Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

студента:

по дисциплине: Переходные процессы в электроэнергетических системах .

1. Тема работы: Расчёт аварийных режимов работы системы электроснабжения.

2. Цель работы: рассчитать установившийся ток для всех типов коротких замыканий и ударный ток для трёхфазных коротких замыканий в заданных точках. В точке 1 рассчитать токи трёхфазного, двухфазного на землю и однофазного на землю короткого замыкания, в точке 2 рассчитать токи двухфазного и трёхфазного короткого замыкания, построить векторные диаграммы токов и напряжений установившегося аварийного режима в месте повреждения для несимметричных коротких замыканий. Для заданного элемента сети построить графики мгновенного значения тока в фазах i(t) в диапазоне t = 0 .. 1 с (за ноль принимается время возникновения аварийного режима) при трёхфазном коротком замыкании в точке 2, без учёта нагрузочного тока предшествующего режима.

3. Перечень рассматриваемых вопросов: составление расчётных схем замещения при симметричном и несимметричном коротких замыканиях, расчёт параметров элементов схем замещения, преобразование схем замещения, расчёт токов коротких замыканий в относительных и именованных единицах, построение векторных диаграмм токов и напряжений аварийных режимов, построение мгновенных значений токов в фазах заданного элемента сети в аварийных режимах.

4. Исходные данные: представлены в приложении к заданию.

Приложение к заданию на курсовую работу по дисциплине «Переходные процессы в электроэнергетических системах»

Данные для расчёта:

Л1	Л2	Л3	Л4	Л5	Л6	Г1, Г2	Т1	Т2	Т3
АС-120* 10 км	АС-185 25 км	АС-150 30 км	АС-50 20 км	ААБ-95 6 км	-	ТВФ-120-2УЗ	ТДЦ-125000/110-У1	ТДЦ-125000/110-У1	ТДН-10000/110
Т4	LR1	LR2	SH1, МВА	SH2, МВА	SH3, МВА	SH4, МВА	Точка 1	Точка 2	Элемент для построения i(t)
ТМН-2500/110	РБДГ 10-4000-0,18	РБДГ 10-2500-0,25	8	5	3	1	K1	K7	Л1

* - параметры одной цепи

При расчётах принять следующее:

1. РПН трансформаторов в среднем положении (номинальный коэффициент трансформации).

2. Базовые номинальные напряжения ступеней:

I - 10,5 кВ;

II - 115 кВ;

III - 10,5 кВ;

IV - 38,5 кВ;

V - 230 кВ.

3. Базовая мощность S_б = 1000 МВ?А, нагрузки рассчитываются с использованием усреднённых параметров X^” = 0,35.

4. Средние значения ЭДС В момент возникновения КЗ в относительных единицах при номинальных условиях для:

Электроэнергетических систем GS 1,0;

Турбогенераторов мощностью до 100 МВт 1,08;

Турбогенераторов мощностью 100 - 500 МВт 1,13;

Гидрогенераторов с демпферными обмотками 1,13;

Синхронных компенсаторов 1,20;

Синхронных электродвигателей 1,1;

Асинхронных электродвигателей 0,9;

Обобщённой нагрузки 0,85.

5. Значения активных сопротивлений для отдельных элементов схемы замещения определяются приближённо из рекомендованных для элементов ЭЭС соотношений x/r:

Для системы GSx/r = 50;

Генераторов G1, G2 x/r = 45.

Для линий, трансформаторов используются соответствующие параметры, рассчитываемые из их паспортных данных (таблица 2 - 4 руководящие указания к РЗ, вып. 11), для нагрузки принять cosц = 0,8.

6. Для системы принять S_GS = 1200 МВ?А; Х₍₁₎ = 0,25; Х₍₁₎ = Х₍₂₎; Х₍₀₎ = 1,5?Х₍₁₎; Для трансформаторов и для обобщённой нагрузки принять Х₍₁₎ = Х₍₂₎ = X₍₀₎.

7. Для воздушных ВЛ принять Х₍₁₎ = Х₍₂₎; Х₍₀₎ = 3,5?Х₍₁₎- для одноцепных ВЛ, Х₍₀₎ = 5,5?Х₍₁₎ - для двухцепных ВЛ.Содержание

• Содержание
• Введение
• 1. Составление схемы замещения
• 1.1 Схемы замещения основных элементов исходной схемы
• 1.2 Расчёт индуктивных сопротивлений элементов схемы замещения
• 1.3 Электродвижущие силы источников и нагрузок системы в схемах замещения при расчётах переходных процессов
• 1.4 Расчёт активных сопротивлений элементов
• 1.5 Основные методы преобразования схемы замещения
• 1.6 Результаты составления схемы замещения
• 2. Расчёт токов короткого замыкания в точке 1
• 2.1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания
• 2.2 Особенности расчёта токов несимметричных коротких замыканий
• 2.3 Расчёт токов двухфазного короткого замыкания на землю
• 2.4 Расчёт токов однофазного короткого замыкания на землю
• 3. Расчёт токов короткого замыкания в точке 2
• 3.1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания
• 3.2 Расчёт токов двухфазного короткого замыкания
• 4. Построение графика мгновенных значений токов в фазах i(t) для заданного элемента
• Вывод
• Список использованной литературы

Введение

Для электроустановок характерны четыре режима работы: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный, причём, аварийный режим является кратковременным режимом, а остальные - продолжительными режимами. ток схема замещения замыкание

Режим работы системы - это совокупность процессов, характеризующих работу системы электроснабжения и её состояние в любой момент времени.

Аварийные режимы возникают вследствие повреждения элементов электрической сети. Наиболее опасными и частыми повреждениями в системах электроснабжения являются короткие замыкания (КЗ) между фазами элемента электрической сети или электроустановки и короткие замыкания фазы (или фаз) на землю. Вследствие КЗ нарушается нормальная работа системы, кроме того, представляет опасность термическое и динамическое действие тока КЗ как в месте повреждения, так и при прохождении его по неповреждённым элементам системы. Для предотвращения развития аварии необходимо знать значения токов всех возможных видов КЗ.

Коротким замыканием называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землёй, при этом токи в аппаратах и проводниках, примыкающих к месту электрического соединения (точке КЗ), резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного (нормального) режима.

Под расчётом переходного процесса КЗ обычно понимают вычисление токов и напряжений в рассматриваемой схеме электроэнергетической системы при заданных условиях. В зависимости от назначения такого расчёта указанные величины находят для заданного момента времени или их изменения в течение всего переходного процесса.

Расчёт токов КЗ производится приближённым практическим методом, с принятием ряда допущений:

1) Отсутствие качаний синхронных машин на начальной стадии переходного процесса, что позволяет вводить источники питания в схему замещения векторами ЭДС без сдвига по фазе;

2) Отсутствие насыщения магнитных систем, что позволяет считать все системы линейными;

3) Сохранение симметрии трёхфазной системы (несимметричные КЗ считаются локальными); расчёт проводится на одну фазу;

4) Пренебрежение активными сопротивлениями элементов электроэнергетической системы;

5) приближённый учёт нагрузок индуктивными сопротивлениями;

6) Неучёт ёмкостных проводимостей линий электропередач 110 - 220 кВ, если их длина более 200 км, и напряжение 330 - 500 кВ, если их длина не превышает 150 км;

7) Пренебрежение токами намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов, за исключением трёхстержневых трансформаторов с соединением обмоток по схеме Y₀ / Y или Y₀ / Y₀в схемах нулевой последовательности;

8) Вся сеть приводится к одному напряжению; Действие РПН трансформаторов не учитывается.

Расчёт аварийных режимов системы электроснабжения необходим для выяснения истинных параметров режима при различных видах повреждений. Эти расчётные значения применяются при выборе параметров электрооборудования, устройств релейной защиты и автоматики электрической сети.

В данной курсовой работе расчёт аварийных режимов будет вестись в относительных единицах, вследствие чего, рассмотрение вопросов о составлении схем замещения в системе именованных единиц, сравнение и выявление отличий от системы относительных единиц в работе рассматриваться не будет.

1. Составление схемы замещения

1.1 Схемы замещения основных элементов исходной схемы

В данном пункте будут рассматриваться схемы замещений элементов, входящих в схему для выполнения расчётов (Приложение к заданию на курсовую работу), а именно: источников питания, двухобмоточных трансформаторов, двухобмоточных трансформаторов с расщеплённой обмоткой, реакторов обычного типа, линий электропередачи (ЛЭП), нагрузок. Данные принципиальные схемы и схемы замещения элементов представлены на рисунках 1.1 -1.6.

1.2 Расчёт индуктивных сопротивлений элементов схемы замещения

Расчёт индуктивных сопротивлений элементов полученной схемы замещения (Приложение Б) можно провести по нижеизложенным выражениям.

Индуктивное сопротивление турбогенератора:

где: X^”_d - сверхпереходное индуктивное сопротивление синхронной машины в относительных единицах при номинальных условиях;

S_б - базисная мощность трёхфазной системы, МВ?А;

S_номG-номинальная мощность турбогенератора, МВ?А.

Индуктивное сопротивление системы:

где: X₍₁₎ - сопротивление системы токам прямой последовательности в относительных единицах при мощности системы, равной S_GS;

S_GS - мощность системы, МВ?А;

Индуктивное сопротивление нагрузки;

где: X^” - индуктивное сопротивление нагрузки в момент возникновения КЗ, принимаемое равным 0,35, выраженное в относительных единицах при полной рабочей мощности нагрузки S_н;

S_н - полная рабочая мощность нагрузки, МВ?А.

Индуктивное сопротивление двухобмоточного трансформатора:

где: u_k - напряжение КЗ трансформатора;

S_ном - номинальная мощность трансформатора, МВ?А.

Индуктивное сопротивление двухобмоточного трансформатора с расщеплённой обмоткой:

Индуктивное сопротивление реактора:

U_б - базисное напряжение на ступени, где задано X_р (расположен реактор), кВ.

Индуктивное сопротивление ЛЭП:

где: X₍₁₎ - удельное индуктивное сопротивление токам прямой последовательности, Ом/км;

L - длина линии, км;

U_б - базисное напряжение на ступени напряжения рассматриваемой линии, кВ.

1.3 Электродвижущие силы источников и нагрузок системы в схемах замещения при расчётах переходных процессов

В схемах замещения за электрическими сопротивлениями источников питания указываются электродвижущие силы (ЭДС). При отсутствии данных об ЭДС, во всех приближённых расчётах рекомендуется принимать средние значения ЭДС в момент возникновения КЗ в относительных единицах при номинальных условиях (Таблица 1.2).

Таблица 1.1 - Средние значения ЭДС в момент возникновения КЗ в относительных единицах при номинальных условиях

Тип элемента	E
Электроэнергетическая система GS	1,0
Турбогенератор, мощностью до 100 МВт	1,08
Турбогенератор, мощностью 100 - 500 МВт	1,13
Гидрогенератор с демпферной обмоткой	1,13
Синхронный компенсатор	1,2
Синхронный электродвигатель	1,1
Асинхронный электродвигатель	0,9
Обобщённая нагрузка	0,85

1.4 Расчёт активных сопротивлений элементов

В последствии, при расчётах токов КЗ, для определения ударного тока необходимо найти ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени затухания апериодической составляющей. Для её определения необходимо знать значения активных сопротивлений для всех элементов схемы замещения из индуктивных сопротивлений. Все ЭДС источников принимаются равными нулю.

Значения активных сопротивлений для отдельных элементов схемы замещения определяются приближённо из рекомендованных для элементов электроэнергетической системы соотношений x/r (Таблица 1.3).

Таблица 1.2 - Примеры соотношений x/r для типовых элементов энергосистемы

Типовые элементы энергосистемы	x/r
Турбогенераторы мощностью до 100 МВт	50 - 85
Турбогенераторы мощностью 100 - 500 МВт	100 - 140
Гидрогенераторы с демпферной обмоткой	40 - 60
Гидрогенераторы без демпферной обмотки	60 - 90
Трансформаторы мощностью 5 - 30 МВ ? А	7 - 17
Трансформаторы мощностью 60 - 500 МВ ? А	20 - 50
Реакторы 6 - 10 кВ до 1000 А	15 - 70
Реакторы 6 - 10 кВ - 1500 А и выше	40 - 80
Воздушные линии	2 - 8
Трёхжильные кабели 6 - 10 кВ с медными и алюминиевыми жилами сечением 3? 95 - 3 ? 185 мм2	0,2 - 0,8
Обобщённая нагрузка	2,5

1.5 Основные методы преобразования схемы замещения

При аналитических расчётах токов КЗ исходные схемы замещения, в которых представлены различные элементы исходных расчётных схем, следует путём последовательных преобразований приводить к эквивалентным результирующим схемам замещения, содержащим эквивалентную ЭДС (в схемах прямой последовательности), эквивалентные результирующее сопротивление соответствующей последовательности и источник напряжения одноимённой последовательности, а при трёхфазном КЗ - точку КЗ.

Если исходная схема замещения не содержит замкнутых контуров, то она легко преобразуется в эквивалентную результирующую схему путём последовательного и параллельного соединения элементов и путём замены нескольких источников, имеющих разные ЭДС и разные сопротивления, но присоединённых в одной точке. одним эквивалентным источником. При более сложных исходных схемах замещения для определения эквивалентного результирующего сопротивления следует использовать известные способы преобразования, такие как преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду сопротивлений, звезду сопротивлений в эквивалентный треугольник сопротивлений, многолучевую звезду сопротивлений в полный многоугольник сопротивлений и т. д. Формулы для таких преобразований приведены в таблице 1.5.

Целью преобразования схемы замещения является её приведение к простейшему виду для упрощения расчётов.

Таблица 1.3 - Основные формулы преобразования схем

Вид преобразования; № расчётного выражения	Исходная схема	Преобразованная схема	Сопротивление элементов преобразования
Последовательное соединение; (1.10)
Параллельное соединение; (1.11)			При двух ветвях:
Замена нескольких источников эквивалентными; (1.12)			При двух ветвях:
Преобразование треугольника в звезду; (1.13)
Преобразование трёхлучевой звезды в треугольник; (1.14)
Преобразование многолучевой звезды в полный многоугольник; (1.15)			Аналогично и при большем числе ветвей

1.6 Результаты составления схемы замещения

Согласно пункту 1.1, схема замещения исходной схемы примет вид, представленный на рисунке 1.7

На основании выражений (1.1 - 1.9) пункта 1.2, индуктивные сопротивления элементов схемы замещения будут равны:

- Для турбогенераторов:

X_G1 = X_G2 = 1,088;

- Для системы:

X_GS = 0,357;

- Для нагрузок:

X_Sн1 = 43,75;

X_Sн2 = 70,000;

X_Sн3 = 116,667;

X_Sн4 = 350,000;

- Для трансформаторов:

X_T1 = X_T2 = 0,84;

X_вТ3 = 1,313;

X_нT3 = 18,375;

X_вТ4 = 5,25;

X_нT4 = 73,5;

- Для реакторов:

X_LR1 = 1,633;

X_LR2 = 2,268;

- Для ЛЭП:

X_L1 = 1,751;

X_L2 = 0,617;

X_L3 = 0,455;

X_L4 = 57,823;

X_L5 = 3,9;

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту индуктивных сопротивлений схемы замещения (Приложение А).

Согласно пункту 1.4, при расчётах токов КЗ необходимо определение постоянной времени затухания, в расчёт которой входят активные сопротивления системы. Для этого, полученную схему замещения представим активными сопротивлениями (рис. 1.8).

На основании таблицы 1.3 принимаем:

- для системы GS1 - 50;

- для генераторов Г1 - Г2 - 45;

- для трансформаторов Т1 - Т4 - посчитаны расчётным методом, согласно паспортным данным;

- для ЛЭП 1 - 5 - посчитаны расчётным методом, согласно паспортным данным;

- для нагрузок 1 - 4 - 2,5.

На основании полученных результатов расчётов индуктивных сопротивлений, принятых соотношений x/r, активные сопротивления элементов схемы замещения будут равны:

- Для турбогенераторов:

R_G1 = R_G2 = 0,0242;

- системы:

R_GS = 7,15 ? 10^-3;

- Для нагрузок:

R_Sн1 = 17,5;

R_Sн2 = 28,000;

R_Sн3 = 46,667;

R_Sн4 = 140;

- Для трансформаторов:

R_T1 = X_T2 = 0,1897;

R_вТ3 = 9,075;

R_нT3 = 127,05;

R_вТ4 = 205,7;

R_нT4 = 2879,800;

- Для реакторов:

R_LR1 = 0,022;

R_LR2 = 0,035;

- Для ЛЭП:

R_L1 = 0,584;

R_L2 = 0,386;

R_L3 = 0,227;

R_L4 = 57,823;

R_L5 = 15,601.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту активных сопротивлений схемы замещения (Приложение Б).

Значения ЭДС источников согласно таблице 1.2 пункта 1.3 принимаем:

- Для турбогенераторов:

E_G1 = E_G2 = 1,08;

- Для системы:

E_GS = 1;

- Для обобщённых нагрузок:

E_Sн1 = E_Sн2 = E_Sн3 = E_Sн4 = 0,85.

2. Расчёт токов короткого замыкания в точке 1

2.1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания

Согласно заданию, необходимо провести расчёт токов трёхфазного короткого замыкания в точке 1, а именно, определить: начальное значение периодической составляющей тока КЗ; ударный ток КЗ.

При решении данной задачи пренебрегаем влиянием нагрузок 1 - 4 на величину тока КЗ.

С учётом этого в схеме замещения отсутствуют сопротивления трансформаторов Т3, Т4 и реактора LR2.

Таким образом, схема замещения для расчёта токов трёхфазного короткого замыкания примет вид, представленный на рисунке 2.1.

Для последующего расчёта, преобразуем исходную схему в эквивалентную. Преобразование выполним согласно таблице 1.5 пункта 1.5 раздела 1, используя расчётные выражения (1.10 - 1.13).

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту токов трёхфазного короткого замыкания в точке 1 (Приложение В).

Преобразованная схема замещения представлена на рисунке 2.2.

Перерасчёт выражения (2.1) из относительных единиц в именованные производится по выражению (2.2):

Согласно пункту 1.4 раздела 1, для определения ударного тока необходимо найти ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени затухания, для определения которой необходимо знать значения активных сопротивлений.

Для этого полученную исходную схему замещения представим активными сопротивлениями (рис. 2.3).

Так как схема замещения активными сопротивлениями по конфигурации будет соответствовать схеме замещения из индуктивных сопротивлений, то алгоритм преобразования сопротивлений относительно точки КЗ для обеих схем будет одинаков.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту токов трёхфазного короткого замыкания в точке 1 (Приложение В).

Ударный ток КЗ определяется выражением (2.3):

, (2.3)

где: k_У - ударный коэффициент.

Ударный коэффициент определяется выражением (2.4):

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту токов трёхфазного короткого замыкания в точке 1 (Приложение В).

Результаты расчётов токов трёхфазного КЗ в точке 1 сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Результаты расчёта токов трёхфазного короткого замыкания в точке 1

IK(3), кА	Ta, с	kУ	iУ, кА
6,565	0,027	1,69	15,693

2.2 Особенности расчёта токов несимметричных коротких замыканий

Если параметры всех фаз исходной расчётной схемы одинаковы, а причиной нарушения симметрии является короткое замыкание в одном или двух местах, то для расчёта токов при несимметричных КЗ следует применять метод симметричных составляющих.

Метод симметричных составляющих - метод расчёта несимметричных электрических систем, основанный на разложении несимметричной системы на три симметричные - прямую, обратную и нулевую.

Прямую последовательность составляют три вектора, имеющие одинаковый модуль и сдвинутые друг относительно друга на 120^о. Отсчёт идёт по часовой стрелки.

Обратную последовательность составляются три вектора, одинаковой длины и сдвинутые друг относительно друга на 120^о. Отсчёт идёт против часовой стрелки.

Нулевая последовательность образуется векторами одинаковыми по модулю и направлению.

Рассмотрим данные системы на примере расчёта токов:

I_A(1,2,0), I_В(1,2,0), I_С(1,2,0) - токи различных последовательностей (1 - прямой; 2 - обратной; 0 - нулевой).

Введя оператор «а», равный:

Исходя из (2.5 - 2.7), для значений векторов в составляющих симметричных системах получается:

Из вышеприведённых выражений (2.5 - 2.10) можно вывести расчётные выражения для фазных токов различных последовательностей:

Выражения (2.6 - 2.14) справедливы также и для расчётов напряжений.

При несимметричных КЗ напряжения и токи отдельных последовательностей в месте КЗ связаны граничными условиями:

- Для замыкания на землю одной фазы (особая фаза - А):

где: U_KA(1,2,0)-напряжение различных последовательностей в месте КЗ.

- Для замыкания на землю двух фаз (особые фазы - В, С):

- Для замыкания между двумя фазами (особые фазы - В, С):

Из (2.18 - 2.19) следует, что при замыкании между двумя фазами токи и напряжения нулевой последовательности равны нулю, следовательно, в составлении схемы нулевой последовательности при данном виде КЗ нет необходимости.

Обычно, при КЗ в основных цепях электроэнергетических систем результирующее эквивалентное индуктивное сопротивление расчётной схемы относительно точки КЗ значительно превышает результирующее активное сопротивление, поэтому расчёт периодической составляющей тока при несимметричных КЗ допускается производить, не учитывая активное сопротивление различных элементов расчётной схемы. При этом условии, ток прямой последовательности особой фазы в месте любого несимметричного КЗ следует определять по выражению (2.20):

E_ЭК - результирующая эквивалентная ЭДС всех учитываемых источников энергии;

X_1? - результирующее эквивалентное индуктивное сопротивление схемы замещения прямой последовательности относительно точки несимметричного КЗ;

?X⁽ⁿ⁾ - дополнительное индуктивное сопротивление, которое определяется видом несимметричного КЗ и параметрами схем замещения обратной и нулевой (при однофазном и двухфазном КЗ на землю) последовательностей.

Значения дополнительного сопротивления для несимметричных КЗ разных видов приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Значение дополнительного сопротивления ?X⁽ⁿ⁾ для несимметричных КЗ разных видов

Вид КЗ	Значение ?X(n)
Двухфазное
Однофазное
Двухфазное КЗ на землю

Токи обратной и нулевой последовательностей особой фазы в месте несимметричного КЗ связаны с током прямой последовательности соотношениями:

- При однофазном КЗ на землю - граничное условие (2.15);

- При двухфазном КЗ на землю:

Напряжение прямой последовательности прямой последовательности особой фазы в точке несимметричного КЗ любого вида составляет:

Напряжение обратной и нулевой (при однофазном и двухфазном КЗ на землю) последовательностей особой фазы в точке КЗ равны соответственно:

- При однофазном КЗ на землю:

- При двухфазном КЗ на землю- граничное условие (2.18);

- При двухфазном КЗ- граничное условие (2.20).

2.3 Расчёт токов двухфазного короткого замыкания на землю

Согласно заданию, необходимо: провести расчёт токов двухфазного короткого замыкания на землю в точке 1; построить векторную диаграмму фазных токов и напряжений в месте повреждения.

Поскольку при несимметричных КЗ влияние нагрузок проявляется слабее, чем при трёхфазном КЗ, то ветви всех нагрузок из схемы замещения исключают.

Для выполнения поставленной задачи, составим схемы замещения различных последовательностей.

Схема замещения для тока прямой последовательности аналогична схеме замещения при симметричном КЗ.

Схема замещения прямой последовательности для расчёта токов двухфазного короткого замыкания на замелю представлена на рисунке 2.4.

Исходные индуктивные сопротивления, а также преобразование схемы соответствует расчёту токов трёхфазного КЗ, приведённого в пункте 2.1, с единственным отличием, в виде расчёта результирующих ЭДС и сопротивления.

Производимые расчёты преобразования схемы аналогичны расчётам токов трёхфазного КЗ в точке 1 (Приложение В). Расчёты результирующих ЭДС и сопротивления приведены в приложении к расчёту токов двухфазного короткого замыкания на землю в точке 1 (Приложение Д).

Преобразованная схема замещения представлена на рисунке 2.5.

Схема замещения обратной последовательности будет аналогична схеме замещения прямой последовательности, только в ней отсутствуют ЭДС.

Для расчёта тока обратной последовательности, необходимо пересчитать сопротивления генераторов токам обратной последовательности.

Индуктивные сопротивления обратной последовательности турбогенераторов будут составлять:

X_G1(2) = X_G2(2) = 1,328.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту сопротивлений элементов различных последовательностей (Приложение Г).

Схема замещения обратной последовательности для расчёта токов двухфазного короткого замыкания на замелю представлена на рисунке 2.6.

Преобразование схемы замещения обратной последовательности аналогично преобразованию схемы замещения прямой последовательности, с отсутствием расчёта результирующего ЭДС и учётом перерасчёта сопротивлений генераторов.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту токов двухфазного короткого замыкания на землю в точке 1 (Приложение Д).

Преобразованная схема замещения представлена на рисунке 2.7.

Конфигурация схемы замещения нулевой последовательности электроэнергетической системы определяется схемой соединений обмоток трансформаторов. Составление схемы замещения нулевой последовательности начинается от точки несимметричного КЗ. В эту схемы включаются те элементы, которые обеспечивают путь протекания тока нулевой последовательности. Ток нулевой последовательности протекает по обмотке, соединённой в звезду с заземлённой нейтралью, наводится магнитным путём в другой обмотке данного трансформатора, соединённой в треугольник, за пределы которой не выходит. Следовательно, все элементы, которые будут находиться за обмоткой трансформатора, соединённой в треугольник, в схеме замещения нулевой последовательности участвовать не будут.

В схеме замещения нулевой последовательности, сопротивления обмоток трансформаторов, входящих в схему нулевой последовательности, остаются такими же, как и в схеме замещения прямой последовательности, а сопротивления ЛЭП и системы необходимо пересчитать. ЭДС источников принимаются равными нулю.

Индуктивные сопротивления обратной последовательностибудут составлять:

- Для системы:

X_GS(0) = 0,536;

- Для ЛЭП:

X_L1(0) = 10,705;

X_L2(0) = 2,16;

X_L3(0) = 1,592;

X_L4(0) = 202,381;

X_L5(0) = 13,651.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту сопротивлений элементов различных последовательностей (Приложение Г).

Схема замещения нулевой последовательности для расчёта токов двухфазного короткого замыкания на замелю представлена на рисунке 2.8.

Преобразование осуществляется по приведённым выше методикам.

Производимые расчёты преобразования схемы замещения приведены в приложении к расчёту токов двухфазного короткого замыкания на землю в точке 1 (Приложение Д).

Преобразованная схема замещения представлена на рисунке 2.9.

Далее, по выражениям (2.6 - 2.27) пункта 2.2 и выражению (2.2) пункта 2.1, определим симметричные составляющие токов и напряжений, токи и напряжения в фазах в месте двухфазного КЗ на землю.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту токов двухфазного короткого замыкания на землю в точке 1 (Приложение Д).

Результаты расчётов токов двухфазного КЗ на землю в точке 1 сведены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Результаты расчёта токов двухфазного короткого замыкания на землю в точке 1

Симметричные составляющие токов и напряжений
IA1, кА	IA2 кА	IA0 кА	UKA1, кВ	UkA2, кВ	Uk0, кВ
-4,645?j	1,828?j	2,817?j	21,23	21,23	21,23
Фазные токи и напряжения
IA, кА	IBкА	ICкА	UA, кВ	UB, кВ	UC, кВ
0	-5,606 + 4,225?j	5,606 + 4,225?j	63,691	-1,776? +7,105?j ?	-1,776?+7,105?j ?

Согласно заданию, на основании таблицы 2.3, выполним построение векторной диаграммы фазных токов и напряжений.

Векторная диаграмма фазных токов и напряжений в месте двухфазного КЗ на землю в точке 1 представлена на рисунке 2.10.

При построении векторной диаграммы токов и напряжений, принят масштаб: m_I = 1,15 кА/см; m_U = 9,8 кВ/см.

2.4 Расчёт токов однофазного короткого замыкания на землю

Согласно заданию, необходимо: провести расчёт токов однофазного короткого замыкания на землю в точке 1; построить векторную диаграмму фазных токов и напряжений в месте повреждения.

Схемы замещения, их преобразование, расчёт производимых преобразований и перерасчёт отдельных элементов для различных последовательностей полностью аналогичны приведённым рисункам 2.4 - 2.9, приложениям к расчётам (Приложение В, Г, Д) пункта 2.3.

По выражениям (2.6 - 2.27) пункта 2.2 и выражению (2.2) пункта 2.1, определим симметричные составляющие токов и напряжений, токи и напряжения в фазах в месте однофазного КЗ на землю.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту токов однофазного короткого замыкания на землю в точке 1 (Приложение Е).

Результаты расчётов токов однофазного КЗ на землю в точке 1 сведены в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Результаты расчёта токов однофазного короткого замыкания на землю в точке 1

Симметричные составляющие токов и напряжений
IA1, кА	IA2 кА	IA0 кА	UKA1, кВ	UkA2, кВ	Uk0, кВ
-2,403?j	-2,403?j	-2,403?j	46,019	-27,909	18,11
Фазные токи и напряжения
IA, кА	IBкА	ICкА	UA, кВ	UB, кВ	UC, кВ
-7,209?j	0	0	36,22	9,055 - 64,023?j	9,055 - 64,023?j

Согласно заданию, на основании таблицы 2.4, выполним построение векторной диаграммы фазных токов и напряжений.

Векторная диаграмма фазных токов и напряжений в месте однофазного КЗ на землю в точке 1 представлена на рисунке 2.11.

При построении векторной диаграммы токов и напряжений, принят масштаб: m_I = 0,85 кА/см; m_U = 9,7кВ/см.

3. Расчёт токов короткого замыкания в точке 2

3.1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания

Согласно заданию, необходимо провести расчёт токов трёхфазного короткого замыкания на землю в точке 2: определить начальное значение периодической составляющей тока КЗ; ударный ток КЗ.

Алгоритм расчёта токов трёхфазного КЗ описан в пункте 2.1 раздела 2.

Схема замещения для расчёта токов трёхфазного короткого замыкания представлена на рисунке 3.1.

Производимые расчёты по преобразованию схемы приведены в приложении к расчёту токов трёхфазного короткого замыкания в точке 2 (Приложение Ж).

Преобразованная схема замещения представлена на рисунке 3.2.

Для определения ударного тока, полученную исходную схему замещения представим активными сопротивлениями (рис. 3.3).

Так как схема замещения активными сопротивлениями по конфигурации будет соответствовать схеме замещения из индуктивных сопротивлений, то алгоритм преобразования сопротивлений относительно точки КЗ для обеих схем будет одинаков.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту токов трёхфазного короткого замыкания в точке 2 (Приложение Ж).

Далее, по расчётным выражениям (2.1 - 2.5) пункта 2.1 раздела 2, определим начальное значение периодической составляющей тока и ударный ток КЗ.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту токов трёхфазного короткого замыкания в точке 2 (Приложение Ж).

Результаты расчётов токов трёхфазного КЗ в точке 2 сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Результаты расчёта токов трёхфазного короткого замыкания в точке 2

IK(3), кА	Ta, с	kУ	iУ, кА
0,856	1,556 ? 10-3	1,002	1,213

3.2 Расчёт токов двухфазного короткого замыкания

Согласно заданию, необходимо: провести расчёт токов двухфазного короткого замыкания в точке 2; построить векторную диаграмму фазных токов и напряжений в месте повреждения.

Общий алгоритм расчёта токов несимметричных КЗ представлен в пункте 2.3 раздела 2.

Схема замещения для тока прямой последовательности аналогична схеме замещения при симметричном КЗ, без учёта нагрузок.

Схема замещения прямой последовательности для расчёта токов двухфазного короткого замыкания представлена на рисунке 3.4.

Производимые расчёты преобразования схемы аналогичны расчётам токов трёхфазного КЗ в точке 2. Расчётпреобразования, результирующего ЭДС и сопротивления приведены в приложении к расчёту токов двухфазного короткого замыкания в точке 2 (Приложение И).

Преобразованная схема замещения представлена на рисунке 3.5.

Схема замещения обратной последовательности будет аналогична схеме замещения прямой последовательности, только в ней отсутствуют ЭДС.

Для расчёта тока обратной последовательности, необходимо пересчитать сопротивления генераторов токам обратной последовательности.

Индуктивные сопротивления обратной последовательности турбогенераторов будут составлять:

X_G1(2) = X_G2(2) = 1,328.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту сопротивлений элементов различных последовательностей (Приложение Г).

Схема замещения обратной последовательности для расчёта токов двухфазного короткого замыкания представлена на рисунке 3.6.

Преобразование схемы замещения обратной последовательности аналогично преобразованию схемы замещения прямой последовательности, с отсутствием расчёта результирующего ЭДС и учётом перерасчёта сопротивлений генераторов.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту токов двухфазного короткого замыкания в точке 2 (Приложение И).

Преобразованная схема замещения представлена на рисунке 3.7.

Согласно пункту 2.3 раздела 2, граничным условием (2.19 - 2.20), при расчёте токов двухфазного КЗ, является равенство нулю токов и напряжений нулевой последовательности. Из этого следует, что в составлении схемы нулевой последовательности и её расчёте нет необходимости.

Далее, по выражениям (2.6 - 2.27) пункта 2.2 и выражению (2.2) пункта 2.1 раздела 2, определим симметричные составляющие токов и напряжений, токи и напряжения в фазах в месте однофазного КЗ на землю.

Производимые расчёты приведены в приложении к расчёту токов двухфазного короткого замыкания в точке 2 (Приложение И).

Результаты расчётов токов двухфазного КЗ в точке 2 сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Результаты расчёта токов однофазного короткого замыкания на землю в точке 1

Симметричные составляющие токов и напряжений
IA1, кА	IA2 кА	IA0 кА	UKA1, кВ	UkA2, кВ	Uk0, кВ
-0,37?j	0,37?j	0	3,147	3,147	0
Фазные токи и напряжения
IA, кА	IBкА	ICкА	UA, кВ	UB, кВ	UC, кВ
0	-0,641	0,641	6,294	-3,147	-3,147

Согласно заданию, на основании таблицы 3.2, выполним построение векторной диаграммы фазных токов и напряжений.

Векторная диаграмма фазных токов и напряжений в месте двухфазного КЗ в точке 2 представлена на рисунке 3.8.

При построении векторной диаграммы токов и напряжений, принят масштаб: m_I = 1кА/см; m_U = 1,1кВ/см.

4. Построение графика мгновенных значений токов в фазах i(t) для заданного элемента

Согласно заданию, необходимо построить график мгновенных значений тока в фазах для заданного элемента сети (линия Л1) при трёхфазном КЗ в точке 2.

Исходная схема замещения соответствует схеме, представленной в пункте 3.1 раздела 3 (Рис. 3.1).

Для решения данной задачи необходимо рассчитать:

- Ток в линии Л1;

- Токи в ветвях и напряжения в узлах схемы;

- Токи трёхфазного КЗ в линии Л1.

Для этого, преобразование исходной схемы замещения сведём к линии Л1.

Схема замещения, после эквивалентных преобразований, представлена на рисунке 4.1.

Преобразования исходной схемы замещения (Рис. 3.1) к виду схемы, представленной на рисунке 4.1 (необходимые расчёты преобразований), приведены в приложении к построению графика мгновенных значений токов в фазах в заданном элементе сети при трёхфазном КЗ в точке 2 (Приложение К).

Для расчёта результирующего индуктивного сопротивления, полученную схему (4.1) преобразуем до эквивалентной (Рис. 4.2).

Токи в ветвях и напряжения в узлах рассчитываются по закону Ома:

Отсюда, ток в линии Л1 будет равен:

Перевод в именованные единицы осуществляется по выражению (2.2).

Рассчитанные токи в ветвях и напряжения в узлах, рассчитанные по выражениям (2.2; 4.1 - 4.5) будут равны:

I_n = 0,012;

U_a = 0,919;

I_L = 0,474;

U_b = 1,75;

- Ток в линии Л1:

I_K⁽³⁾_L1 = 26,541, кА.

Производимые расчёты приведены в приложении к построению графика мгновенных значений токов в фазах в заданном элементе сети при трёхфазном КЗ в точке 2 (Приложение К).

Для определения постоянной времени затухания, схему замещения (Рис. 4.1) представим активными сопротивлениями (Рис. 4.3).

Так как схема замещения активными сопротивлениями по конфигурации будет соответствовать схеме замещения из индуктивных сопротивлений, то алгоритм преобразования сопротивлений для обеих схем будет одинаков.

Производимые расчёты приведены в приложении к построению графика мгновенных значений токов в фазах в заданном элементе сети при трёхфазном КЗ в точке 2 (Приложение К).

Далее, по выражению (2.5) определим значение постоянной времени затухания, полученное значение которой будет равно:

T_a = 1,516 ? 10^-3, с.

Полный ток КЗ в любой момент времени во всех фазах определяется суммой периодической и апериодической составляющей тока:

Значение периодической составляющей тока в любой момент времени в фазе А определяется выражением (4.7):

где: I_K⁽³⁾_L1 - начальное значение периодической составляющей тока в линии Л1, определённая выражениями (2.2; 4.5).

Значение апериодическая составляющая тока в любой момент времени в фазе А определяется выражением (4.8):

где: i_a - начальное значение апериодической составляющей тока.

Начальное значение апериодической составляющей тока определяется выражением (4.9):

Расчёт апериодической и периодической составляющих полного тока КЗ в фазах В и С рассчитываются аналогичным образом, по расчётным выражениям (4.10 - 4.13):

Расчёт полного тока КЗ в каждой из фаз рассчитывается выражением (4.6).

Производимые расчёты приведены в приложении к построению графика мгновенных значений токов в фазах в заданном элементе сети при трёхфазном КЗ в точке 2 (Приложение К).

На основании приведённых выше расчётов и полученных значений (Приложение К), график мгновенных значений токов в фазах в заданном элементе сети при трёхфазном КЗ в точке 2 примет вид, представленный на рисунке 4.4.

Вывод

В ходе выполнения данной курсовой работы был рассчитан установившийся ток для всех типов коротких замыканий и ударный тока для трёхфазных коротких замыканий в данных точках.

В точке 1 рассчитаны токи трёхфазного, двухфазного на землю и однофазного на землю короткого замыкания.

В точке 2 рассчитаны токи двухфазно и трёхфазного короткого замыкания.

Для несимметричных коротких замыканий построены векторные диаграммы токов и напряжений установившегося аварийного режима в месте повреждения.

Для заданного элемента сети построен график мгновенного значения тока в фазах i(t) при трёхфазном короткого замыкании в точке 2.

Список использованной литературы

1. Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах: метод. указания по практ. занятиям / сост.: А. Э. Бобров, А. М. Дяков, В. Б. Зорин, Л. И. Пилюшенко. - Красноярск: ИПК СФУ, 2009. - 92 с.

2. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: учебное пособие / Т. Я. Окуловская, Т. Ю. Паниковская, В. А. Смирнов. 4-е изд., переаб. и доп. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, 2006. - 85 с.

3. РД 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания и выбору электрооборудования / под ред. Б. Н. Неклепаева. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. - 152 с.

4. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 11. Расчёты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110 - 750 кВ. - М.: Энергия, 1979. - 152 с.

5. Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах: учеб. пособие / А. Э. Бобров, А. М. Дяков, В. Б. Зорин и др. - Красноярск: ИПК СФУ, 2009. - 176 с.

Размещено на Allbest.ru

...