1.Расчет режима трехфазного короткого замыкания.

Задание:

• I_пк1-действующее значение периодической слагаемой тока короткого замыкания;

• i_у,S_k1-ударный ток и мощность КЗ.

• Uост - остаточное напряжение на высокой стороне трансформато­ра ТР2 и на шинах генератора Г4:

• I_n0⁽²⁾ - действующие значения тока двухфазного короткого замыка­ния:

• I_nt — действующие значения периодической слагаемой тока генера­тора Г4 для t = 0.3 с.

При расчетах тока КЗ в сложных электрических сетях напряжением выше 1 кВ и в соответствии с ГОСТ 27514-87 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ» принимается ряд упрощений:

1. Рассматриваемая энергосистема строго симметрична при трехфазном коротком замыкании.

2. Не учитывается намагничивающий ток трансформаторов и автотрансформаторов. Не учитывается насыщение магнитной системы указанных элементов, что позволяет считать их сопротивления постоянными.

3. Не учитываются активные сопротивления элементов энергосистемы.

4. Для воздушных ЛЭП напряжением до 220кВ включительно не учитывается емкостная проводимость; для кабельных линий емкостная проводимость учитывается, начиная с напряжения 35 кВ и выше [1].

Расчет проведем в системе именованных единиц.

В качестве основной ступени принимаем ступень 15.75 кВ(номинальное напряжение Г3)

1.1. При расчете для сложной схемы определяют эквивалентные ЭДС и сопротивление, используя известные методы преобразований линейных электрических цепей.

Схема замещения электроэнергетической системы представляет собой совокупность схем замещения ее отдельных элементов, соединенных между собой в той же последовательности, что и на расчетной схеме. При расчете начального значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ синхронные и асинхронные машины в схему замещения должны быть введены сверхпереходными сопротивлениями и сверхпереходными ЭДС. Для синхронных генераторов, генератор и электродвигателей считаем, что они работают в режиме перевозбуждения.

Схема замещения со значениями реактивных составляющих, сопротивлений элементов и сверхпереходных ЭДС источников питания представлена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1-Схема замещения

Приведем параметры схемы:

Г3:

_Г4:

_Г9:

_ТР2

_{Сопротивление обмотки высокого напряжения:}

_{Где Кр=3,5 – коэффициент расщепления.}

_{Сопротивления обмотки низкого напряжения:}

_ЛЭП:

_{Система С2:}

АТ1:

_{Сопротивление обмотки стороны высокого напряжения:}

_{Сопротивление обмотки стороны среднего напряжения:}

_{Сопротивление обмотки стороны низкого напряжения:}

Рассчитаем ток трехфазного короткого замыкания.

Ток короткого замыкания для данной схемы будет состоять из четырех составляющих, генерируемых одной системой и тремя турбогенераторами:

Мощность короткого замыкания:

Определим ударный ток КЗ:

Апериодический ток короткого замыкания

Определим остаточное напряжение на шинах генератора Г4 и на высокой стороне трансформатора ТР2. Для этого упростим схему замещения следующим образом:

Рисунок 1.2. Схема замещения для преобразования

Преобразованная схема замещения для расчёта остаточных напряжений будет иметь вид:

Рисунок 1.3. Преобразованная схема замещения.

Далее рассчитаем токи I1, I2, I3 по методу разброса.

Определим остаточное напряжение на высокой стороне трансформатора ТР2:

Определим остаточное напряжение на шинах генератора Г4:

Найдем действующее значение периодической слагаемой тока генератора Г4 для t=0.3c:

Для данного значения по рисунку 1[1] определяем коэффициент γ=0,78, тогда значение периодической слагаемой тока генератора Г4 для t=0,3с , будет равно:

_{Действующее значение тока двухфазного короткого замыкания:}

_{2.Режим К(1,1)-несимметричного КЗ (для несимметрии К(1,1) и L(n) сопротивление реактора в обмотке высокого напряжения (230 кВ) автотрансформатора АТ1 составляет Хр=9 Ом.)}

_{Задание:}

_{В заданной точке К(1,1), которая определена параметром lk=1,0 на линии Л1,рассчитать:}

• I_k - действующее значение периодической слагаемой тока КЗ поврежденной фазы;

• U_ka1, U_ka2, U_k0 и U_KА- симметричные составляющие напряжения и остаточные напряжения неповрежденной фазы;

• Построить векторные диаграммы I_K и U_K;

• Симметричные составляющие напряжения U_Ka1, U_K0, U_K2 для узлов: K^(1,1), a, b, C2; по полученным результатам построить эпюры симметричных составляющих напряжений; для наглядности результата напряжения указанных узлов представить в именованных единицах, приведенных к ступени КЗ(115)

• I_N-ток в нейтрале АТ1, приведенный к U=230кВ.

Так как lk=1 точку короткого замыкания изображаем на шине.

Данное КЗ расположена на ступени 115кВ, в отличии от первого пункта (15.75кВ), приведем параметры схемы к данной ступени (U_l=115кВ):

Г9:

_Г3:

_Г4:

_ТР2

_{Сопротивление обмотки высокого напряжения:}

_{Где Кр=3,5 – коэффициент расщепления.}

_{Сопротивления обмотки низкого напряжения:}

_ЛЭП:

_{Система С2:}

АТ1:

_{Сопротивление обмотки стороны высокого напряжения:}

_{Сопротивление обмотки стороны среднего напряжения:}

_{Сопротивление обмотки стороны низкого напряжения:}

_{Граничные условия для двухфазного короткого замыкания на землю}

_{IкА =0-ток особой фазы}

_UкВ=0

_UкС=0

Прямая последовательность.

Для расчета несимметричных КЗ используем метод симметричных составляющих. Метод симметричных составляющих относится к специальным методам расчета трехфазных цепей и широко применяется для анализа несимметричных режимов их работы, в том числе с нестатической нагрузкой. В основе метода лежит представление несимметричной трехфазной системы переменных (ЭДС, токов, напряжений и т.п.) в виде суммы трех симметричных систем, которые называют симметричными составляющими. Различаю симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой  последовательностей, которые различаются порядком чередования фаз. С помощью данного метода, ток несимметричного КЗ может быть рассчитан на основе тока трехфазного короткого замыкания, устроенного в фиктивной точке, удаленной от реальной точки на дополнительное сопротивление X_Δ⁽¹⁾. Расчетная схема замещения прямой последовательности (СЗПП) по конфигурации совпадает с расчетной схемой трехфазного КЗ, т.е. источники вводятся ЭДС, сопротивления – сопротивлениями. Началом схемы прямой последовательности является точка нулевого потенциала источника питания, концом – место КЗ к которому приложено U_1К

Построим схему замещения прямой последовательности:

Рисунок 2.1.1. Схема замещения прямой последовательности

Преобразуем схему замещения прямой последовательности следующим образом :

Рисунок 2.1.2. Схема замещения прямой последовательности для упрощения

Преобразуем схему прямой последовательности:

Рисунок 2.1.3. Преобразованная схема замещения прямой последовательности

Найдем значения эквивалентных ЭДС и сопротивлений:

Произведем дальнейшее преобразование:

Рисунок 2.1.4. Преобразованная СЗПП

Обратная последовательность.

СЗОП по конфигурации повторяет схему замещения прямой последовательности, с тем отличием, что все ЭДС равны нулю, а в узле КЗ приложено напряжение обратной последовательности U_2k. Параметры элементов, входящих в СЗОП практически совпадают с параметрами СЗПП, за исключением реактансов обратной последовательности генераторов и синхронных двигателей. Однако в рамках курсового проекта, примем реактансов обратной последовательности генераторов и синхронных двигателей равными реактансам прямой последовательности генераторов и синхронных двигателей . Вследствие этого делаем заключение, что Х_2Σ=Х_1Σ. Начало схемы – нулевой потенциал, конец – место КЗ .

Рисунок 2.2.1. Схема замещения обратной последовательности.

Произведем преобразования:

Рисунок 2.2.2. Преобразованная схема замещения обратной последовательности

Нулевая последовательность.

Схема нулевой последовательности существенно отличается от схемы прямой последовательности и в значительной мере определяется местом расположения трансформаторов и соединением их обмоток, реактивность генераторов, воздушных и кабельных линий. Началом схемы нулевой последовательности считают точку, в которой объединены ветви с нулевым потенциалом, а ее концом – место КЗ, в котором приложено . Сопротивления систем для нулевой последовательности будет равно удвоенному сопротивлению прямой последовательности (задано в первоначальных условиях). Схема нулевой последовательности представлена на рисунке:

Рисунок 2.3.1. Схема замещения нулевой последовательности.

Приведенное сопротивление реактора:

Упростим схему нулевой последовательности следующим образом:

Рисунок 2.3.2. Схема замещения нулевой последовательности для упрощения.

ЛЭП:

В задании указано отсутствие грозозащитного троса, однако (по требованию преподавателя) учтем его наличие. Для воздушных (кабельных) линий сопротивление нулевой последовательности X_л(0) существенно отличается от сопротивления прямой X_л последовательности; дополнительное влияние на X_л оказывает глухозаземленный грозозащитный трос (при его наличии).

В упрощенных практических расчетах сопротивление нулевой последовательности ( ) воздушных линий электропередач допускается определять через коэффициент , значение которого зависит от конструктивного исполнения ЛЭП (принимаем равный 3):

Рисунок 2.3.3. Упрощенная СЗНП

Окончательная схема нулевой последовательности:

Рисунок 2.3.4. Преобразованная СЗНП

Сопротивление нулевой последовательности:

2.1.Определим I_k - действующее значение периодической слагаемой тока КЗ неповрежденной фазы:

Для симметричных составляющих при однофазном коротком замыкании справедливо следующее выражение:

2.2 Определим действующие значения периодической слагаемой тока КЗ поврежденных фаз:

2.3.Определим симметричные составляющие напряжения поврежденной фазы:

где

_Определим остаточное напряжение неповрежденной фазы: