2 Методические указания к разделам курсовой работы
2.1 Расчеты значений периодической составляющей тока КЗ в начальный момент переходного процесса и ударных токов КЗ
2.1.1 Составление расчетной схемы
2.1.1.1 Расчетные схемы для нормального режима
Расчетам токов КЗ предшествует анализ схемы электрической сети и определение расчетных условий, в которых оказывается тот или иной ее элемент. Эти условия находят отражение в расчетной схеме, представляющей собой однолинейную схему электрической сети с элементами, по которым протекает ток КЗ.
В расчетную схему вводятся система, генераторы, синхронные компенсаторы, синхронные и асинхронные электродвигатели напряжением выше 1 кВ, обобщенная нагрузка, имеющие небольшую электрическую удаленность от точек КЗ, а также трансформаторы, автотрансформаторы, реакторы, токопроводы, воздушные и кабельные линии, связывающие источники питания с местом короткого замыкания. В расчетной схеме указываются основные параметры (технические характеристики) всех элементов системы. При изображении на расчетной схеме однотипных, одинаково соединенных относительно точки КЗ генераторов или высоковольтных электродвигателей целесообразно показывать их в виде одного эквивалентного генератора (электродвигателя), номинальная мощность которого рассчитывается как число объединенных генераторов (электродвигателей), умноженное на номинальную мощность единичного генератора (электродвигателя).
При
выполнении п.1 курсовой работы следует
составить две расчетные схемы: одну -
для расчетов начальных сверхпереходных
токов в точках К-1 и К-2, другую - для
расчета
в точке К-3. В первой расчетной схеме
следует пренебречь ветвью трансформатора
Т5 из-за ничтожно малого влияния на
значения токов КЗ в точках К-1 и К-2
двигателей и нагрузки, подключенных к
шинам НН Т5, по аналогичной причине, во
второй расчетной схеме следует пренебречь
подпиткой от двигателей и нагрузки,
подключенных к шинам НН трансформаторов
Т5 и Т6. Поэтому в расчетной схеме для
определения тока КЗ в точке К-3
трансформаторы Т5, Т6 и линии W2 110 кВ
должны отсутствовать.
На расчетных схемах указывают точки КЗ. На первой из них нумеруются ступени напряжения и указывается ступень, выбранная в качестве основной. Рекомендуется в качестве основной принять ступень 110 кВ.
2.1.1.2 Расчетная схема для максимального режима
Максимальный режим системы электроснабжения, при котором ток КЗ в выбираемом или проверяемом элементе сети будет наибольшим, реализуется при условиях, что в сети между генерирующими источниками и точкой КЗ включено наименьшее количество последовательных и наибольшее - параллельных элементов. Поскольку в схеме электроснабжения предусмотрена раздельная работа питающих источников на сборные шины 6-10 кВ, разделенные нормально отключенным секционным выключателем, то расчетным состоянием исходной схемы для определения тока КЗ в точке К-2 является режим, когда один трансформатор ГПП (ПГВ) или одна из питающих линий РП отключены, а секционный выключатель включен. При этом все электродвигатели находятся в работе, трансформаторы ГПП с РПН работают на крайнем ответвлении регулируемой обмотки ВН -РО и характеризуются номинальным напряжением обмотки, соответствующим этому ответвлению:
, (2.1)
где 
- относительное значение диапазона
регулирования РПН в одну из сторон от
среднего ответвления регулируемой
обмотки.
- номинальное напряжение регулируемой
обмотки ВН на среднем ответвлении, кВ
(паспортное значение).
Напряжение
короткого замыкания принимается для
крайнего ответвления - РО,
.
Диапазон, число ступеней регулирования РПН и значения напряжений короткого замыкания силовых двухобмоточных трансформаторов для среднего и крайних ответвлений регулируемой обмотки приведены в таблице 3.
Для питающей энергосистемы используется начальное значение периодической составляющей тока 3-фазного КЗ в месте присоединения системы к рассматриваемой сети в максимальном режиме, которое больше заданного в исходных данных в 1.3 раза.
Таблица 3 - Диапазон, число ступеней регулирования РПН и значения напряжений короткого замыкания силовых двухобмоточных трансформаторов для среднего и крайних ответвлений регулируемой обмотки (РО)
|
Номинальная мощность трансформатора, МВА |
% |
% |
% |
Диапазон и число ступеней регулирования РПН обмотки ВН |
|
Номинальное напряжение обмотки ВН 35 кВ | ||||
|
1…2,5 |
6,3 |
6,5 |
6,8 |
|
|
4 и 6,3 |
6,9 |
7,5 |
7,6 |
|
|
Номинальное напряжение обмотки ВН 115 кВ | ||||
|
6,3 |
10,58 |
10,5 |
11,72 |
|
|
10 |
10,49 |
10,5 |
11,73 |
|
|
16 |
10,09 |
10,5 |
11,05 |
|
|
25 |
10,44 |
10,5 |
11,34 |
|
|
40 |
10,35 |
10,5 |
11,02 |
|
|
63 |
10,05 |
10,5 |
10,66 |
|
|
80 |
10,44 |
10,5 |
10,91 |
|
|
Номинальное напряжение обмотки ВН 230 кВ | ||||
|
32 |
11 |
11,5 |
12 |
|
|
63 |
11 |
11,5 |
12 |
|
|
100 |
11 |
11,5 |
12 |
|
|
160 |
11,5 |
11,5 |
13 |
|
,
,
,
10%;
4
ступени
10%;
4
ступени
16%;
9
ступеней
16%;
9
ступеней
16%;
9
ступеней
16%;
9
ступеней
16%;
9
ступеней
16%;
9
ступеней
16%;
9
ступеней
12%;
12
ступеней
12%;
12
ступеней
12%;
12
ступеней
12%;
12
ступеней
2.1.1.3 Расчетная схема для минимального режима
При проверке чувствительности релейной защиты за расчетные условия принимаются наименьшие значения токов КЗ в месте установки защиты, которые, как правило, получаются в минимальном режиме работы системы электроснабжения, который достигается при наименьшем реально возможном коэффициенте токораспределения, наибольшем количестве последовательно включенных элементов между генерирующими источниками и точкой КЗ К-2, расположенной в зоне действия защиты.
Трансформаторы ГПП с РПН работают на крайнем ответвлении регулируемой обмотки ВН +РО и характеризуются номинальным напряженияем обмотки, соответствующим этому ответвлению:
(2.2)
Напряжение
в сети не может превышать наибольшего
рабочего напряжения
,
составляющего для сети 35
кВ - 40,5 кВ; для сети 110 кВ - 126 кВ,
для сети 220 кВ - 252 кВ. Поэтому
если в результате расчета по приведенной
формуле окажется, что
,
следует принять
.
Напряжение короткого замыкания
принимается для крайнего ответвления
+РО -
.
Для питающей энергосистемы используется начальное значение периодической составляющей тока 3-фазного КЗ в рассматриваемой сети в минимальном режиме, которое следует принять равным 0,7 от значения, заданного в исходных данных.
2.1.2 Составление схемы замещения
Расчет
начального сверхпереходного тока КЗ
проводится способом, использующим
известные ЭДС источников. Поэтому в
схему замещения все генераторы,
компенсаторы, высоковольтные синхронные
и асинхронные двигатели, а также
обобщенная нагрузка вводятся своими
приведенными сверхпереходными
сопротивлениями
и совпадающими по фазе сверхпереходными
ЭДС предшествующего режима
.
Для синхронных машин известны каталожные
значения продольных сверхпереходных
индуктивных сопротивлений
,
которые задаются выраженными в
относительных единицах при номинальных
параметрах данной машины, для асинхронных
двигателей относительное сверхпереходное
сопротивление рассчитывается по формуле
,
где
-
кратность пускового тока при номинальном
напряжении, для обобщенной нагрузки
(приведено к мощности нагрузки и среднему
номинальному напряжению ступени, на
которой она включена).
Сверхпереходные ЭДС предшествующего режима, выраженные в относительных единицах при номинальных параметрах синхронной машины, рассчитываются по формуле
. (2.3)
Для
асинхронных двигателей во вторых скобках
следует поставить знак минус вместо
плюса. Здесь параметры предшествующего
режима
,
выражены в относительных единицах при
номинальных параметрах данной машины.
При расчете нормального и максимального
режимов считают, что в предшествующем
КЗ режиме машина работала с номинальным
током, номинальным напряжением и
номинальным коэффициентом мощности,
поэтому
,
,
.
При
расчете в именованных единицах
целесообразно вначале найти относительные
значения ЭДС по (2.3), а затем выразить их
в киловольтах и привести к основной
ступени. Для обобщенной нагрузки
. Система представляется в схеме замещения
в виде источника ЭДСЕС
, подключаемого за сопротивлением
системы хС
. ЭДС
системы, если не известно UC
, принимается
равной среднему номинальному напряжению
той ступени, где задан ток КЗ, т.е. ступени,
на которой система примыкает к
проектируемой сети (для ступеней 6, 10,
35, 110, 220, 330 кВ средние номинальные
напряжения равны соответственно 6,3;
10,5; 37; 115; 230 и 340 кВ), а сопротивление
системы при расчете в именованных
единицах, приведенное к ступени
напряжения, на которой находится система
определяется выражением
,
Ом, (2.4)
где I”0 – начальный сверхпереходный ток, посылаемый эквивалентируемой частью системы, при КЗ в точке ее примыкания к рассматриваемой части.
По этому выражению рассчитывается наименьшее сопротивление системы для максимального и наибольшее сопротивление для минимального режимов.
Остальные
элементы системы, по которым проходит
ток КЗ, вводятся в схему замещения
приведенными индуктивными и, при
необходимости, активными сопротивлениями.
При расчетах
следует
учитывать активные сопротивления
воздушных и кабельных линий при
значительной их длине, когда результирующее
активное сопротивление короткозамкнутой
цепи превышает 30% ее индуктивного
сопротивления.
Алгоритм расчета параметров схемы замещения при точном приведении в именованных единицах состоит в следующем:
1 В расчетной схеме нумеруются ступени напряжения, одна из них выбирается в качестве основной. Рекомендуется в качестве основной взять ступень 110 кВ.
2 Определяются коэффициенты трансформации всех трансформаторов и автотрансформаторов КI , i=1,2…t,
где
.
Изображается схема замещения системы.
3 Поочередно рассматриваются все элементы системы i=1,2…m, выясняется:
"Параметры элемента известны в именованных единицах?"
Если "да", то идти к п.4, если "нет" - к п.6.
4 Выясняется: "Элемент находится на основной ступени?"
Если "да", тогда параметры элемента вводятся в схему замещения:
кВ,
xI
, Ом (конец
расчета для элемента i
).
Если "нет", идти к п.5.
5 Параметры элемента приводятся к основной ступени:
,
кВ; (2.5)
, Ом,
и вводятся в схему замещения (конец расчета для элемента i ).
6 Выясняется: "Элемент находится на основной ступени?"
Если "да", параметры элемента выражаются в именованных единицах:
,
кВ; (2.6)
, Ом ,
и вводятся в схему замещения (конец расчета для элемента i).
Если "нет", идти к п.7.
7 Параметры элемента выражаются в именованных единицах, приводятся к основной ступени
,
кВ; (2.7)
Ом,
и вводятся в схему замещения (конец расчета для элемента i).
Отличие алгоритма расчета параметров схемы замещения при точном приведении в относительных единицах:
1 В
п.1 дополнительно: задаются базисной
мощностью (рекомендуется базисную
мощность принять равной S
б
=1000 МВА) и базисным напряжением основной
ступени Uбn
(рекомендуется
принять Uбn
= 115
кВ), рассчитывается
базисный ток основной ступени
.
2 В п.4 если "да", параметры элемента выражаются в относительных единицах:
; (2.8)
,
и вводятся в схему замещения (конец расчета для элемента i).
3 В п.5. Параметры элемента приводятся к основной ступени, выражаются в относительных единицах:
; (2.9)
,
и вводятся в схему замещения (конец расчета для элемента i).
4 В п.6. Если "да", параметры элемента выражаются в именованных, а затем в относительных единицах:
; (2.10)
,
и вводятся в схему замещения (конец расчета для элемента i).
5 В п.7. Параметры элемента выражаются в именованных единицах, приводятся к основной ступени, выражаются в относительных единицах
; (2.11)
,
и вводятся в схему замещения (конец расчета для элемента i).
В
формулах (2.6) … (2.11)
и
- ЭДС и сопротивление элемента, выраженные
в относительных единицах при номинальных
параметрах, мощность выражена в МВА,
напряжение - в кВ, сопротивление - в Ом.
Активные сопротивления элементов
системы при необходимости их учета
приводятся к основной ступени аналогично
индуктивным.
2.1.3 Расчет начальных сверхпереходных и ударных токов трехфазного КЗ
1) Схема замещения преобразовывается к элементарному виду относительно точки КЗ:
I"k0 I"10 I"20
I"k0=I"10+I"20
а) б)
Рисунок 1. Схемы замещения, преобразованные к элементарному виду, при одной — а) и двух — б) эквивалентных ЭДС