Ульянов. - М.: Энергия, 1968. - 382 с.

4. Важнов, А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока / А.И. Важнов. - Л.: Энергия, 1980.-256 с.

5. ГОСТ Р 52735-2007. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.

6. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.

Размещено на Allbest.ru

...