&_БАКАЛАВТАМ_(Эл.маг.)_[2014] / &_ЗАДАНИЕ на КП-(Составные части)_[2014] / КП_ТЕОРИЯ_(Эл.маг.)_[2013]

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Вариант сокращенный для студентов: 03 мая 2013

(ТЕОРИЯ)

В.И. Готман

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Расчет режимов короткого замыкания и продольной несимметри в электроэнергетической системе

Рекомендовано в качестве учебно-методического пособия Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета

Издательство Томского политехнического университета

1

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………..3

1.ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ …………………………………………

Ошибка! Закладка не определена.

2.РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ

ЗАМЕЩЕНИЯ……………………………Ошибка! Закладка не определена.

2.1.Общие сведения о схеме замещения прямой последовательности………… 7

2.2.Расчет параметров схемы замещения…………………………………………8 2.3 Расчетные выражения для приведения параметров электрической

схемы замещения в именованных и относительных единицах………………9

2.4 ПРИМЕР № 1……………………………………………………………………..18

3.ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ………………………………….25

4.РАСЧЕТ РЕЖИМА ТРЕХФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ ………………………..29

4.1Ударный ток короткого замыкания……………………………………………30

4.2Расчет основных параметров K (3) для t = 0 ……………………………… 31

4.3Расчет периодического тока K (3) для t 0 ………………………………..34

4.4Расчет периодического тока K (3) для t = ……………………………….36

4.5ПРИМЕР № 2…………………………………………………………………….37

4.6ПРИМЕР № 3…………………………………………………………………….42

5.РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ……………………………………………………..43

5.1.Схемы и параметры трансформаторов

иавтотрансформаторов в нулевой последовательности…………………….44

5.2.Схемы и параметры воздушных линий электропередач в нулевой последовательности…………………………………………………………… 47

5.3ПРИМЕР № 4…………………………………………………………………….50

6.РАСЧЕТ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ……………..52

6.1Последовательность расчета несимметричных КЗ…………………………..52

7.РАСЧЕТ ПРОДОЛЬНОЙ НЕСИММЕТРИИ………………………………….55

7.1Выбор фазы векторов ЭДС источников питания для L(n) …………………..56

Приложение 3. ОБРАЗЕЦ ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА КУРСОВОЙ РАБОТЫ.. .66

ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………………67

2

ВВЕДЕНИЕ

Режим работы энергосистемы – это совокупность процессов, характеризующих состояние электроэнергетической системы (ЭЭС) в лю-

бой момент времени. Различают установившиеся нормальные и переходные аварийные режимы ЭЭС.

Аварийные режимы возникают вследствие повреждения силовых элементов энергосистемы. Наиболее опасными и частыми повреждениями в ЭЭС являются симметричные и несимметричные короткие замыкания (КЗ). Вследствие коротких замыканий нарушается нормальная работа электроэнергетических систем. Короткие замыкания приводят к существенному увеличению токов и снижению напряжения; возрастание токов оказывают на электрооборудование неблагоприятное термическое (тепловое) и электродинамическое (механическое) действие как в месте повреждения, так и при прохождении аварийных токов по неповрежденным элементам ЭЭС. При обрыве или отключении одной или двух фаз воздушных линий электропередач, а также при включении в фазы неодинаковых сопротивлений возникает продольная несимметрия.

Параметры режимов короткого замыкания и продольной несимметрии используются для решения достаточно большого перечня задач как проектного, так и эксплуатационного характера. Наиболее значимыми задачами являются: анализ и оценка динамической устойчивости работы энергосистемы, разработка технических и режимных мероприятий для ее повышения, выбор аппаратов и проводников и их проверка по условиям термической и электродинамической стойкости, проектирование и настройка устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики и ряд др.

Курсовая работа (КР) предназначена для закрепления теоретического материала по дисциплине «Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах» и приобретения навыков практического расчета параметров аварийных режимов ЭЭС. Представленные в КР упрощенные схемы энергосистем носят ученический характер и содержат практически набор всех силовых элементов, входящих в состав энергосистем. Предложенные в курсовой работе вопросы практически отражают большую часть теоретического материала, излагаемую в указанной выше дисциплине.

3

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ

2.1. Общие сведения о схеме замещения прямой последовательности

Нормальному режиму энергосистемы, как и режиму трехфазного короткого замыкания соответствует схема замещения прямой последовательности. Схема замещения прямой последовательности для расчета трехфазного замыкания по конфигурации практически повторяет исходную принципиальную схему энергосистемы (энергорайона), в которой силовые элементы представлены своими схемами замещения. Электрическая схема может содержать мощные синхронные (СД) и асинхронные (АД) двигатели. Эти элементы, расположенные в непосредственной близости к точке короткого замыкания, в начальный момент КЗ переходят в генераторный режим и являются дополнительными источниками подпитки места короткого замыкания, что требует своего учета. Однако следует отметить, что это влияние, как правило, носит локальный характер и существенно зависит от типа двигателя, его мощности, электрической удаленности до места короткого замыкания. Практическому уче-

ту при КЗ в распределительных устройствах 6; 10 кВ подлежат двигатели мощностью 1000 кВт и более, которые связаны с местом короткого замыкания непосредственно или через кабельную линию, тоководы или линейные реакторы.

Источники питания конечной мощности {синхронные генераторы (СГ), синхронные компенсаторы (СК), мощные синхронные (СД), и асинхронные (АД), двигатели}, подлежащие учету, вводят в схему за-

мещения своими сверхпереходными сопротивлениями ( x , x ) и сверх-

d

переходными ЭДС ( E ). Сверхпереходные сопротивления ( x ) для СГ,

d

СК, СД и АД являются величинами паспортными; сверхпереходные ЭДС ( E ) являются расчетным параметром. Сверхпереходные ЭДС рассчитываются по параметрам режима (ток, напряжение), который непосредственно предшествовал КЗ; при их отсутствии в качестве расчетного принимается режим номинальной загрузки, т. е. по номинальному току и напряжению. Расчетные выражения для указанных источников питания приведены в табл. 2.2; 2.3.

В качестве одного из источников подпитки места КЗ электрической схемы может выступать энергосистема («Система»), которая является эквивалентом мощного энергорайона. Она характеризуется эквивалентной реактивностью xс , за которой приложена неизменная ЭДС

4

( Eс ). Для «Системы», как правило, задается ЭДС Eс и мощность трехфазного короткого замыкания ( Sк(3)з ), обусловленная «Системой» в узле

ееподключения см. табл. 2.1.

Увоздушных линий, трансформаторов, токоограничивающих реакторов активное сопротивление существенно меньше реактивного. Это позволяет активным сопротивлением пренебречь, не внося существенной погрешности в результаты расчетов, и значительно облегчить вычислительные действия. Таким образом, указанные элементы учитываются только индуктивной составляющей общего сопротивления. Емкостной проводимостью ЛЭП 6 – 220 кВ следует пренебречь.

2.2. Расчет параметров схемы замещения

Расчеты переходного режима электрической системы предполагают составление расчетной схемы замещения, в которой параметры ее элементов (ЭДС, сопротивления) представляются в именованных или относительных единицах. При наличии в расчетной схеме трансформаторов целесообразно имеющиеся магнитно-связанные цепи предста-

вить эквивалентной электрически связанной цепью. Электрическая схема замещения позволяет осуществлять ее преобразование. Переход от трансформаторных связей к электрическим основан на приведении параметров элементов к одной из имеющихся в схеме ступеней трансформации. Студент вправе сам выбирать систему исчисления: либо именованную или относительную. Студент дневного обучения дол-

жен согласовать выбранную систему исчисления с преподавателем.

Расчет параметров схемы замещения рекомендуется выполнить при приближенном учете коэффициентов трансформации, используя рекомендуемые средние номинальные напряжения ступеней транс-

При этом дополнительно считают номинальные напряжения всех элементов, находящихся на одной ступени трансформации, одинаковыми и равными Uср.ном этой ступени.

При использовании система именованных единиц рекомендуется:

1.Пронумеровать ступени трансформации. В качестве основной ступени трансформации, к которой приводятся параметры всех элементов схемы для создания электрической схемы замещения, можно принять любую; рекомендуется за основную принимать ступень, на которой указано КЗ или продольная несимметрия.

5

2. При проведении вычислительных действий с x , U , I в качестве контроля правильности следует руководством следующим правилом: при приведении (пересчете) сопротивления ( x ) со ступени низкого

1.Пронумеровать ступени трансформации.

2.Принять базисную мощность Sб . Базисная мощность едина для

всей схемы, выбирается величиной произвольной из условий упрощения вычислительных действий; рекомендуется принимать Sб =100 или

Sб =1000 МВА.

3.Базисные напряжения ступеней (Uб i Uср.ном i ) принять со-

гласно стандартного ряда (2.1); базисные токи для ступеней трансфор-

2.3 Расчетные выражения для приведения параметров электрической схемы замещения в именованных и относительных единицах

Примечание:

В записи параметров, например, E*с(б) индекс звездочка (*) означает,

что параметр представлен в относительных единицах; (б) – при принятых базисных условиях; (ном) или (н) – в качестве базисных приняты номинальные параметры элемента.

Таблица 2.1

1. Параметры электроэнергетической системы (ЭЭС)

Ec – ЭДС электроэнергетической системы в узле подключения к энергорайону, кВ;

Sк(3)з – мощность системы при трехфазном КЗ в узле подключения, МВА

6

1. Расчетные параметры в именованных единицах

U ср(осн.) – среднее номинальное напряжение основной ступени, к которой

осуществляется приведение параметров, кВ.

2. Расчетные параметры в относительных базисных единицах

E*с(б) Ec / U б – ЭДС системы, от. ед.;

где U б U ср(с) – базисное, т.е. среднее номинальное напряжение ступени системы, кВ.

Таблица 2.2

напряжения СГ, Ом;

7

ЭДС, приведенная к основной ступени напряжения (Uср (осн.) ), кВ;

к основной ступени напряжения (Uср (осн.) ), кА,

где U ср(г) – среднее номинальное напряжение ступени СГ, кВ;

U ср(осн.) – среднее номинальное напряжение основной ступени, к которой осуществляется приведение параметров, кВ.

2. Расчетные параметры в относительных базисных единицах

Sном Pном / cos φном – полная номинальная мощность, МВА;

Uб Uср(г) – базисное, т.е. среднее номинальное напряжение ступени СГ, кВ.

8

Таблица 2.3

3. Параметры синхронного (СД) и асинхронного (АД)

двигателей

Pном – номинальная активная мощность, МВт; U ном – номинальное напряжение, кВ;

I ном – номинальный ток, кА;

cos φном – номинальный коэффициент мощности, от. ед.;

I*пск – кратность пускового тока, от. ед.

1.Расчетные параметры в именованных единицах

Sном Pном / cos φном – полная номинальная мощность, МВА;

врежиме перевозбуждения; знак «-» соответствует АД, а также СД

врежиме недовозбуждения);

приведенное к основной ступени напряжения (U ср(осн.) ), Ом;

ная ЭДС, приведенная к основной ступени напряжения (Uср (осн.) ), кВ;

к основной ступени напряжения (Uср (осн.) ), кА,

где Uср (ДВ) – среднее номинальное напряжение ступени СД (АД), кВ; Uср (осн.) – среднее номинальное напряжение основной ступени, к которой осуществляется приведение параметров, кВ.

9

2. Расчетные параметры в относительных базисных единицах

ЭДС в относительных базисных единицах;

Таблица 2.4

4. Параметры двухобмоточного трансформатора

Sном – номинальная мощность, МВА;

U В Н / U Н Н – соответственно номинальное напряжение обмоток высокого и низкого напряжения трансформатора, кВ;

uk – напряжение короткого замыкания, %;

Pk – потери короткого замыкания, МВт

1.Расчетные параметры в именованных единицах

тора приближенно приравненное к полному сопроотвлению, приведенное к основной ступени (Uср(осн.) ), Ом;

(для трансформаторов с UВН 110 кВ и выше активное сопротивление по сравнению с реактивным мало, поэтому им можно пренебречь. Тогда реактивное сопротивление приравнивают к полному, т.е. xТ Z Т ),

где Uср(осн.) – среднее номинальное напряжение основной ступени, к кото-

10