Расчет переходных режимов в электрической сети

Содержание

 

 

 

Введение

Развитие современных  электроэнергетических систем идет по пути концентрации производства электроэнергии на мощных электростанциях и централизации электроснабжения от общей высоковольтной сети.

При переходе от одного режима к другому изменяется электромагнитное состояние элементов системы и нарушается баланс между механическим и электромагнитным моментами на валах генераторов и двигателей. Это означает, что переходный процесс характеризуется совокупностью электромагнитных и механических изменений в системе, которые взаимно связаны и представляют собой единое целое. Тем не менее очень часто переходный процесс делят на две стадии. На первой стадии из-за большой инерции вращающихся машин в ЭС преобладают электромагнитные изменения. Эта стадия длится от нескольких сотых до 0.1 - 0.2 с и называется электромагнитным переходным процессом. На второй стадии проявляются механические свойства системы, которые оказывают существенное влияние на переходные процессы. Эта стадия называется электромеханическим переходным процессом.

Деление режимов электрической  системы на установившиеся и переходные условно. В установившемся режиме реальной системы его параметры постоянно  меняются, что связано со следующими факторами:

• изменением нагрузки и реакцией на эти изменения регулирующих устройств;
• нормальными эксплуатационными изменениями схемы коммутации системы;
• включением и отключением отдельных генераторов или изменением их мощности.

Таким образом, в установившемся режиме системы всегда есть малые возмущения параметров ее режима, при которых она должна быть устойчива.

   Статическая устойчивость - это способность системы восстанавливать исходный (или близкий к исходному) режим после малого его возмущения.

          Нагрузка электрической системы оказывает влияние на устойчивость синхронных генераторов. Если мощность приемной системы соизмерима с мощностью электропередачи, то напряжение на шинах нагрузки не остается постоянным при изменении режима работы электропередачи. В этом случае предел передаваемой мощности (называемый действительным пределом) существенно ниже предела при постоянстве напряжения на шинах нагрузки. С другой стороны, колебания напряжения на шинах нагрузки могут вызвать неустойчивость синхронных и асинхронных двигателей, входящих в состав нагрузки, т.е. неустойчивость самой нагрузки.

 

1. Исходные данные

 

 

ИП1 l₁          l₂       l₃   ИП2

                       l₄                l₅            l₆

         l₇          l₈                           l₉

 

 

          1               2               3               4               5

 

 

 

Рис.1   Схема электрической  сети.

 

Исходные данные генератора типа ТГВ-200-2УЗ по [1]:

Номинальная мощность 235 МВА ;

активная мощность 200 МВт ;

номинальное напряжение 15.75 кВ ;

номинальный ток  8625 А ;

номинальный cosj=0.85 ;

сверхпереходное сопротивление  .

Сопротивление линии электропередачи  0.4 Ом/км.

Соотношение между индуктивным  и активным сопротивлением системы  K_C=x/r = 17.9 .

 

 

2. Сравнение  методик расчета токов короткого  замыкания при трехфазном коротком замыкании

2.1 Метод базисных  единиц

2.1.1 Определение  токов короткого замыкания до шин расчетной подстанции

 

Суммарная мощность генераторов источника  питания ИП2 определяется по формуле

,МВА				(1)
где	NГ	-	количество генераторов источника  питания , принимается из задания ,шт.

 МВА.

Теперь по данной мощности выбираем тип автотрансформатора. Мощность автотрансформатора определяется из условия

,МВА				(2)
где	NТ	-	количество трансформаторов источника  питания , принимается из задания, шт .

МВА.

По [1] выбираем автотрансформатор типа АТДЦТН-250000/220/110 с параметрами:

номинальная мощность ;

напряжение короткого замыкания  между ВН-СН 11 %;

напряжение короткого замыкания  между ВН-НН 32 %;

напряжение короткого замыкания  между СН-НН 20 %.

 

Для расчетов примем базисную мощность 100 МВА , а за базисное напряжение 115 кВ.

Рассчитываем базисные сопротивления генераторов по формуле

,

(3)

.

Сопротивление элементов схемы  замещения автотрансформаторов  рассчитываются по формулам

,	(4)
,	(5)
.	(6)

,

,

.

Базисное сопротивление линии  электропередачи определяется по формуле

,				(7)
где	L	-	длина участка ЛЭП, км ;
	UНЛ	-	номинальное напряжение ЛЭП , кВ .

Результаты расчетов по (7) для участков ЛЭП приведен в   таблице 1.

 

Таблица 1 - Базисные сопротивления  участков ЛЭП 

Участок ЛЭП	l1	l2	l3	l4	l5	l6	l7	l8	l9
X*Л	0.079	0.248	0.056	0.088	0.046	0.053	0.054	0.035	0.1

 

Для расчета тока короткого замыкания  последовательно преобразуем схему в двухлучевую звезду с вершинами в точке короткого замыкания , и источниками питания.

 

 

 

Схема сети

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1           2              3            4              5

 

Рис. 2 Схема сети

 

Схема замещения сети

    ИП2

    X_*Л1         X_*Л2          X_*Л3                 X_*СН        X_*НН         X_*Г      

 

          ИП1          

 

                           X_*Л4       X_*Л5       X_*Л6

                                                                              X_*ВН

                           X_*Л7         X_*Л8     X_*Л9

 

Рис.3

 

;

;

;

;

.

 

            X_*1-2       X_*3-СН                 X_*Г-НН

 

 

                    X_*Л4   X_*Л5-6

  X_*ВН

     X_*7-8                  X_*Л9

 

Рис. 4

 

;

;

.

 

 

          X_*1-2   X_*3-СН                                 X_*Г-НН

 

 

 

X_*4-ВН

 

Рис.5

 

Теперь преобразуем треугольник  сопротивлений в звезду по следующим формулам

	(8)
	(9)
	(10)

Тогда

;

;

.

 

X_*3         X_*2                       X_*Г-НН

 

 

  X_*1

 

Рис.6

 

.

 

Теперь преобразуем трехлучевую звезду в двухлучевую.

Эквивалентное сопротивление определяем по формуле 

;

(11)

.

Коэффициенты приведения сопротивления 

	(12)
	(13)

.

;

Проверка 

С₁+С₂=1 ;

0.479+0.521=1 .

 

Сопротивление ветвей источников питания  в двухлучевой схеме 

;	(14)
;	(15)

;

.

Итоговая схема для расчета  токов короткого замыкания

 

 

        X_*ИП1       X_*ИП2

 

 

Рис.7 Расчетная схема

 

Для расчетной подстанции выбираем трансформатор по полной мощности подстанции. Количество трансформаторов подстанции-2 (один в работе , другой в резерве). По [1] выбираем трансформатор типа ТДТН-40000/110/38.5/11 .Параметры трансформатора :

номинальная мощность ;

напряжение короткого замыкания  между ВН-СН 10.5 %;

напряжение короткого замыкания между ВН-НН 17.5 %;

напряжение короткого замыкания  между СН-НН 6.5 %.

Сопротивления схемы замещения  трансформатора рассчитываются по формулам (4),(5),(6):

;

;

.

 

    X_*ИП1            Х_*ИП2

 

     К₁

 

    Х_*ВН

 

   Х_*СН                     К₂

 

 

 

    Х_*НН

 

 

К₃

 

 

Рис.8 Схема для расчетов токов короткого замыкания до подстанции.

 

Для расчета определяем постоянную времени по формуле

,

(16)

.

 

Теперь определяем ударный коэффициент  по формуле

,

(17)

.

 

 

 

2.1.1.1  Расчет  для источника ИП2

 

Удаленность короткого замыкание  определяется по расчетному сопротивлению для источника ограниченной мощности. Если это сопротивление больше 1 ,то замыкание считается удаленным , если меньше 1- неудаленным.

,				(18)
где	X*РЕЗ.K	-	результирующее сопротивление  от источника до точки короткого замыкания .

Для точки К₁

 

.

Так как сопротивление меньше 1 то короткое замыкание неудаленное. Расчет токов короткого замыкания ведем методом типовых кривых, описанном в [2,стр. 42]

Относительное значение сверхпереходной  ЭДС источника определяется по формуле

,

(19)

.

Определяем номинальный ток  источника при напряжении ступени  к.з. по формуле

,кА ;				(20)
где	UСР.K	-	среднее напряжение ступени в точке  короткого замыкания ,кВ.

Для точки К₁

 кА.

Сверхпереходной ток источника  питания ИП2

,кА ;				(21)
где	UСР.K	-	среднее напряжение ступени в точке  короткого замыкания ,кВ.
	XИП2	-	сопротивление ветви источника  до точки к.з., Ом :
,Ом .				(22)