Расчет токов коротких замыканий в электроэнергетических сетях

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФГБОУ ВПО

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Электротехнический факультет

Кафедра электрических станций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ  В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СЕТЯХ

 

 

Пояснительная записка

Курсовой проект по дисциплине

«Электромагнитные переходные процессы»

ТПЖА 566742.033 ПЗ

 

 

 

 

 

 

Разработал студент гр. ЭС-31 __________________ /Зайков А. Г./

^{(подпись)}

 

Руководитель к.т.н. доцент __________________ /Кушкова Е. И./

^{(подпись)}

 

 

Проект защищен с оценкой «___________» «___»_________2012 г.

 

 

 

Члены комиссии ___________________/_____________

^{(подпись)}

 

___________________/_____________

^{(подпись)}

 

 

Киров 2012

 

Содержание

 

 

 

Введение

 

 

Короткое замыкание (КЗ) – ненормальный режим работы электроустановки или  энергосистемы, при котором происходит замыкание между фазами или между фазой и землей. При этом токи резко увеличиваются, а напряжения – падают по сравнению с номинальным режимом. Короткое замыкание представляет большую опасность из-за перегрева токоведущих частей, возникновения сильных электродинамических воздействий между шинами, возгорания дуги.

Расчет токов коротких замыканий  является одной из важнейших задач  при проектировании электрической  части электростанций и подстанций. Знание токов кортких замыканий  необходимо для выбора и проверки оборудования на термическую и электродинамическую стойкость, для расчета уставок релейной защиты. Также по результатам расчетов можно предусмотреть мероприятия по их уменьшению.

 

1. Определение параметров элементов расчетной схемы и составление схемы замещения

1.1. Определение параметров расчетной схемы

 

На основании расчетной схемы  из справочника[1] выписываются параметры оборудования электрической системы.

 

Генераторы G1, G2, G3

Тип: ТВВ-220-2ЕУ3;

;

;

;

;

;

.

 

Трансформатор Т1

Тип: ТЦ-250000/500;

;

;

;

.

 

Трансформатор Т2

Тип: ТЦ-250000/220;

;

;

;

.

 

Трансформатор Т3

Тип: ТДЦ-250000/110;

;

;

;

.

 

Трансформатор Т4

Тип: ТДНС-16000/20;

;

;

;

.

 

Автотрансформатор АТ1

Тип: АТДЦН-500000/500/220;

;

;

;

;

 

Автотрансформатор АТ2

Тип: АТДЦТН-200000/220/110;

;

;

;

;

;

.

 

Система:

;

;

;

.

 

ЛЭП:

Провод 3xАС – 400;

.

1.2. Схема замещения

 

Схема замещения изображена на рисунке 1.1.

 

Рисунок 1.1. Схема замещения электроэнергетической  сети

 

2. Расчет параметров схемы замещения  прямой последовательности в  именованных единицах для сверхпереходного и установившегося режима короткого замыкания

 

Для схемы замещения ЭЭС (рисунок 1.1) рассчитываются параметры ее элементов. При этом в соответствии с [2] при расчете периодической составляющей тока КЗ допускается учитывать только реактивные сопротивления элементов.

 

Прежде чем определять параметры  схемы замещения в именованных  единицах, следует задать базовое напряжение. Расчет будет производится по приближенному методу, основанному на шкале средних напряжений. Для данной схемы базовым принято высшее напряжение электроэнергетической сети – 500 кВ. Поэтому U_б = 515 кВ.

 

Сопротивления генераторов определяются по формуле:

 

, (2.1)

 

.

 

ЭДС генераторов принимается равной сверхпереходной ЭДС. Сверхпереходная  ЭДС:

 

, (2.2)

 

где I_ном(б) – номинальный ток генератора, приведенный к базовому напряжению:

 

, (2.3)

 

. Отсюда ЭДС генератора равна:

 

.

 

Сопротивление трансформаторов рассчитывается по формуле:

 

, (2.4)

 

;

 

;

 

;

 

.

 

Сопротивление двухобмоточного автотрансформатора также определяется по формуле (2.4):

 

  .

 

Трехобмоточный автотрансформатор  изображается на схеме замещения  ввиде трехлучевой звезды. Ее сопротивления  рассчитываются следующим образом:

 

; (2.5)

 

; (2.6)

 

. (2.7)

 

В соответствии с формулами (2.5 – 2.7) определяются сопротивления автотрансформатора АТ2:

 

;

 

;

 

.

 

Сопротивление системы:

 

, (2.8)

 

,

 

ЭДС системы:

, (2.9)

.

 

Сопротивление ЛЭП:

 

, (2.10)

. 
3. Векторная диаграмма и сверхпереходная ЭДС генератора

 

Для генератора G1 типа ТВВ-220-2ЕУ3 из справочника [1] необходимо выписать следующие параметры:

;

;

;

;

.

 

Для векторной диаграммы принимается  базовое напряжение 500 кВ, поэтому   .

 

Величины, приведенные к базовому напряжению:

 

;

 

;

 

;

 

.

 

Векторная диаграмма генератора G1 изображена на рисунке 3.1.

 

Из диаграммы следует, что сверхпереходная  ЭДС генератора , определенная графически, приблизительно равна 330 кВ, что совпадает со значением, рассчитанным в пункте 2

Рисунок 3.1 – векторная диаграмма  генератора G1 
4. Трехфазное короткое замыкание в точках К1 и К2

4.1.Расчет начального значения периодической составляющей токов КЗ

 

Расчеты периодической составляющей токов КЗ будут производится вручную с последующей проверкой на ЭВМ в программе TKZ-Win Pro.

 

Для ручного расчета необходимо исходную схему замещения преобразовать в эквивалентную схему относительно точки КЗ, содержащую одно эквивалентное сопротивление и одну эквивалентную ЭДС[3]. При этом используются обычные приемы преобразования электрических цепей: объединение параллельных и последовательных ветвей в одну, преобразование «треугольник-звезда» и др. Такое преобразование называется «сворачиванием» схемы.

 

Ветви, по которым ток КЗ не протекает, из схемы исключаются; для коротких замыканий в точках К1 и К2 это обмотка низкого напряжения автотрансформатора АТ2 и трансформатор собственных нужд Т4.

Всем ветвям и узлам присвоены  порядковые номера, земля имеет номер  «0».

 

Эквивалентирование цепи относительно точки К1 показано подробно, в дальнейшем часть преобразований будет опускаться.

 

Сначала ветви «1», «2» и «3»  объединяются в сопротивление  x₁:

 

.

 

Затем ветви «4» и «5» объединены в сопротивление x₂:

 

.

 

Ветви «10», «12», «13» и «14» объединены в сопротивление x₃:

 

.

 

Ветви «7» и «8» объединяются в сопротивление x₄:

 

 

Промежуточные результаты изображены на рисунке 4.1.

 

Рисунок 4.1. Первый шаг эквивалентирования

 

На втором шаге сопротивления  x₁ и x₂ вместе с ЭДС E_с и E_G2 объединены в одну ветвь, последовательную с споротивлением x_АТ1. Эти ветви объединяются в одну эквивалентную ветвь с сопротивлением x₅ и ЭДС E₁:

;

 

.

 

Аналогичные преобразования выполняются  с сопротивлениями x₄ и x₃, ЭДС E_G2 и E_G3:

;

 

.

На рисунке 4.2 показана схема замещения  после второго шага.

 

Рисунок 4.2 – второй шаг эквивалентирования

 

На заключительном шаге определяются непосредственно параметры эквивалентной  схемы (рисунок 4.3):

 

;

 

.

Рисунок 4.3 – эквивалентная схема  относительно К1

 

Периодическая составляющая тока короткого  замыкания:

 

. (4.1)

 

Ток КЗ, приведенный к напряжению 500 кВ, равен:

 

.

 

Фактическое значение:

 

.

 

Чтобы найти токи в ветвях и  напряжения в узлах, следует «развернуть» схему в исходную:

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

 

;

 

;

 

;

 

.

 

В таблице 4.1 приведены исходные данные для программы TKZ-Win в соответствии с рисунком 1.1 и расчетов пункта 2.

 

Таблица 4.1 – исходные данные для  расчета КЗ в точке К1

Номер	Начало	Конец	Активное	Реактивное	ЭДС
ветви	ветви	ветви	сопpотивление	сопpотивление	модуль	фаза
1	0	1	0	24,75	297,335	0
2	1	2	0	45,9	0	0
3	1	2	0	45,9	0	0
4	3	2	0	137,9	0	0
5	0	3	0	195,7	330,7	0
6	2	4	0	63,65	0	0
7	5	4	0	116,7	0	0
8	0	5	0	195,7	330,7	0
9	5	9	0	1657,66	0	0
10	4	6	0	152,5	0	0
11	0	10	0	271,9	0	0
12	6	7	0	0	0	0
13	8	7	0	111,4	0	0
14	0	8	0	195,7	330,7	0

 

Результаты компьютерного расчета  КЗ в точке К1 приведены в таблице 4.2.

 

Таблица 4.2 – результаты компьютерного расчета КЗ в точке К1

Номер	Начало	Конец	Ток			Номер	Hапpяжение
ветви	ветви	ветви	модуль	фаза		узла	модуль	фаза
1	0	1	2,4156	-90		1	237,5483	0
2	1	2	1,2078	-90		2	182,1097	0
3	1	2	1,2078	-90		3	243,5324	0
4	3	2	0,4454	-90		4	0	0
5	0	3	0,4454	-90		5	123,539	0
6	2	4	2,861	-90		6	109,7328	0
7	5	4	1,0586	-90		7	109,7328	0
8	0	5	1,0586	-90		8	189,8882	0
9	5	9	0	-90		9	123,539	0
10	4	6	0,7195	90		10	0	-90
11	0	10	0	-90
12	6	7	0,7195	90
13	8	7	0,7195	-90
14	0	8	0,7195	-90