- •Переходные процессы в электроэнергетических системах Лабораторный практикум. Часть 1
- •1. Краткие теоретические сведения
- •2. Задание
- •3. Порядок выполнения и программа работы
- •4. Содержание отчета
- •5. Исходные данные
- •6. Контрольные вопросы
- •Расчёт симметричного короткого замыкания электрической системы
- •1. Краткие теоретические сведения
- •2. Задание
- •3. Порядок выполнения и программа работы
- •4. Содержание отчета
- •5. Исходные данные
- •Параметры для схемы сэс № 1
- •Параметры для схемы сэс № 2
- •Параметры для схемы сэс № 3
- •6. Контрольные вопросы
- •Исследование влияния нагрузки на ток трехфазного кз в начальный момент времени
- •1. Краткие теоретические сведения
- •2. Задание
- •3. Порядок выполнения и программа работы
- •4. Содержание отчета
- •5. Исходные данные
- •6. Контрольные вопросы
- •Исследование несимметричных коротких замыканий в электрических сетях
- •1. Краткие теоретические сведения Построение схем замещения
- •Определение параметров схем замещения отдельных последовательностей
- •Определение действующего значения периодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени
- •Построение векторных диаграмм токов и напряжений
- •2. Задание
- •3. Порядок выполнения и программа работы
- •4. Содержание отчета
- •5. Исходные данные вариант 1
- •Вариант 2:
- •Вариант 3:
- •6. Контрольные вопросы
- •Разрыв одной фазы трехфазной сети
- •Разрыв двух фаз трехфазной сети
- •Построение эпюр напряжений в начальный момент времени
- •2. Задание
- •3. Порядок выполнении и программа работы
- •4. Содержание отчёта
- •5. Исходные данные Расчётные схемы по вариантам
- •Исходные данные для элементов схем по вариантам
- •6. Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Содержание Введение…………………………………………………………….3
Расчёт симметричного короткого замыкания электрической системы
Цель работы: Изучить электромагнитные переходные процессы при симметричном коротком замыкании в электрических системах, научиться определять эквивалентное сопротивление схемы замещения, а также сверхпереходное значение тока трехфазного короткого замыкания в различных узлах системы.
Задачи работы:
1. Рассчитать так трехфазного КЗ в системе относительных единиц с использованием программы.
2. Рассчитать ток трехфазного КЗ в системе именованных единиц по методике.
3. Сравнить полученные результаты.
1. Краткие теоретические сведения
Расчеты токов и напряжений при коротких замыканиях осуществляются в основном при проектировании и эксплуатации устройств релейной защиты, автоматики и выбора коммутационной аппаратуры.
В расчетах токов трехфазного короткого замыкания применительно к сетям выше 1000 В принимают основные допущения [1]:
– пренебрегают насыщением магнитных систем всех элементов цепи короткого замыкания;
– нагрузки в сети 110 кВ и выше представляются постоянным индуктивным сопротивлением;
– пренебрегают активным сопротивлением элементов схемы;
– пренебрегают емкостными проводимостями воздушных линий до 330 кB;
– считают, что все элементы сети симметричны;
– пренебрегают различием значений сверхпереходных индуктивностей по продольным и поперечным осям синхронных машин;
– пренебрегают токами намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов.
Последовательность расчета трехфазного КЗ. В данной работе определяют начальное (сверхпереходное) значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ;
Для практических расчетов указанной величины характерна следующая последовательность:
1. Составление схемы замещения для заданной точки КЗ.
2. Расчет параметров элементов схемы замещения в относительных или в именованных единицах.
3. Эквивалентирование (преобразование) схем
4. Вычисление значения тока КЗ.
Составление схемы замещения. Схема замещения системы электроснабжения представляет собой совокупность схем замещения, ее отдельных элементов (обычно в виде индуктивности), соединенных между собой в той же последовательности, что и на расчетной схеме. В схему включают лишь тe элементы, по которым возможно протекание тока короткого замыкания (от источника питания к месту короткого замыкания). Источники питания (синхронные машины, электрическая система, нагрузка и синхронные и асинхронные двигатели, электрически близко находящиеся от места короткого замыкания) кроме собственных реактивностей должны иметь ЭДС.
Расчет можно вести как в именованных, так и в относительных единицах при базисных условиях.
Расчет параметров элементов схемы замещения. Сопротивления схемы замещения рассчитываются исходя из выражений, представленных в табл. 2.1. Каждому сопротивлению присваивают определенный индекс, который сохраняется за ним до конца расчета.
Таблица 2.1
Расчетные выражения для определения сопротивлений
Элементы сети |
Исходный параметр единицы измерения |
Расчетная формула |
|
в о. е. |
в Ом |
||
Синхронная машина (генератор, двигатель) |
|
|
|
Электрическая система |
|
|
|
Двухобмоточный трансформатор |
, МВ∙А
|
|
|
ЛЭП (кабельные и воздушные) |
|
|
|
Асинхронный двигатель |
, МВ∙А |
|
|
Нагрузка |
|
|
|
Примечание.
– полная номинальная мощность;
– мощность системы;
– напряжение короткого замыкания;
и
– удельные сопротивления линии; l–
длина линии;
– среднее номинальное напряжение в
месте установки линии, выбранное согласно
шкале средних напряжений;
– относительное номинальное сверхпереходное
сопротивление;
–
относительное номинальное сопротивление,
принимаемое равным 0,35 о. е. при расчете
токов КЗ в начальный момент переходного
процесса или 1,2 о. е. – в установившемся
режиме КЗ;
– относительное номинальное сопротивление
по продольной оси синхронной машины;
– среднее номинальное напряжение
элемента,
– заданная полная мощность нагрузки.
При расчете сопротивлений трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора используют ту же формулу, что и для двухобмоточного трансформатора, где вместо подставляют напряжения КЗ каждой обмотки:
где Uк ВН – напряжение КЗ между обмотками высшего и низшего напряжения, %; Uк ВС – напряжение КЗ между обмотками высшего и среднего напряжения, %; Uк СН – напряжение КЗ между обмотками среднего и низшего напряжения, %.
Преобразование схем замещения. Для определения суммарного сопротивления схемы замещения или ее участка применяют стандартные преобразования схем замещения (табл. 2.2).
Таблица 2.2
Стандартные преобразования схем
№ |
Преобразование |
Схема до преобразования |
Схема после преобразования |
Формула |
1 |
Параллельное соединение |
|
|
|
2 |
Последовательное соединение |
|
|
|
3 |
Параллельное соединение двух генерирующих ветвей |
|
|
|
4 |
Преобразование из треугольника в звезду |
|
|
|
5 |
Преобразование звезды в треугольник |
|
|
|
Поскольку методики расчета различных величин токов имеют свои особенности, рассмотрим каждую из них отдельно.
Расчет
токов короткого замыкания в относительных
единицах. В
качестве базисных величин произвольно
выбирают базисную мощность
(МВ∙А) и базисное напряжение для ступени
КЗ
Базисное
напряжение – это среднее номинальное
напряжение ступени, где произошло КЗ.
Среднее номинальное напряжение ступени – это напряжение, ближайшее к номинальному напряжению, выбранное по шкале средних номинальных напряжений:
760; 515; 340; 230; 154;115;37; 20;18;15; 13,8;10,5;6,3; 3,15; 0,69;0,525; 0,4;023;0,127 кВ
В практических расчетах сверхпереходных токов короткого замыкания ЭДС источников питания могут быть внесены в схему замещения своими усредненными значениями, которые представлены в табл. 2.3. Там же указаны средние относительные значения сопротивлений элементов, которыми можно воспользоваться, если рассчитать сопротивление элемента, используя исходные данные, не представляется возможным.
Таблица 2.3
Средние значения относительных значений сопротивлений и ЭДС
Наименование |
|
|
Электрическая система |
зависит от мощности |
1,0 |
Турбогенератор до 100 МВт |
0,125 |
1,08 |
Турбогенератор 101–500 МВт |
0,200 |
1,13 |
Гидрогенератор с демпферными обмотками |
0,200 |
1,13 |
Гидрогенератор без демпферных обмоток |
0,270 |
1,18 |
Синхронный компенсатор |
0,200 |
1,20 |
Синхронный двигатель |
0,200 |
1,10 |
Асинхронный двигатель |
0,200 |
0,90 |
Обобщенная нагрузка |
0,350 |
0,85 |
Для расчета в относительных единицах при определении сопротивлений ЛЭП также используют среднее номинальное напряжение ступени, на котором находится линия.
С целью удобства расчета базисную мощность выбирают того же порядка, что и максимальную мощность в системе: 1000, 100, 10, 1 МВ∙А.
Сопротивления схемы замещения рассчитывают исходя из выражений, представленных в табл. 2.1.
Схему эквивалентируют к виду, представленному на рис. 2.1 используя стандартные преобразования из табл. 2.2.
Рис. 2.1. Результирующая эквивалентная схема
Сверхпереходное значение тока короткого трехфазного замыкания в кА при расчете параметров в системе относительных единиц определяют по формуле:
,
(2.1)
где
,
– соответственно
результирующая ЭДС в относительных и
именованных единицах, определяемые
путем эквивалентного преобразования
(свертывания) схемы относительно точки
короткого замыкания;
– базисный
ток, соответствующий напряжению
той ступени трансформации, на которой
произошло короткое замыкание, кА.
Расчет токов короткого замыкания в именованных единицах. Порядок определения токов короткого замыкания в именованных единицах тот же, что и в относительных единицах, за исключением следующих уточнений.
Так как расчетная схема системы может иметь несколько ступеней напряжения, прежде чем начать эквивалентирование схемы к виду, изображенному на рис. 2.2 сопротивления необходимо привести к одной ступени напряжения, обычно к ступени КЗ.
Рис. 2.2. Результирующая эквивалентная схема
При расчете сопротивлений приведение к одной ступени напряжения производится исходя из существующей шкалы средних номинальных напряжений. Пересчет сопротивлений производится по выражению:
(2.2)
где
–
сопротивление (Ом), приведенное к ступени
напряжения
;
–
сопротивление (Ом), заданное при
напряжении
;
– среднее эксплуатационное напряжение
ступени короткого замыкания, к которому
пересчитываются все сопротивления
сети, кВ;
– среднее
эксплуатационное напряжение на ступени
номинального напряжения элемента.
Сверхпереходное значение тока трехфазного короткого замыкания в именованных единицах определяется по формуле
,
(2.3)
где
–
эквивалентная ЭДС в именованных
единицах;
– эквивалентное сопротивление сети,
полученное при «свертывании» схемы,
параметры которой рассчитаны по формулам,
приведенным в табл. 2.1 в четвертом
столбце.

,
о.е.
,
МВ∙А
,
МВ∙А
,
%
,
Ом/км, l,
км,
,
кВ
,о.
е,
o.
e.,
,
МB∙А