Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Diplom1.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
1.92 Mб
Скачать

2.1.3 Розрахунки струмів симетричних і несиметричних коротких замикань

Аварійні режими в електричних системах виникають при ушкодженнях і відключеннях окремих елементів, коротких замиканнях, порушеннях усталеної роботи вузлів мережі. Це, як правило, короткочасні режими, і мета аналізу полягає в тому, щоб оцінити їх допустимість для устаткування і вибрати засоби захисту.

У трифазних системах із заземленою нейтраллю розрізняють наступні основні види коротких замикань в одній точці: трифазне, двофазне, однофазне, двофазне на землю.

Необхідність у розрахунках несиметричних аварійних режимів виникає при рішенні задач релейного захисту, автоматики і стійкості енергосистем. Розрахунки несиметричних аварійних режимів виконують також при виборі схем з'єднання електричних мереж і підстанцій, виборі апаратів і інших елементів по струмах короткого замикання, проектуванні і настроюванні релейного захисту.

У схемах заміщення аварійних режимів [2] не враховуємо струми намагнічування трансформаторів і автотрансформаторів, насичення магнітних систем електричних машин, поперечні активні і ємнісні провідності ліній електропередачі, опору навантажень. Тому що відповідно до прийнятих розрахункових умов розглядаються симетричні і несиметричні короткі замикання, схеми заміщення складені для кожного з прийнятих розрахункових режимів.

Струми КЗ визначені як для початкового (t=0), так і для інших моментів (t=0.01c,

t = tвідкл та ін.) перехідного процесу. Усі ці величини рекомендується [2] визначити на підставі схеми заміщення у надперехідному режимі. Відповідно до цього складання схем заміщення виконано для надперехідного режиму. Узагальнене навантаження в схему заміщення для надперехідного режиму включаються надперехідними параметрами (у наближених розрахунках приймають ).

Схеми заміщення для розрахунків несиметричних коротких замикань складаються в симетричних складових (для струмів прямої, зворотньої та нульової послідовностей) та для кожного з прийнятих розрахункових режимів.

Схема заміщення прямої та зворотньої послідовності мають однакову конфігурацію

Схема заміщення зворотньої послідовності відрізняється тільки параметрами генераторів ( та навантажень .

Схема заміщення нульової послідовності містить тільки ті елементи розрахункової схеми, по яких протікає струм нульової послідовності. Параметри елементів у схемі заміщення нульової послідовності визначені з урахуванням особливостей їхнього конструктивного виконання (одно чи дволанцюгові ПЛ із тросами чи без тросів, трьохстержневі чи групові трансформатори та автотрансформатори та ін.). Схеми заміщення для розрахунку несиметричних коротких замикань представлені на малюнку 2.3, 2.4, 2.5

Рисунок 2.3 - Схема заміщення прямої послідовності

Рисунок 2.4 - Схема заміщення зворотної послідовності

Рисунок 2.2 - Схема заміщення нульової послідовності

Алгоритм розрахунку трифазних і однофазних кз.

У основу алгоритму покладені наступні допущення:

1. Відмова від обліку гойдань і АРВ генераторів. При цьому генератори враховуються постійними ЕРС і опорами;

2. Відмова від обліку насичення магнітних систем елементів мережі.

3. Наближений облік навантажень. Залежно від стадії перехідного процесу, навантаження можна представити або деяким постійним опором або постійною ЕРС за опором.

4. Збереження симетрії системи. Всі елементи мережі (окрім пошкоджених) вважаються симетричними.

Трифазне коротке замикання є симетричним, розрахунок виконується на одну фазу.

При прийнятих допущеннях всі елементи електричної мережі стають лінійними, тому як математична модель мережі можна використовувати умову рівняння у формі балансу струмів:

, (2.1)

де yij, yii – власні та взаємні провідності вузлів, елементи матриці вузлових провідностей мережі [y]; j1=yГ1*E1 – струми, що задають, у вузлах мережі.

Вектор-стовпець заданих величин j містить n рядків, що відповідають навантажувальним вузлам, нулі ji=0, а в рядках, що відповідають вузлам з генераторами j1=yГ1E1.

При трифазному короткому замиканні в одному з вузлів мережі напруга відповідного вузла стає рівним нулю, кількість невідомих та рівнянь (2.1) зменшується на одиницю. Система з ( n -2) лінійних вузлових рівнянь

[yk][Uk]=[Ik], (2.2)

рішення якої дає значення невідомих напруг у вузлах мережі при короткому замиканні, є математичною моделлю електричної мережі в аварійному режимі при прийнятих допущеннях. Рівняння (2.2), що відповідають коротким замиканням у різних вузлах мережі, виходять з (2.1) викреслюванням рядка та стовпця, що відповідають вузлу з коротким замиканням.

При несиметричних КЗ розрахунок виконується методом симетричних складових:

1. Будь-яку несиметричну систему струмів та напруг фаз трифазної гілки можна однозначно представити у виді суми трьох симетричних трифазних систем векторів: прямої, зворотньої та нульової послідовності.

2. При переході від фазних величин [ Iij]F, [ Uij]F до симетричних складовим матриці [Zij]F та [Yij]F симетричних елементів стають діагональними:

(2.3)

3. Струми та напруги в схемах прямої, зворотньої та нульової послідовностей порізно підкоряються першому та другому законам Кірхгофа.

Основними етапами розрахунку аварійного режиму є:

- розрахунок параметрів елементів та складання схем заміщення мережі для струмів прямої, зворотньої та нульової послідовностей,

- підготовка файлу вихідних чи даних набір схеми на моделі,

- розрахунки струмів КЗ в обсязі, необхідному для перевірки устаткування та вибору релейного захисту.

Одним із джерел живлення в розрахунковій схемі є потужна енергосистема. У складі вихідних даних заданий струм короткого замикання на шинах системи. На основі цих параметрів знайдений опір системи , а ЕРС прийнято рівним номінальній напрузі системи. В основу алгоритму покладені наступні припущення: відмовлення від обліку хитань та АРЗ генераторів, відмовлення від обліку насичення магнітних систем елементів мережі; наближений облік навантажень; збереження симетрії системи. Розрахунки аварійних режимів електричної мережі при симетричних та несиметричних коротких замиканнях виконані на ЕОМ із застосуванням програми W_TKZ [3].

Програма складається з головної програми та ряду процедур, що реалізують основні етапи рішення задачі:

- розрахунок елементів матриці власних та взаємних провідностей вузлів електричної мережі (процедура PROW);

- формування матриці вузлових провідностей електричної мережі блокової структури (процедура FORMY );

- формування вектора струмів, що задають, (процедура FORMW);

- рішення лініаризованих вузлових рівнянь методом Гаусса-Жордана c блоковим виключенням невідомих (процедура JORDAN);

- розрахунок додаткового опору ∆Z, що залежить від виду несиметрії, та включення його в точку КЗ (процедура KZ_NSM);

Вихідні дані симетричних та несиметричних струмів коротких замикань представлені в таблиці 2.3, а результати розрахунку в таблицях 2.4,2.5.

Таблиця 2.3 - Вихідні дані розрахунку трифазних та однофазних КЗ у максимальному режимі

Число вузлів

10

Число гілок

10

Інформація про вузли

N

VNOM

PN

QN

PG

QG

RG

XG

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

110,00

110,00

110,00

110,00

110,00

110,00

110,00

110,00

110,00

110,00

14.05

23.37

32.73

22.77

27.44

0.00

0.00

0.00

0.00

15.90

6.94

10.98

16.04

12.50

15.16

0.00

0.00

0.00

0.00

7.51

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

85.26

51.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

36.61

32.52

0.00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.76

16.96

0.00

Інформація про гілки

i

j

r

x

g

b

kt

1

2

1.69

5.69

0.00

157.92

0.00

2

8

1.39

4.68

0.00

129.82

0.00

3

8

1.27

4.29

0.00

119.14

0.00

3

4

1.99

6.70

0.00

186.02

0.00

4

5

1.65

5.57

0.00

155.55

0.00

5

9

1.46

4.92

0.00

136.57

0.00

7

8

0.55

1.84

0.00

50.86

0.00

6

7

0.55

1.84

0.00

50.86

0.00

6

8

1.09

3.67

0.00

101.72

0.00

6

10

2.19

43.35

0.00

16.94

0.00

Продолжение таблицы 2.3

Дані про елементи схем зворотньої та нульової послідовностей

N

XG2

UNOMO

XTO

1

0.00

110.00

69.50

2

0.00

110.00

27.95

3

0.00

110.00

27.95

4

0.00

110.00

28.45

5

0.00

110.00

28.45

6

0.00

110.00

43.35

7

0.00

110.00

0.00

8

2.76

110.00

2.76

9

19.01

110.00

7.70

Дані про елементи схем зворотньої та нульової послідовностей

I

J

R0

X0

G0

B0

2

1

1.69

31.30

0.00

157.92

8

2

1.39

25.74

0.00

129.82

8

3

1.27

23.60

0.00

119.14

3

4

1.99

36.85

0.00

186.02

5

4

1.65

30.64

0.00

155.55

9

5

1.46

27.06

0.00

136.57

8

7

0.55

6.44

0.00

50.86

7

6

0.55

6.44

0.00

50.86

6

8

1.09

12.85

0.00

101.72

2

1

1.69

31.30

0.00

157.92

Таблиця 2.4- Результати розрахунку трифазного КЗ у максимальному режимі

Коротке замикання в 8 вузлі

IA

VA

IR

VR

IM

VM

ID

VD

IUA

N

IUR

Вузол №6(6)

-0.026

-0.026

0.052

41.757

0.012

0.011

-0.027

0.179

0.029

0.028

0.059

41.757

0.408

0.383

-0.437

1.567

0.000

7( 7)

8( 8)

10( 10)

-0.004

Вузол № 7(7)

-0.026

0.026

41.794

0.010

-0.012

0.220

0.028

0.029

41.795

0.354

-0.408

1.566

0.000

8( 8)

6( 6)

-0.002

Вузол № 8(8)

0.000

-0.315

0.000

0.000

-0.447

0.000

0.000

1.624

0.000

0.000

23.202

0.000

0.000

1.654

0.000

0.000

23.207

0.000

0.000

0.776

0.000

0.000

0.785

0.000

-0.762

2( 2)

3( 3)

7( 7)

6( 6)

24.827

Вузол № 9(9)

0.297

-0.297

55.241

-0.662

0.658

-0.491

0.725

0.722

55.243

-0.740

0.739

-1.562

-0.000

5( 5)

-0.004

Вузол № 10(10)

-0.052

40.455

0.027

-2.012

0.059

40.505

0.437

-1.521

-0.052

6( 6)

0.027

Коротке замикання в 9 вузлі

IA

VA

IR

VR

IM

VM

ID

VD

IUA

N

IUR

Вузол №6(6)

0.494

-0.506

0.012

11.481

-2.876

2.882

-0.007

-1.345

2.918

2.926

0.014

11.560

-0.778

0.778

-0.480

-1.454

-0.000

9( 9)

8( 8)

10( 10)

-0.001

Вузол №7(7)

0.244

0.211

-0.456

53.182

-0.501

-0.530

1.027

-3.539

0.557

0.571

1.123

53.299

-0.732

-0.749

0.741

-1.504

-0.000

5( 5)

1( 1)

-0.004

Вузол №8(8)

-0.118

-0.048

1.495

0.506

-1.835

34.496

0.489

0.386

-8.637

-2.882

10.639

-3.993

0.503

0.389

8.766

2.926

10.797

34.726

0.771

0.782

-0.778

-0.778

0.778

-1.456

-0.001

2( 2)

3( 3)

9( 9)

6( 6)

-0.004

Вузол № 9(9)

-1.495

-0.494

0.000

8.637

2.876

0.000

8.766

2.918

0.000

0.778

0.778

0.000

-1.989

8( 8)

6( 6)

11.513

Вузол №10(10)

-0.012

11.147

0.007

-1.835

0.014

11.297

0.480

-1.408

-0.012

6( 6)

0.007

Коротке замикання в 7 вузлі

IA

VA

IR

VR

IM

VM

ID

VD

IUA

N

IUR

Вузол №6(6)

0.489

0.498

0.009

7.590

-3.979

3.985

-0.007

-1.288

4.009

4.016

0.011

7.699

-0.782

0.782

-0.549

-1.403

-0.000

7( 7)

8( 8)

10( 10)

-0.001

Вузол №7(7)

-1.497

-0.489

0.000

11.921

3.979

0.000

12.014

4.009

0.000

0.781

0.782

0.000

-1.986

8( 8)

6( 6)

15.899

Вузол №8(8)

0.064

-0.234

1.497

0.498

-1.825

22.757

0.035

-0.014

-0.635

-0.636

1.243

0.190

0.076

1.012

12.014

4.016

15.068

23.073

-0.493

0.772

-0.781

-0.782

0.782

-1.405

-0.001

2( 2)

3( 3)

7( 7)

6( 6)

-0.005

Вузол № 9(9)

0.455

-0.455

47.473

-1.119

1.116

-3.178

1.208

1.205

47.580

-0.747

0.747

-1.504

-0.000

5( 5)

-0.003

Вузол № 10(10)

-0.009

7.284

0.007

-1.644

0.011

7.468

0.549

-1.349

-0.009

6( 6)

0.007

У результаті розрахунку трифазного КЗ найбільший струм КЗ буде при КЗ у 8 вузлі і складе 24,827 кА для максимального режиму.

Таблиця 2.5. – Результати розрахунку однофазного КЗ у максимальному режимі

Коротке замикання в 8 вузлі

IA

VA

IR

VR

IM

VM

ID

VD

IUA

N

IUR

Вузол № 6(6)

-0.026

-0.026

0.052

41.757

0.012

0.011

-0.027

0.179

0.029

0.028

0.059

41.757

0.408

0.383

-0.437

1.567

0.000

7( 7)

8( 8)

10( 10)

-0.004

Вузол № 7(7)

-0.026

0.026

41.794

0.010

-0.012

0.220

0.028

0.029

1.795

0.354

-0.408

1.566

0.000

8( 8)

6( 6)

-0.002

Вузол № 8(8)

0.127

0.027

0.026

0.026

-0.353

41.827

-0.053

0.507

-0.010

-0.011

8.048

0.262

0.138

0.507

0.028

0.028

8.055

41.828

-0.367

0.785

-0.354

-0.383

0.785

0.000

-0.147

2( 2)

3( 3)

7( 7)

6( 6)

8.479

Вузол №9(9)

0.297

-0.297

55.241

-0.662

0.658

-0.491

0.725

0.722

55.243

-0.740

0.739

-1.562

-0.000

5( 5)

-0.004

Вузол №10(10)

-0.052

40.455

0.027

-2.012

0.059

40.505

0.437

-1.521

-0.052

6( 6)

0.027

СИМЕТРИЧНІ СКЛАДОВІ СТРУМУ І НАПРУГИ У ВУЗЛІ КЗ

UA

UR

UM

IA

IR

IM

(1)

(2)

(0)

41.827

-21.936

-19.891

0.262

0.001

-0.263

41.828

21.936

19.893

0.147

0.147

0.147

-8.488

-8.488

-8.488

8.489

8.489

8.489

Коротке замикання в 7 вузлі

Вузол № 6(6)

0.066

-0.126

0.060

48.306

-1.068

1.096

-0.032

0.063

1.070

1.103

0.068

48.306

-0.784

0.782

-0.439

1.569

0.000

7( 7)

8( 8)

10( 10)

-0.004

Вузол № 7(7)

-0.320

-0.066

46.304

3.253

1.068

0.529

3.268

1.070

46.307

0.783

0.784

0.000

-0.385

8( 8)

6( 6)

4.321

Вузол № 8(8)

0.158

0.087

0.320

0.126

-0.691

52.465

-0.070

0.214

-3.253

-1.096

4.193

-0.671

0.173

0.231

3.268

1.103

4.250

52.469

-0.382

0.747

-0.783

-0.782

0.779

-1.558

-0.000

2( 2)

3( 3)

7( 7)

6( 6)

-0.011

Вузол №9(9)

0.287

-0.287

59.740

-0.397

0.393

-0.331

0.490

0.487

59.741

-0.681

0.679

-1.565

-0.000

5( 5)

-0.004

Вузол №10(10)

-0.060

46.792

0.032

-2.468

0.068

46.857

0.439

-1.518

-0.060

6( 6)

0.032

СИМЕТРИЧНІ СКЛАДОВІ СТРУМУ І НАПРУГИ У ВУЗЛІ КЗ

UA

UR

UM

IA

IR

IM

(1)

(2)

(0)

46.304

-17.305

-28.999

0.529

0.458

-0.987

46.307

17.311

29.016

0.385

0.385

0.385

-4.323

-4.323

-4.323

4.340

4.340

4.340

Коротке замикання в 6 вузлі

Вузол № 6(6)

-0.219

-0.217

0.058

46.188

1.951

1.956

-0.030

0.658

1.963

1.968

0.065

46.192

0.782

0.782

-0.429

0.000

-0.378

7( 7)

8( 8)

10( 10)

3.877

Вузол № 7(7)

-0.219

0.219

49.898

1.948

-1.951

-0.012

1.961

1.963

49.898

0.782

-0.782

-1.571

-0.000

8( 8)

6( 6)

-0.003

Вузол № 8(8)

0.162

0.096

0.219

0.217

-0.694

53.603

-0.071

0.184

-1.948

-1.956

3.781

-0.680

0.177

0.207

1.961

1.968

3.844

53.607

-0.382

0.726

-0.782

-0.782

0.777

-1.558

-0.000

2( 2)

3( 3)

7( 7)

6( 6)

-0.011

Вузол №9(9)

0.284

-0.284

60.216

-0.369

0.365

-0.276

0.466

0.462

60.217

-0.670

0.668

-1.566

-0.000

5( 5)

-0.004

Вузол №10(10)

-0.058

44.772

0.030

-1.780

0.065

44.807

0.429

-1.531

-0.058

6( 6)

0.030

СИМЕТРИЧНІ СКЛАДОВІ СТРУМУ І НАПРУГИ У ВУЗЛІ КЗ

UA

UR

UM

IA

IR

IM

(1)

(2)

(0)

46.188

-17.371

-28.816

0.658

0.647

-1.305

46.192

17.383

28.846

0.378

0.378

0.378

-3.881

-3.881

-3.881

3.900

3.900

3.900

У результаті розрахунку однофазного КЗ, найбільший струм КЗ буде при КЗ у вузлі 8 і дорівнює 8.479 кА для максимального режиму.

Результати розрахунків показують, що при однофазному короткому замиканні у вузлі 8 струми КЗ є припустимими з погляду здатності високовольтних вимикачів, що відключає, на 110 кВ. Для вимикачів даної напруги припустима величина струму однофазного короткого замикання в межах 31.5 кА. Тому заходів щодо обмеження струмів однофазних КЗ не застосовуються.

Дослідження впливу режиму нейтралі

Якщо струми перевищують межу 31,5 кА, необхідно вибрати заходи з обмеження струмів однофазних КЗ. Одним з таких заходів є розземлення деяких нейтралей силових трансформаторів з метою збільшення опору струмів нульової послідовності. Для цього у файлі вихідних даних опір нульової послідовності трансформатора у вузлі розземлення нейтралі не враховується. Результати розземлення нейтралі наведені в таблиці 5.5.

Табл. 2.6 – Розземлення нейтралей.

№ вузла

R2

R0

X2

X0

I

1

0.019

0.009

2.754

2.438

25.424

2

0.019

0.009

2.754

2.447

25.312

3

0.019

0.009

2.754

2.449

25.024

4

0.019

0.009

2.754

2.440

25.048

5

0.019

0.007

2.754

2.499

25.371

6

0.019

0.025

2.754

4.032

25.028

1.2.5

0.019

0.006

2.754

2.512

25.332

1.3

0.019

0.009

2.754

2.450

25.382

2.4

0.019

0.008

2.754

2.450

25.183

Варіанти розземлення нейтралей трансформаторів призводять до значного зменшення токів короткого замикання. Тому, у данному випадку, разземлення нейтралей е ефективним.

Результати розрахунків струмів КЗ, необхідні для розрахунків релейного захисту, зведені в таблицю 2.7

Таблиця 2.7 – Вихідні дані для розрахунків релейного захисту

№ П/П

Наименование электроустановки

Место и точка КЗ

Обозначения и величины

1

3

4

5

6

I(3)макс, кА

I(1)макс, кА

I(3)мин, кА

1

Линия Б - 6 110кВ

Начало, К1

24.827

25.467

24.694

Середина, К2

15.899

12,249

15.872

Конец, К3

14.181

10.98

14.161

2

Подстанция 110/10кВ

Сторона НН, К4

1.329

1.328

3

Узел Б

К1

Хс макс, Ом

Хос, Ом

Хс мин, Ом

2,584

2.343

2.590

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]