Переходные электромагнитные процессы
Для расчета тока короткого замыкания последовательно преобразуем схему в двухлучевую звезду с вершинами в точке короткого замыкания, и источниками питания. Так как сопротивление меньше 1 то короткое замыкание неудаленное. Расчет токов короткого замыкания ведем методом типовых кривых, описанном в. Статическая устойчивость — это способность системы восстанавливать исходный (или близкий к исходному… Читать ещё >
Переходные электромагнитные процессы (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Введение
Развитие современных электроэнергетических систем идет по пути концентрации производства электроэнергии на мощных электростанциях и централизации электроснабжения от общей высоковольтной сети.
При переходе от одного режима к другому изменяется электромагнитное состояние элементов системы и нарушается баланс между механическим и электромагнитным моментами на валах генераторов и двигателей. Это означает, что переходный процесс характеризуется совокупностью электромагнитных и механических изменений в системе, которые взаимно связаны и представляют собой единое целое. Тем не менее очень часто переходный процесс делят на две стадии. На первой стадии из-за большой инерции вращающихся машин в ЭС преобладают электромагнитные изменения. Эта стадия длится от нескольких сотых до 0.1 — 0.2 с и называется электромагнитным переходным процессом. На второй стадии проявляются механические свойства системы, которые оказывают существенное влияние на переходные процессы. Эта стадия называется электромеханическим переходным процессом.
Деление режимов электрической системы на установившиеся и переходные условно. В установившемся режиме реальной системы его параметры постоянно меняются, что связано со следующими факторами:
¦ изменением нагрузки и реакцией на эти изменения регулирующих устройств;
¦ нормальными эксплуатационными изменениями схемы коммутации системы;
¦ включением и отключением отдельных генераторов или изменением их мощности.
Таким образом, в установившемся режиме системы всегда есть малые возмущения параметров ее режима, при которых она должна быть устойчива.
Статическая устойчивость — это способность системы восстанавливать исходный (или близкий к исходному) режим после малого его возмущения.
Нагрузка электрической системы оказывает влияние на устойчивость синхронных генераторов. Если мощность приемной системы соизмерима с мощностью электропередачи, то напряжение на шинах нагрузки не остается постоянным при изменении режима работы электропередачи. В этом случае предел передаваемой мощности (называемый действительным пределом) существенно ниже предела при постоянстве напряжения на шинах нагрузки. С другой стороны, колебания напряжения на шинах нагрузки могут вызвать неустойчивость синхронных и асинхронных двигателей, входящих в состав нагрузки, т. е. неустойчивость самой нагрузки.
1. Исходные данные
ИП1 l1 l2 l3 ИП2
l4 l5 l6
l7 l8 l9
1 2 3 4 5
Рис. 1 Схема электрической сети
Исходные данные генератора типа ТГВ-200−2УЗ по [1]:
Номинальная мощность 235 МВА;
активная мощность 200 МВт;
номинальное напряжение 15.75 кВ;
номинальный ток 8625 А;
номинальный cos=0.85;
сверхпереходное сопротивление .
Сопротивление линии электропередачи 0.4 Ом/км.
Соотношение между индуктивным и активным сопротивлением системы KC=x/r = 17.9.
2. Сравнение методик расчета токов короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании
Определение токов короткого замыкания до шин расчетной подстанции
Суммарная мощность генераторов источника питания ИП2 определяется по формуле
МВА | (1) | |||
где | NГ | ; | количество генераторов источника питания, принимается из задания, шт. | |
МВА.
Теперь по данной мощности выбираем тип автотрансформатора. Мощность автотрансформатора определяется из условия
МВА | (2) | |||
где | NТ | ; | количество трансформаторов источника питания, принимается из задания, шт. | |
МВА.
переходный электромагнитный короткое замыкание
По выбираем автотрансформатор типа АТДЦТН-250 000/220/110 с параметрами:
номинальная мощность ;
напряжение короткого замыкания между ВН-СН 11%;
напряжение короткого замыкания между ВН-НН 32%;
напряжение короткого замыкания между СН-НН 20%.
Для расчетов примем базисную мощность 100 МВА, а за базисное напряжение 115 кВ.
Рассчитываем базисные сопротивления генераторов по формуле
(3) | ||
.
Сопротивление элементов схемы замещения автотрансформаторов рассчитываются по формулам
(4) | ||
(5) | ||
. | (6) | |
.
Базисное сопротивление линии электропередачи определяется по формуле
(7) | ||||
где | L | ; | длина участка ЛЭП, км; | |
UНЛ | ; | номинальное напряжение ЛЭП, кВ. | ||
Результаты расчетов по (7) для участков ЛЭП приведен в таблице 1.
Таблица 1 — Базисные сопротивления участков ЛЭП
Участок ЛЭП | l1 | l2 | l3 | l4 | l5 | l6 | l7 | l8 | l9 | |
X*Л | 0.079 | 0.248 | 0.056 | 0.088 | 0.046 | 0.053 | 0.054 | 0.035 | 0.1 | |
Для расчета тока короткого замыкания последовательно преобразуем схему в двухлучевую звезду с вершинами в точке короткого замыкания, и источниками питания.
Схема сети
1 2 3 4 5
Рис. 2 Схема сети
Схема замещения сети
ИП2
X*Л1 X*Л2 X*Л3 X*СН X*НН X*Г
ИП1
X*Л4 X*Л5 X*Л6
X*ВН
X*Л7 X*Л8 X*Л9
Рис.3
;
;
;
;
.
X*1−2 X*3-СН X*Г-НН
X*Л4 X*Л5−6
X*ВН
X*7−8 X*Л9
Рис. 4
;
;
.
X*1−2 X*3-СН X*Г-НН
X*4-ВН
Рис.5
Теперь преобразуем треугольник сопротивлений в звезду по следующим формулам
(8) | ||
(9) | ||
(10) | ||
Тогда
;
;
.
X*3 X*2 X*Г-НН
X*1
Рис.6
.
Теперь преобразуем трехлучевую звезду в двухлучевую.
Эквивалентное сопротивление определяем по формуле
; | (11) | |
.
Коэффициенты приведения сопротивления
(12) | ||
(13) | ||
.
;
Проверка
С1+С2=1;
0.479+0.521=1.
Сопротивление ветвей источников питания в двухлучевой схеме
; | (14) | |
; | (15) | |
;
.
Итоговая схема для расчета токов короткого замыкания
X*ИП1 X*ИП2
Рис. 7 Расчетная схема
Для расчетной подстанции выбираем трансформатор по полной мощности подстанции. Количество трансформаторов подстанции-2 (один в работе, другой в резерве). По выбираем трансформатор типа ТДТН-40 000/110/38.5/11.Параметры трансформатора:
номинальная мощность ;
напряжение короткого замыкания между ВН-СН 10.5%;
напряжение короткого замыкания между ВН-НН 17.5%;
напряжение короткого замыкания между СН-НН 6.5%.
Сопротивления схемы замещения трансформатора рассчитываются по формулам (4),(5),(6):
;
;
.
X*ИП1 Х*ИП2
К1
Х*ВН
Х*СН К2
Х*НН
К3
Рис. 8 Схема для расчетов токов короткого замыкания до подстанции
Для расчета определяем постоянную времени по формуле
(16) | ||
.
Теперь определяем ударный коэффициент по формуле
(17) | ||
.
Расчет для источника ИП2
Удаленность короткого замыкание определяется по расчетному сопротивлению для источника ограниченной мощности. Если это сопротивление больше 1, то замыкание считается удаленным, если меньше 1- неудаленным.
(18) | ||||
где | X*РЕЗ.K | ; | результирующее сопротивление от источника до точки короткого замыкания. | |
Для точки К1
.
Так как сопротивление меньше 1 то короткое замыкание неудаленное. Расчет токов короткого замыкания ведем методом типовых кривых, описанном в [2,стр. 42]
Относительное значение сверхпереходной ЭДС источника определяется по формуле
(19) | ||
.
Определяем номинальный ток источника при напряжении ступени к.з. по формуле
кА; | (20) | |||
где | UСР.K | ; | среднее напряжение ступени в точке короткого замыкания, кВ. | |
Для точки К1
кА.
Сверхпереходной ток источника питания ИП2
кА; | (21) | |||
где | UСР.K | ; | среднее напряжение ступени в точке короткого замыкания, кВ. | |
XИП2 | ; | сопротивление ветви источника до точки к.з., Ом: | ||
Ом. | (22) | |||
Тогда
Ом;
кА.
Определяем относительное значение сверхпереходного тока источника
; | (23) | |
.
По типовым кривым определяем четыре значения n*t для различным моментов времени:
t=0 cек | n*0=1 | |
t=0.01 cек | n*0.01=0.98 | |
t=0.2 cек | n*0.2=0.96 | |
t= cек | n*=0.93 | |
Теперь определяем периодические составляющие тока к.з. по формуле
кА; | (24) | |
кА.
кА;
кА;
кА.
Апериодическая составляющая тока короткого замыкания в момент времени t
кА. | (25) | |
Пример: для момента t=0 c
кА;
Значение остальных токов приведены в таблице 1.
Значение полного тока в момент времени t
кА. | (26) | |
Пример для t=0.01
кА.
Данные расчетов для других моментов времени приведены в таблице 1.
Находим ударный ток короткого замыкания для ИП2 по формуле
кА | (27) | |
кА.
Мощность короткого замыкания источника в начальный момент замыкания питания для данной точки определяется по формуле
МВА. | (28) | |
МВА.
Расчет для источника ИП1
Для источника неограниченной мощности замыкание удаленное, действующее значение периодической составляющей тока k-ой ветви можно определить по приближенной формуле
кА; | (29) | |
Для точки К1
кА.
Полный ток короткого замыкания равен
кА. | (30) | |
кА.
Находим ударный ток короткого замыкания по формуле (27)
кА.
Полный ударный ток в точке К1
кА. | (23) | |
кА.
Апериодическая составляющая тока короткого замыкания в момент времени t
кА. | (31) | |
Необходимо найти ток в моменты времени t=0 cек, 0.01 сек, 0.2 сек, сек. Пример для t=0
кА;
и так далее.
Мгновенное значение тока короткого замыкания в момент t по (26)
Мощность короткого замыкания источника в начальный момент замыкания питания для данной точки определяется по формуле (28)
МВА;
Для точек К2 и К3 расчет ведется аналогично. Сначала находим сопротивление до точек замыкания. Преобразовываем трехлучевую звезду в двухлучевую по формулам (11)-(15), и расчет проводим аналогично, как для точки К1, учитывая напряжения ступеней замыкания. Результаты расчетов приведены в таблице 1.
Таблица 1- Данные расчетов коротких замыканий
Точка к.з. | К1 | К2 | К3 | |||||||
Параметр | от ИП1 | от ИП2 | общ. | от ИП1 | от ИП2 | общ. | от ИП1 | от ИП2 | общ. | |
SK", МВА | 662.1 | 724.64 | 1386.7 | 140.5 | 152.7 | 293.2 | 90.1 | 106.3 | 196.4 | |
IK, кА t=0 c | 3.324 | 7.324 | 2.208 | 2.398 | 4.606 | 4.932 | 5.358 | 10.29 | ||
t=0.01c | 3.324 | 3.92 | 7.244 | 2.208 | 2.398 | 4.606 | 4.932 | 5.358 | 10.29 | |
t=0.2c | 3.324 | 3.84 | 7.164 | 2.208 | 2.398 | 4.606 | 4.932 | 5.358 | 10.29 | |
t= c | 3.324 | 3.72 | 7.044 | 2.208 | 2.398 | 4.606 | 4.932 | 5.358 | 10.29 | |
iAt, кА t=0 c | 4.701 | 5.65 | 10.35 | 3.122 | 3.392 | 6.514 | 6.974 | 7.578 | 14.55 | |
t=0.01c | 3.944 | 4.652 | 8.596 | 2.619 | 2.846 | 5.456 | 5.852 | 6.358 | 12.21 | |
t=0.2c | 0.141 | 0.163 | 0.304 | 0.093 | 0.101 | 0.194 | 0.208 | 0.226 | 0.434 | |
t= c | ||||||||||
iУ,кА | 8.645 | 10.4 | 19.045 | 5.714 | 6.238 | 11.98 | 12.83 | 13.94 | 26.77 | |
I, кА t=0 c | 5.757 | 6.923 | 12.68 | 3.824 | 4.154 | 7.978 | 8.542 | 9.281 | 17.82 | |
t=0.01c | 5.158 | 6.083 | 11.241 | 3.426 | 3.722 | 7.147 | 7.653 | 8.314 | 15.97 | |
t=0.2c | 3.327 | 3.843 | 7.17 | 2.209 | 2.401 | 4.61 | 4.936 | 5.363 | 10.3 | |
t=c | 3.324 | 3.72 | 7.044 | 2.208 | 2.398 | 4.606 | 4.932 | 5.358 | 10.29 | |
Список используемой литературы
Неклепаев Б.Н., Бирюков И. П. Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов.-4-у изд., перераб. и доп.-М.:Энергоатомиздат, 1989.-608 с.:ил.
Бей Ю.М., Мамошин Р. Р. и др. Тяговые подстанции / Учебник для вузов ж.-д. транспорта.-М.:Транспорт, 1986. -319 с.