Переходные процессы в системах электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Энергетика и технология металлов»

Переходные процессы в системах электроснабжения

Задания для выполнения контрольной и курсовой работы с методическими указаниями для студентов направления 140200 (специальность 140211 «Электроснабжение»)

Курган 2007

Введение

Методические указания включают в себя задания и исходные данные для расчетно-графической работы по токам короткого замыкания и курсовой работы по электромагнитным переходным процессам в системах электроснабжения для студентов специальности 140211 «Электроснабжение». Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения возникают в результате включения и отклонения электродвигательных агрегатов и при изменении их режимов, в результате коротких замыканий (к.з.), при несимметрии нагрузки, при работе регуляторов возбуждения, автоматов гашения поля, при несинхронном включении синхронных генераторов. В результате применяется запас электромагнитной энергии элементов системы электроснабжения. Скорость протекания таких процессов составляет от 50 до 150 Гц, что соответствует времени протекания от единиц до нескольких десятков миллисекунд. При этом механические параметры режима (например, частота вращения ротора машины) практически не успевают измениться вследствие инерции. Короткие замыкания являются самыми распространенными электромагнитными переходными процессами. Большая их часть является дуговыми, меньшая - металлическими, когда фазы электроустановки соединены между собой и (или) с землей.

Цель выполнения задания: более детальное изучение методов расчета электромагнитных переходных процессов в системах электроснабжения, развитие навыков применения этих методов для решения практических задач. При выполнении заданий необходимо: стремиться к наиболее рациональному порядку решения задач, приводить необходимые доказательства, положения и формулы. В заключении работы привести обобщающие выводы, список использованных источников.

Контрольная работа №1 (задачи 1 и 2)

Задача 1. Задача по расчетам токов короткого замыкания решается на примере схемы системы электроснабжения (рисунок 1). По заданной схеме электрической сети составить расчетную схему, схему замещения и найти закон изменения тока iK(t) при к.з. на выводах заданной нагрузки N при трех углах включения шu= 30°, ш=0, ш=цк и при отключенных выключателях Q, соответствующих варианту задания. Найти начальное значение периодической составляющей тока к.з. Задачу решить в именованных или относительных единицах, выполнив точное приведение элементов схемы. Для всех линий взять удельное(погонное) реактивное сопротивление Х0=ХУД=0,4Ом/км, а для всех нагрузок N1..N3 принять cosц=0,8. Исходные данные приведены в таблице 1, варианты задания в таблице 2.

Таблица 1 Исходные данные

Таблица 2 Варианты задания к задаче 1

Примечания

1. * - номер нагрузки, на выводах которой нужно искать ток к.з.

2. Ступени напряжения сети обозначены цифрами 1..7

Задача 2. Согласно варианту задания (таблица 3) составить схему замещения электрической сети и определить токи трехфазного короткого замыкания (к.з.) в точке, заданной вариантом, для моментов времени ф=0 и ф=0,3с (с помощью типовых кривых). Определить также ударный ток для заданной точки. Исходные данные приведены на схеме сети и таблице 3.

Таблица 3 Исходные данные к задаче № 2

Схемы к задаче 2

электромагнитный замыкание сеть

Список использованных источников

1. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для энергетических специальностей вузов./Под ред. В.М. Блок - М.: Высш. шк., 1990.-383с.

2. Расчет токов короткого замыкания. Методические указания к курсовому проектированию для студентов направления 140200 (специальность 140211)./Составил В.И. Мошкин - Курган, 2005.-31с.

3. Столбов Ю.А., Валеев Г.С., Пястолов В.В. Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения: Учебное пособие для студентов специальности 100400 /Ю.А.Столбов и др.-Челябинск: ЧПИ, 1987.-51с.

4. Ульянов С.А. Сборник задач по электромагнитным переходным процессам в электрических системах. - М.: Энергия, 1968.-456с.

5. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий.- М.: Энергоатомиздат, 1987.-368с.

6. Электротехнический справочник: Электротехнические изделия и устройства / Под ред. П.Г. Грудинского и др. - М.: Энергоатомиздат, 1986.-712с.

7. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах: Учебное пособие.- Новосибирск: НГТУ, 2003.-283с.

8. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах.-М.: Высш. шк., 1978.-415с.

9. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станции и подстанции: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования.- М.: Энергоатомиздат, 1989.-608с.

10. ГОСТ 27514-87. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.-М.: Издательство стандартов, 1988.-40с.

11. Столбов Ю.А. Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения: Учеб. пособие с примерами и иллюстрациями. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2000. - 250 с.

12. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования / Под ред. Б.Н. Неклепаева. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. - 152 с.

13. Расчёт коротких замыканий и выбор электрооборудования: Учеб. пособие /И.П. Крючков, Б.Н. Неклепаев и др.-2-е изд.-М.:АКАДЕМИЯ, 2006.-416 с.

Приложение 1

Таблица П.1 Обобщенные показатели для схемы вида "система"

Приложение 2

Расчет токов к.з. в схеме вида "генератор-система"

Если электрическая удаленность некоторых источников (генераторов) от расчетной точки к.з. равна нулю, то их следует выделить особо (источник - "генератор" Г), объединив все остальные источники в один эквивалентный - "система" С. В результате получим двухлучевую схему замещения (рис. П.2, в).

Схема такого вида типична для выбора токоведущих частей и электрических аппаратов на генераторном напряжении станции, где в источник Г выделяют генератор G1, а также на стороне 6-10 кВ подстанций в местах присоединения синхронных компенсаторов.

Периодическая составляющая тока к.з. от источника С (Iп.с)как и в предыдущем случае, может быть принята незатухающей. Периодическая составляющая тока к.з. от источника Г(Iп.ф. г) изменяется во времени по сложному закону, её обычно ищут с помощью типовых кривых (рис. П.2, а)

Апериодические составляющие тока к.з. от обоих источников затухают по экспоненте с постоянными времени Та.с и Та..г, определяемыми параметрами своих ветвей.

Периодические и апериодические составляющие тока в месте к.з. определяют суммированием соответствующих токов обоих источников.

Приложение 3

Расчет токов к.з. от источника С ("система")

Токи к.з. от источника С определяют аналогично предыдущему случаю. Постоянную времени Та.с в этом случае можно принять равной 0,06 с. Если задана мощность КЗ системы или ток КЗ системы, то постоянная времени Та.с вычисляется по известной формуле:

.

Приложение 4

Расчет токов к.з. от источника Г ("генератор")

Начальное значение периодической составляющей тока источника Г находят через его сверхпереходные параметры - ЭДС и сопротивление :

Iп.о.г = IБ•.

Для определения периодического тока Iп.ф. г от источника Г к моменту ф расхождения контактов выключателя рекомендуется использовать типовые кривые, приведенные на рис. П.2, а.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. П.2

По типовым кривым можно определить с допустимой погрешностью периодическую составляющую тока в момент ф в схеме, где один или несколько находящихся в одинаковых условиях генераторов через общий элемент (сопротивление) подпитывают точку к.з. (рис.П.2, в). Допустимо применение типовых кривых для расчета тока в сложной схеме, где генератор совместно с системой через общий элемент (сопротивление) подпитывают место к.з.

Кривые рис. П.2, а представляют собой рассчитанные на ЭВМ временные зависимости периодической составляющей тока трехфазного к. з. от генератора Iп.ф.г, отнесенной к начальному току Iп.о.г, построенные при разных удаленностях точки к.з. от генератора. Кривые на рис. П.2, б позволяют найти ток к.з. при питании к.з. от генератора и системы одновременно.

Удаленность фиксируется отношением Iп.о.г/ном.г,- где ном.г номинальный ток генератора (кА), приведенный к той ступени, где находится точка к.з, он определяется как:

ном. г = Pном.г/( Uср. к cos цном ),

где Pном.г и cos цном - номинальная мощность, МВт, и коэффициент мощности генератора соответственно; Uср. к - среднее значение напряжения той ступени, на которой находится точка к.з., кВ.

Расчет периодической составляющей тока к.з. в произвольный момент времени ф с использованием метода типовых кривых производят в следующем порядке:

а) определяют начальное значение периодической составляющей тока в месте к.з. от генератора (или их группы) Iп.о.г = Еф /(X”d + X?) и находят отношение Iп.о.г /ном.г . При наличии нескольких однотипных генераторов в выражение вместо Рном.г подставляют суммарную мощность всех генераторов;

б) по найденному параметру Iп.о.г/ном. г выбирают нужную кривую на рис. П.2, а и по ней для заданного t = ф определяют кратность искомого тока по отношению к начальному гф = I п.ф.г. /п.о.г;

в) определяют действующее значение периодической составляющей тока к.з. от генератора (или группы генераторов) в момент времени ф:

Iп.ф.г = гф Iп.о.г .

Кривые справедливы для турбогенераторов мощностью от 12 до 800 МВт, гидрогенераторов до 500 МВт и всех крупных синхронных компенсаторов.

Использование метода типовых кривых в сложной схеме с несколькими генераторами, различно удаленными от места повреждения, сопряжено с большими погрешностями (> 10%) и нецелесообразно.

Если генераторы и система связаны с точкой к.з. общим элементом (сопротивлением) Xк, то периодическую составляющую I п.ф в месте к.з, в любой момент времени t = ф находят, используя совместно типовые кривые рис. П.2, а и кривые гф= f(Iп.ф.? /Iп.о.? ) при различных значениях параметра (Iп.о.г /Iп.о.? ) (рис. П.2, б).

Рис. П.2

Здесь I п.о.? - начальное значение периодической составляющей тока в месте к.з. (результирующий ток от генераторов и от системы). Тогда расчет периодической составляющей тока к.з. в произвольный момент времени ведут в следующем порядке: а) преобразуют ранее составленную схему замещения и находят результирующие сопротивления ветвей Х?г и Х?с до узловой точки М (рис. П.2, в), а также общее сопротивление Xк;

б) определяют начальные значения периодических составляющих токов в месте к.з.: суммарного Iп.о.? и ветви генератора Iп.о.г и по ним, используя формулу, находят параметры Iп.о.г/ном.г и Iп.о.г/Iп.о.?,

в) по кривой рис. П.2,а для найденного параметра Iп.о.г/ном.г и для времени t=ф находят кратность гф. По ней и по кривой рис. П.2 б, соответствующей найденному параметру Iп.о.г/Iп.о.? , находят суммарную кратность г? ф = (Iп.ф.?/Iп.о.?);

г) определяют действующее значение периодической составляющей тока в месте к.з. в момент времени ф, когда источники Г и С связаны с точкой к.з. через общее сопротивление Xк:

Iп. ф = г?ф Iп.о.? .

Апериодическая составляющая точка к.з. от источника Г к моменту размыкания контактов выключателя ф может быть определена либо по формуле

iа.г.ф =Iп.о.г е-ф/Та.г,

либо по кривым е-ф/Та = f(Ta,ф) при известных величинах ф и Та.г /1/.

Ударный ток от источника Г:

iуд.г = kу.г Iп.о.г,

kу.г= 1 + е-0,01/Та.г.

Значения постоянных времени Та,г и ударных коэффициентов kуд.г для некоторых турбогенераторов приведены в табл. П.2.1. Во всех остальных случаях Та.г находят из справочной литературы /1;4/, а kуд..г определяют по формуле.

Таблица П.2.1 Значения постоянной времени и ударного коэффициента для генераторов

Приложение 4

Таблица П.2.2

Условные обозначения элементов схем (ГОСТ 2.722-68: -2.755-74)

Таблица П.3

Приложение 5

(ГОСТ 27514-87, с. 27)

Определение параметров элементов эквивалентных схем замещения в именованных единицах с приведением значений параметров расчётных схем к выбранной основной ступени напряжения сети, с учётом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов

При определении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в именованных единицах с приведением значений параметров расчётной схемы к выбранной основной ступени напряжения сети и с учётом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов необходимо ЭДС источников сопротивления всех элементов привести к основной ступени напряжения, используя соотношения:

;

,

где и - действительные значения ЭДС источника, кВ, и сопротивления, кОм, какого-либо элемента;

- коэффициенты трансформации трансформаторов, включённых каскадно между основной и N-й ступенями напряжения в направлении к искомой (!), где заданы и .

Если ЭДС и сопротивления заданы в о.е. при номинальных условиях (т.е. при и ), то значения соответствующих ЭДС и сопротивлений в именованных единицах, приведённых к основной ступени напряжения сети, следует определять по формулам:

;

,

где и - значения ЭДС и сопротивления в о.е. при номинальных условиях.

Приложение 6

(ГОСТ 27514 - 87, с. 28)

Определение параметров элементов эквивалентных схем замещения в относительных единицах с приведением значений параметров расчётных схем к выбранным базисным условиям и с учётом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов

При определении параметров элементов эквивалентной схемы замещение в о.е. с приведением параметров расчётной схемы к выбранным базисным условиями и с учетом фактических коэффициентов трансформации необходимо:

1). задаться базисной мощностью в МВ·А, , и для одной из ступеней напряжения сети (основной) выбрать базисное напряжение , кВ;

2). найти базисные напряжения в кВ для других ступеней напряжения сети, используя для этой цели формулу:

, (1)

где - коэффициенты трансформации трансформаторов между основной и N-й ступенями напряжения в направлении к искомой;

3). определить относительные значения ЭДС источников и сопротивлений всех элементов при выбранных базисных условиях по формулам:

 (2); (3); (4);

(5); (6),

где и - соответственно базисное напряжение, кВ, и базисный ток, кА, той ступени напряжения сети, где находится элемент, подлежащий приведению;

- соответственно номинальная мощность, МВ·А, номинальное напряжение, кВ, и номинальный ток, кА, этого элемента;

- ЭДС источника соответственно в именованных единицах, кВ, и относительных единицах при номинальных условиях.

Формулу (4) используют тогда, когда сопротивление элемента задано в именованных единицах (ВЛ, КЛ, реакторы), а формулу (5) - когда сопротивление задано в о.е. при номинальном напряжении и номинальном токе (реакторы). Формулу (6) используют тогда, когда сопротивление задано в о.е. при номинальной мощности и номинальном напряжении.

Приложение 7

(ГОСТ 27514-87, с.29)

Определение параметров элементов эквивалентных схем замещения при приближённом учёте коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов

При определении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в именованных единицах с приведением значений параметров расчётной схемы к выбранной основной ступени напряжения сети и приближённом учёте коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов следует применять формулы:

; ,

где - среднее номинальное напряжение сети той ступени напряжения, которая принята за основную, кВ;

- среднее номинальное напряжение сети той ступени напряжения, на которой находится элемент, параметры которого подлежат приведению, кВ.

Если ЭДС источников или сопротивления каких-либо элементов заданы в о.е. при номинальных условиях, то их приведённые значения в кВ и Омах следует находить по формулам:

; .

При приведении параметров элементов схемы замещения в о.е. с приведением значений параметров схемы к выбранным базисным условиям, используя приближённое приведение, базисное напряжение любой ступени напряжения сети следует принимать равным среднему номинальному напряжению этой ступени. Тогда относительные значения ЭДС и сопротивлений при выбранных базисных условиях следует определять по формулам:

;

;

;

;

.

Несимметричные короткие замыкания Токи и напряжения в месте к.з.

Размещено на Allbest.ru