Расчет переходных режимов в электрической сети

Курсовая работа на тему

«Расчет переходных режимов в электрической сети»

Целью данной курсовой работы является получение навыков расчета ненормальных и аварийных режимов в системе тягового электроснабжения. Рассматриваются случаи трехфазных коротких замыканий на шинах тяговой подстанции; двухфазные металлическое и на землю короткие замыкания, а также однофазное замыкание на землю на высокой стороне тяговой подстанции. Кроме того, в курсовой работе рассматриваются случаи продольного разрыва фаз.

фаза электроснабжение замыкание разрыв

Задание

Расчет полного тока трехфазного короткого замыкания и его составляющих для моментов времени t=0; 0,01; 0,1; 0,2; 0,5; сек.

Расчет токов и напряжений при однократной поперечной нессимметрии (несимметричном коротком замыкании) с построением векторных диаграмм токов и напряжений.

Расчет токов и напряжений при однократной продольной нессимметрии (разрыве одной или двух фаз) с построением векторных диаграмм токов и напряжений.

1. Исходные данные

Расчетная схема электрической сети.

Соотношение между эквивалентными индуктивным и активным сопротивлениями электрической сети Xэ/Rэ=7,8.

Характеристика источников питания.

Из двух источников питания один рассматривается как источник неограниченной мощности (система). Второй источник является электрической станцией, принципиальная схема которой составляется студентом на основании заданных типа и количества генераторов, а так же типа и количества автотрансформаторов повысительной подстанции электростанции.

При одинаковом количестве генераторов и автотрансформаторов следует принять блочную принципиальную схему электростанции, при разном их количестве — схему с шинами генераторного напряжения.

Обозначение источника питания — системы и сведения об оборудовании электростанции: система ИП2, тип генератора ТВФ-63−2У3, количество генераторов 3, тип автотрансформатора АТДЦТН-125 000/220/110, количество автотрансформаторов 2.

Характеристика линий электропередачи.

Во всех предлагаемых вариантах расчетной схемы электрической сети присутствуют одноцепная и двухцепная линии электропередачи.

Номинальные напряжения одноцепной и двухцепной линии электропередачи определяются по номинальным напряжениям обмоток высшего и среднего напряжений автотрансформаторов повысительной подстанции электростанции.

При этом к шинам высшего напряжения повысительной подстанции электростанции подключается та линия электропередачи (одноцепная или двухцепная), для которой общая (суммарная) длина между источниками питания является большей. Соответственно, более короткая линия электропередачи подключается к шинам среднего напряжения электростанции.

Исходные данные о длинах участков линий электропередачи между точками их присоединения к подстанциям и обозначение участков линий электропередачи, оснащенных стальными и хорошо проводящими грозозащитными тросами:

Характеристика понизительных подстанций.

Расчетной точкой анализируемого вида повреждения электрической сети (трехфазное короткое замыкание, однократные поперечная и продольная нессимметрии) является ввод высокого напряжения понизительной подстанции:

Распределение общей нагрузки этих подстанций между шинами среднего и низшего напряжений в процентах приведено в таблице.

Общую нагрузку каждой из подстанций рекомендуется принять равной сумме номинальных мощностей двух однотипных силовых трансформаторов, установленных на подстанции.

2. Расчет токов короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании на шинах заданной подстанции

2.1 Расчет результирующих сопротивлений до точки короткого замыкания

Согласно заданию, мы должны рассчитать токи коротких замыканий на шинах тяговой подстанции № 5 (см. рисунок 1.1).

Рис. 2.1

Расчёт расстояний ЛЭП:

ИП1-ИП2=54+79+96=229 км линия 220 кВ — одноцепная ИП1-ИП2=19+53+27+8=107 км линия 110 кВ — двухцепная Из задания имеем, что первый источник питания (ИП1) представляет из себя 3 генератора ТВФ-63−2У3, работающих параллельно.

Тип автотрансформатора ИП1 — АТДЦТН-125 000/220/110 работающих параллельно по заданию — 2 шт., выбираем схему соединения.

С учетом того, что нагрузки всех тяговых подстанций по допущению принимаем равными нулю, получаем схему системы тягового электроснабжения, приведенную на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 — Схема тягового электроснабжения с учетом допущений Теперь, заменяя элементы схемы их индуктивными сопротивлениями, получаем расчетную схему, изображенную на рисунке 2.4.

Для расчетов нам необходимы справочные данные для элементов схемы. Мощность генератора ТВФ-63−2У3 S_G = 78,75 МВА, сверхпереходное сопротивление одного генератора x" _d = 0,153 /2/. Для расчета сопротивлений обмоток автотрансформатора нам необходимы его напряжения короткого замыкания: u_к = 11.

Удельное индуктивное сопротивление линий принимаем 0.4 Ом/км. Во всех расчетах пренебрегаем активным сопротивлением. Базисную мощность S_b принимаем 100 МВА. Зная из задания напряжения ступеней (кроме U_СТ1, равной 10.5 кВ, т. е. напряжению заданного генератора) и длины всех ЛЭП, мы имеем возможность рассчитать сопротивления всех элементов схемы замещения:

Рисунок 2.4 — Расчётная схема Расчет сопротивлений:

Находим напряжения короткого замыкания обмоток:

Сопротивления линий электропередач:

Преобразование 1

Рисунок 2.5 — Первая преобразованная схема Преобразование 2

Рисунок 2.6 — Вторая преобразованная схема Преобразование 3

Рисунок 2.7 — Третья преобразованная схема

Преобразование 4

Рисунок 2.8 — Четвёртая преобразованная схема Преобразование 5:

Рисунок 2.9 — Пятая преобразованная схема Преобразование 6

Рисунок 2.10 — Шестая преобразованная схема Преобразование 7

Рисунок 2.11 — Седьмая преобразованная схема Преобразование 8

Рисунок 2.12 — Восьмая преобразованная схема Преобразование 9

Рисунок 2.13 — Девятая преобразованная схема Переход от трехлучевой звезды к двухлучевой.

Коэффициенты распределения токов

Расчет тока КЗ

1. от ИП1

то для всех трех рассматриваемых моментов времени токи и мощность короткого замыкания будут неизменны. Поэтому расчет будем производить аналитическим методом.

Сверхпереходной ток:

— относительное значение сверхпереходной ЭДС генератора источника.

— именованное результирующее сопротивление от генератора до точки КЗ.

Ударный ток КЗ:

Апериодические составляющие тока КЗ:

2. От источника бесконечной мощности (ИП 2)

Короткое замыкание, удаленное по условию, так как .

Апериодические составляющие тока КЗ:

Мощность короткого замыкания:

Общие значения:

Периодическая составляющая:

Апериодическая составляющая:

Ударный ток:

Полный ток:

3. Расчет токов и напряжений при несимметричных коротких замыканиях с построением векторных диаграмм

3.1 Расчет токов и напряжений при однократной поперечной нессимметрии

Определяем результирующее сопротивление и сверхпереходную ЭДС для схемы прямой последовательности В именованных единицах:

Схема замещения обратной последовательности Сопротивление нулевой последовательности нам придется определить, составив схему замещения нулевой последовательности. Из задания на курсовую работу мы знаем, что заземлены нейтрали только у трансформаторов тяговых подстанций № 3, 4 и 5. В соответствии с этим, составим схему замещения, приведенную на рисунке 3.1

Схема замещения нулевой последовательности Рисунок 2.1 — Схема замещения нулевой последовательности Некоторые параметры этой схемы будут отличаться от тех, что имели те же элементы для расчетной схемы на рисунке 1.4. Это объясняется изменением геометрических размеров петель протекания тока, нулевой последовательности.

Сопротивление ЛЭП:

В расчётах принимаем следующие значения реактивного сопротивления нулевой последовательности линий: для воздушных одноцепных без троса Х₀=3,5*Х₁; для воздушных одноцепных с тросом Х₀=(2−3)*Х₁; для воздушных двухцепных без троса Х₀=5,5*Х₁; для воздушных двухцепных с тросом Х₀=(3−4,7)*Х₁; В скобках меньшие значения относятся к воздушным линиям с хорошо проводящим тросом, большие — для стальных тросов.

Сопротивления участков ЛЭП одноцепных без троса:

Сопротивления участков ЛЭП с молниезащитным стальным тросом:

Сопротивления участков ЛЭП с молниезащитным хорошо проводящим тросом:

Сопротивления участков ЛЭП двухцепных без троса:

Выбираем для подстанции 4 трансформатор ТДТН 63 000/220/38,5/11,0;

Выбираем для подстанции 2 трансформатор ТДТН 63 000/110/38,5/11,0;

Выбираем для подстанции 5 трансформатор ТДТН 40 000/110/38,5/11,0;

Рисунок 3.2 — Первая схема преобразования Рисунок 3.3 — Вторая схема преобразования Сопротивления обмоток силовых автотрансформаторов АТДЦТН-125 000/220/110

Рисунок 3.4 — Третья схема преобразования Расчёт сопротивлений трансформатора Т2

Расчёт сопротивлений трансформатора Т5

Расчёт сопротивлений трансформатора Т4

Преобразование «треугольника» (Х_Т3-Х₁₆-Х₂₁) в «звезду» (Х₂₂-Х₂₃-Х₂₄).

Рисунок 3.5-Четвёртая схема преобразования Рисунок 3.6-Пятая схема преобразования Рисунок 3.7-Шестая схема преобразования Теперь представляется возможным определить результирующее сопротивление нулевой последовательности:

3.2 Расчёт токов и напряжений несимметричных коротких замыканий

3.2.1 Случай однофазного замыкания на землю

Рассмотрим случай замыкания на землю фазы A.

Определяем дополнительное сопротивление при однофазном коротком замыкании:

Коэффициент m⁽¹⁾=3.

Определяем ток прямой последовательности фазы:

Ток короткого замыкания фазы А:

Токи обратной и нулевой последовательности фазы А, равны току прямой последовательности:

Определяем напряжение прямой последовательности фазы, А по формуле:

Напряжение обратной последовательности:

Определим напряжение нулевой последовательности:

Напряжение короткого замыкания фазы А:

Токи:

Напряжения:

Векторную диаграмму будем строить, руководствуясь исключительно найденными значениями симметричных составляющих. Векторные диаграммы токов и напряжений для случая однофазного замыкания на землю фазы A приведены на рисунке 3.8. Напряжения неповрежденных фаз полученные графически совпали с аналитическими расчетами.

Рис. 3.8. Векторные диаграммы токов и напряжений при замыкании на землю фазы А

3.2.2 Расчёт токов и напряжений при двухфазном коротком замыкании (фазы В и С)

Ток прямой последовательности фазы, А определим по формуле:

гдедополнительное сопротивление при определённом виде к.з.

При двухфазном к.з. дополнительное сопротивление:

Ток двухфазного к.з. фаз В и С определим по формуле:

где m⁽ⁿ⁾ — коэффициент, зависящий от вида к.з. .

При таком виде короткого замыкания ток нулевой последовательности отсутствует и короткое замыкание является не симметричным, но уравновешенным.

С учётом этого. Тогда ток обратной последовательности будет равен:

Определим напряжение прямой и обратной последовательности фазы А:

Фазное напряжение Напряжение в фазах В и С:

Рис. 2.11. Векторная диаграмма токов Рис. 2.12. Векторная диаграмма напряжений

3.2.3 Определение токов и напряжений при двухфазном коротком замыкании на землю (фазы В и С)

Определяем дополнительное сопротивление:

Коэффициент m^(1,1) будет равен:

Находим ток прямой последовательности фазы А:

Ток короткого замыкания фаз В и С:

Ток обратной последовательности и ток нулевой последовательности фазы А:

Ток короткого замыкания фазы А:

Определим напряжение прямой, обратной и нулевой последовательности фазы А:

Напряжение на фазах:

Выводы

При выполнении курсовой работы были проанализированы ненормальные различные режимы работы в системе тягового электроснабжения и получены навыки их расчетов. Рассмотренные режимы являются аварийными и, поэтому, недопустимыми и должны отключаться устройствами РЗА.

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

2. Бей Ю. М., Мамошин Р. Р., Пупынин В. Н., Шалимов М. Г. Тяговые подстанции/ Учебник для вузов ж.-д. Транспорта. — М.: Транспорт, 1986 — 319 с.