В.В. Курехин Переходные процессы в системах электроснабжения (Расчет токов короткого замыкания)

1

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Цели курсовой работы:

–уточнение, закрепление и расширение теоретических положений по дисциплине “Переходные процессы в системах электроснабжения”;

–овладение приемами и методами расчетов переходного процесса (токов короткого замыкания);

–приобретение навыков пользования справочными материалами при решении задач по расчету токов короткого замыкания (КЗ).

1.2. Пояснительная записка должна быть составлена в соответствии с требованиями системы ЕСКД и других нормативных и руководящих документов. Она должна включать титульный лист, содержание, задание, расчетную схему и исходные расчетные данные, основную расчетную часть, выводы, список литературы. Текст основной части оформить на листах формата А4.

1.3. В тексте основной части работы должны быть представлены расчетные формулы с последующей подстановкой в них исходных (расчетных) данных и конечные результаты (промежуточные результаты опустить). Рисунки и графики должны выполняться аккуратно и иметь подрисуночные надписи. Элементы расчетной схемы необходимо указывать в соответствии с ГОСТом, а элементы схем замещения - в соответствии с принятыми соглашениями (в числителе - номер элемента, в знаменателе - величина сопротивления).

1.4. Исходные для расчета данные следует представлять в табличном виде. Принятые методы (условия, коэффициенты, константы, решения) должны быть обоснованы и иметь ссылки на соответствующие директивные, справочные и учебные материалы.

2.ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОВУЮ РАБОТУ

На основе расчетной схемы - схемы электрических соединений (прил. 1, рис.1) и исходных данных (прил. 3, табл.1...6) произвести расчет переходного процесса в относительных единицах в соответствии с выданным кодом варианта. Код варианта определяет параметры элементов расчетной схемы, вид и точку КЗ. Он задается 4-значным числом, в котором:

2

первая цифра - номер варианта в табл. 1, 2, 3, 5 (прил.3); вторая цифра - номер точки КЗ в расчетной схеме (прил.1); третья цифра - номер варианта в табл. 4 (прил.3); четвертая цифра - номер варианта в табл. 6 (прил.3).

При расчете переходного процесса определяют следующие параметры.

2.1. Начальное действующее значение периодической составляющей полного тока КЗ при 3-фазном КЗ в заданной точке (аналитическим способом).

2.2.Ударный ток и его действующее значение при 3-фазном КЗ в заданной точке (аналитическим способом).

2.3.Параметры, которые указаны в п. 2.1 и 2.2, с помощью метода расчетных кривых.

2.4.Ток несимметричного КЗ в указанной точке (в соответствии с заданным вариантом) в начальный момент времени, через интервал 0,2 с после возникновения КЗ и в установившемся режиме (методом расчетных кривых).

3.СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

3.1. Содержание.

3.2.Задание на курсовую работу.

3.3.Исходные данные для расчета.

3.4.Выбор базисных условий (БУ) и приведение параметров элементов расчетной схемы к базисным условиям.

3.5.Схема замещения для расчета параметров тока КЗ аналитическим методом, результаты преобразований и расчеты.

3.5.1.Расчет начального значения периодической составляющей полного тока КЗ при трехфазном КЗ аналитическим способом.

3.5.2.Расчет ударного тока КЗ аналитическим способом.

3.6.Схема замещения для расчета параметров тока КЗ методом расчетных кривых, результаты преобразований и расчеты.

3.6.1.Расчет начального значения периодической составляющей полного тока КЗ при трехфазном КЗ методом расчетных кривых.

3

3.6.2.Расчет ударного тока (методом расчетных кривых).

3.6.3.Оценка погрешности расчета параметров тока КЗ.

3.7.Расчет параметров тока КЗ при несимметричном КЗ.

3.7.1.Схема замещения обратной последовательности, результаты преобразований и расчеты.

3.7.2.Схема замещения нулевой последовательности, результаты преобразований и расчеты.

3.7.3.Расчет тока несимметричного КЗ для заданного момента времени.

3.8.Графическое представление расчетных данных.

Список литературы.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

4.1. Рекомендации по выбору БУ и приведению параметров элементов расчетной схемы к БУ (к подразд. 3.4)

Схема замещения составляется на основе расчетной схемы. Она представляет собой совокупность схем замещения элементов расчетной схемы, соединенных между собой в той же последовательности, как и в расчетной схеме. В нее входят только те элементы, через которые проходит ток КЗ. При ее составлении трансформаторные связи в расчетной схеме заменяются электрическими, т.е. элементы с магнитосвязанными цепями в расчетной схеме представляются в схеме замещения в виде соответствующих эквивалентных электрических сопротивлений.

В качестве базисных единиц измерения (т.е. базисных условий, общих для всех ступеней напряжений) обычно используют базисную мощность SБ и базисное напряжение UБ, которые могут задаваться произвольно. На практике рекомендуется выбирать:

-базисную мощность, кратную десяти или равную мощности элемента расчетной схемы, имеющего максимальное значение;

-базисное напряжение, равное напряжению (номинальному или среднему) той ступени, на которой произошло (находится точка) КЗ.

При приближенном приведении параметров элементов расчетной схемы к БУ и решении задачи в относительных единицах за базисное

4

напряжение рекомендуется вместо действительного (номинального) напряжения принимать в качестве базисного соответствующее (ближайшее) напряжение из ряда (шкалы) средних значений, т.е. UБ = UСР. Ряд средних значений напряжений UСР получен путем превышения на 5% элементов ряда соответствующих номинальных значений напряжений линий электропередачи. Он представляет собой следующую последова-

тельность значений: 515; 340; 230; 158; 115; 37; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,4; 0,23; 0,127 кВ.

При выбранных величинах SБ и UБ расчет базисного тока произ-

Для упрощения расчетов рекомендуется использовать следующую согласованную систему измерения единиц: мощность - в МВА, напряжение - в кВ, ток - в кА, сопротивление - в Ом.

Базисную ступень напряжения принято обозначать римской цифрой I, а остальные ступени нумеровать последовательно.

При наличии нескольких ступеней напряжения базисные параметры пересчитывают к этим ступеням с помощью коэффициентов трансформации соответствующих трансформаторов.

4.2. Рекомендации по составлению и преобразованию схемы замещения при расчете параметров тока КЗ аналитическим методом (к подразд. 3.5)

Аналитический метод (способ) позволяет рассчитать параметры полного тока КЗ с учетом нагрузки (синхронных и асинхронных двигателей, обобщенной нагрузки): начальное значение периодической составляющей полного тока КЗ, ударный ток. При использовании этого метода на основе электрической расчетной схемы системы (прил. 1, рис.1) составляют общую схему замещения (прил. 1, рис.2). В эту схему вводят генераторы, компенсаторы, крупные синхронные и асинхронные двигатели, а также обобщенные нагрузки мощных узлов со своими сверхпереходными ЭДС и сверхпереходными сопротивлениями, приведенными к БУ соответствующих ступеней напряжения.

Считая, что до КЗ предшествующий режим был нормальным, генератор вводят в схему замещения в виде относительной сверхпереход-

5

ной ЭДС за относительным сверхпереходным индуктивным сопротивлением по продольной оси, приведенным к базисным условиям:

где х*// d(Н) - относительное, номинальное, сверхпереходное, индуктивное сопротивление генератора по продольной оси (приведенное к номи-

Сопротивления других элементов схемы замещения в относительных единицах (о.е.), приведенные к базисным условиям, определяют по следующим формулам.

6

Сопротивление воздушной линии электропередачи

7

При расчете сопротивлений х*ВН , х*СН , х* ВС для группы трех одно-

фазных трансформаторов Т6 (прил. 1, рис.1) необходимо учесть, что мощность их дана (прил. 3, табл.1) в расчете на одну фазу. Поэтому в выражениях (4.13)…(4.15) номинальная мощность трансформатора (при расчете трансформатора Т6) должна быть утроена.

На основе произведенных вычислений (для всех элементов расчетной схемы по представленным выше выражениям) составляют исходную схему замещения (прил. 1, рис.2). В ней каждый элемент обозначают дробью: в числителе – порядковый номер сопротивления, в знаменателе – его относительное базисное значение.

4.2.1. Следующим этапом расчета является упрощение, т.е. «свертывание» исходной схемы замещения относительно конкретной (заданной кодом варианта) точки короткого замыкания.

4.2.2.При «свертывании» схемы используют известные методы преобразования (прил. 2, табл. 1), применяемые при расчете линейных электрических цепей. К ним относятся: последовательное и параллельное соединения сопротивлений, замена нескольких генерирующих ветвей одной эквивалентной, преобразования треугольника в эквивалентную звезду и другие.

4.2.3.При симметрии схемы замещения относительно точки КЗ (или симметрии участка схемы относительно какой-либо промежуточной точки) в ходе преобразования можно соединить точки, имеющие одинаковые потенциалы, и исключить из схемы сопротивления, по которым токи КЗ не протекают.

4.2.4.В ряде случаев преобразование схемы замещения упрощается, если трехлучевую звезду заменить эквивалентным треугольником,

затем разрезать его по вершине, к которой приложена ЭДС. Образо-

вавшиеся параллельные ветви при этом следует заменить эквивалентными ветвями с такой же ЭДС.

4.2.5. В конечном итоге в результате последовательных преобразований необходимо получить простейшую эквивалентную (результирующую) генерирующую ветвь с одним эквивалентным (результирующим) источником питания (ЭДС) и эквивалентным (результирующим) сопротивлением (прил. 1, рис. 3). На основе этой конечной схемы замещения производится расчет начального сверхпереходного тока, т.е. на-

8

чального значения периодической составляющей полного тока КЗ (в момент возникновения КЗ) в относительных единицах:

схемы замещения - электрическая удаленность точки КЗ (в относительных базисных единицах).

4.2.6 Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания в именованных единицах определяют по следующему выражению:

4.2.7. Ударный ток короткого замыкания от одного эквивалентного источника энергии вычисляют следующим образом:

где КУ =1,8 - ударный коэффициент [1] .

Зависимость ударного коэффициента от постоянной времени электрической цепи (соотношения между реактивным и активным сопротивлениями цепи) приведена в работе [1].

4.3. Рекомендации по составлению и преобразованию схемы замещения при расчете параметров тока КЗ методом расчетных кривых (к подразд. 3.6)

Расчетные кривые (прил. 4) позволяют определить действующее значение периодической составляющей полного тока КЗ в заданной точке КЗ не только для начального, но и для произвольного момента времени переходного процесса (в относительных единицах).

Использование метода расчетных кривых при вычислении тока короткого замыкания позволяет определить долевое участие разнотипных источников энергии в подпитке точки короткого замыкания.

4.3.1. При использовании метода расчетных кривых по сравнению с аналитическим методом имеются некоторые особенности:

9

-источник неограниченной мощности (если таковой имеется) всегда выделяют в самостоятельную ветвь;

-остальные источники группируют в самостоятельные генерирующие ветви (по принципу примерного равенства мощности и электрической удаленности) по типам (турбогенераторы и гидрогенераторы)

всоответствующие подгруппы;

-мощные электродвигатели, электрически близкорасположенные от точки КЗ или подключенные непосредственно к ней, выделяют в отдельную генерирующую ветвь;

-типовые нагрузки генераторов исключают из расчетной схемы, так как они автоматически учтены при составлении расчетных кривых.

4.3.2.В рассматриваемом случае исходная схема замещения (прил.1, рис. 4) несколько упрощается по сравнению с аналогичной схемой замещения, полученной для расчета аналитическим методом (прил. 1, рис. 2) за счет отказа от учета нагрузок.

4.3.3.Применение тех или иных методов преобразования исходной схемы замещения зависит от конфигурации расчетной схемы и степени индивидуальности (разнотипности) источников питания (диапазона мощностей) и электрической удаленности источников питания от точки КЗ.

4.3.4.В ходе преобразования разнотипные источники энергии различных типов (гидрогенераторы G1, G2, G3, G4, турбогенераторы G5, G6 и система) не должны эквивалентироваться.

4.3.5.При свертывании исходной схемы замещения применяют те же эквивалентные преобразования, которые использовались при расчете аналитическим методом (прил. 2, табл. 1).

4.3.6.Обычно в конечном итоге исходная схема замещения приводится к сложнорадиальному виду, в которой отсутствуют замкнутые контуры относительно точки КЗ. Общее число ветвей конечной схемы замещения обычно не превышает трех - четырех.

4.3.7.Примерный вид конечной схемы замещения показан в

прил. 1, рис.5, где ЕГ, ХРЕЗ.Г – результирующая ЭДС гидрогенераторов и результирующее сопротивление между точкой короткого замыкания и эквивалентным гидрогенератором; ЕТ , ХРЕЗ.Т – результирующая ЭДС турбогенераторов и результирующее сопротивление между точкой короткого замыкания и эквивалентным турбогенератором; ЕС, ХРЕЗ.С -