Расчет электромагнитных переходных процессов в системах электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: «Расчет электромагнитных переходных процессов в системах электроснабжения»

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Переходные процессы в системах электроснабжения»

Выполнила

студентка гр. ЭСЭду15 ________________ И.И. Иванов

Проверил

И.И. Иванов

Нормоконтролер ________________ И.И. Иванов

Кафедра Электрические системы и сети

Дисциплина Электрические системы и сети

Специальность Электротехнические системы электропотребления

Курс IV Группа Семестр 4

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект (работу) студента

Иванова Ивана Ивановича

(фамилия, имя, отчество)

1. Тема проекта (работы) Расчет электромагнитных переходных процессов в системах электроснабжения

2. Срок сдачи студентом завершенного проекта (работы)

3. Исходные данные к проекту (работе) Параметры оборудования ТЭЦ, основные параметры оборудования ГПП, параметры воздушных ЛЭП и энергосистемы, длины кабельных линий, расчетная точка короткого замыкания

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень вопросов, которые подлежат рассмотрению) Выбор основного электротехнического оборудования схемы системы электроснабжения, расчет симметричных режимов коротких замыканий, расчет несимметричных коротких замыканий, построение векторных диаграмм токов и напряжений, определение тока замыкания на землю.

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)

6. Дата выдачи задания 08 февраля 2017 г

короткий замыкание замещение ток

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ВЫБОР ОСНОВНОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

2. СОСТАВЛЕНИЕ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ

2.1 Составление схемы замещения и расчёт параметров её элементов.

2.2 Преобразование схемы замещения к простейшему виду относительно места повреждения

2.3 Определение начального значения периодической составляющей токов КЗ от источников

2.4 Определение ударного тока короткого замыкания

2.5 Определение периодической и апериодической составляющих тока КЗ в заданный момент времени

2.6 Расчет тока при трехфазном КЗ на шинах 0,4 кВ

3. РАСЧЁТ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

3.1 Составление и преобразование к простейшему виду схем замещения отдельных последовательностей

3.2 Определение начальных значений симметричных составляющих токов и напряжений при несимметричном КЗ

3.3 Построение векторных диаграмм токов и напряжений

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

ВЫВОД

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка: 38 с., 13 рис., 7 ист., 6 табл.

Объект исследования - система энергоснабжения.

Цель работы - закрепление теоретического материала по дисциплине "Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения" и приобретение практических навыков применения теории для решения инженерных задач.

Курсовая работа содержит задачи составления и преобразования схем замещения электрической системы для токов различных последовательностей, определение величин токов и напряжений при симметричных и несимметричных режимах короткого замыкания (КЗ), построения векторных диаграмм определенных величин, приобретение навыков анализа различных видов КЗ. Работа содержит также задачи расчета токов при КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ и определения тока замыкания на землю в электрической сети с изолированной нейтралью.

Расчет проводится в относительных единицах методом приближенного приведения, приняв свободную величину базовой мощности Sб и базового напряжения Uб.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ, СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ, РЕЖИМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, ВЕКТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ, ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ, ТОКИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

ВВЕДЕНИЕ

Устойчивое развитие промышленности и сельского хозяйства страны в значительной степени зависит от надежности работы энергосистем. Последняя, в свою очередь, зависит от характеристик коротких замыканий и уровней токов короткого замыкания в электрических сетях.

Короткие замыкания являются основными причинами повреждения электроустановок и электрооборудования. Анализ статистических данных энергосистем показывает, что 50--65 % отказов электроустановок, 60--80 % отказов электрооборудования и 65--75 % пожаров в электроустановках происходят из-за коротких замыканий, ущерб от которых составляет сотни миллионов рублей в год и более.

Как правило, уровни токов короткого замыкания в электрической сети возрастают с увеличением мощности энергосистемы, плотности генерирующих мощностей и плотности соответствующей сети. Наибольшее число отказов от воздействия токов короткого замыкания приходится на электрооборудование. А отказ электрооборудования из-за цепочечного развития аварий может привести даже к системным авариям. Поэтому роль коротких замыканий в возникновении аварийных ситуаций весьма значительна. Важным фактором является и частота возникновения коротких замыканий разного вида. По усредненным данным для трехфазных, двухфазных и двухфазных коротких замыканий на землю она составляет примерно по 2 %, а для однофазных коротких замыканий -- 94 %. Вместе с тем относительная частота коротких замыканий разных видов на электростанциях, подстанциях и линиях электропередачи неодинакова. Так на электростанциях доля трехфазных и двухфазных коротких замыканий на землю более значительна, чем на подстанциях и линиях электропередачи.

Последствия коротких замыканий разнообразны -- это механическое и термическое повреждения электрооборудования, снижение уровня напряжения в электрической сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей и к выпадению из синхронизма отдельных генераторов электростанций, возгорание электроустановок и т.п.

Расчеты коротких замыканий необходимы для выбора главных схем электростанций и подстанций, проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики, выбора и проверки проводников и электрооборудования и т.д.

Приоритетной основой надежной работы электрооборудования является строгое соблюдение расчетных условий при его выборе, под которыми понимаются наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, в которых может оказаться выбираемое электрооборудование при его эксплуатации. Расчетные условия, как комплекс требований к электрооборудованию, подлежат тщательному научному обоснованию, а также анализу и корректировке по итогам эксплуатации электрооборудования с учетом вероятностных характеристик параметров режима. В расчетных условиях должны учитываться изменения структуры электрической сети и параметров основных элементов электроустановок, а также характеристики срабатывания ресурса электрооборудования.

При выборе электрооборудования необходимо учитывать наличие многофункциональных связей между его техническими, экономическими, экологическими и другими характеристиками, между детерминированными параметрами электрооборудования и непрерывными, но случайными (вероятностными) параметрами энергосистем. Выбор электрооборудования в этих условиях должен вестись с учетом системного принципа и системного подхода.

По режиму короткого замыкания электрооборудование проверяется на электродинамическую и термическую стойкость, невозгораемость (кабели), а коммутационные аппараты также на коммутационную способность и износостойкость. При этом предварительно нужно правильно определить расчетные условия короткого замыкания и параметры электрооборудования, выбрать модель расчета токов короткого замыкания и оценить, при необходимости, методы и средства ограничения токов короткого замыкания.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Для выполнения расчетов различных коротких замыкания была выдана следующая расчетная схема электрической системы:

Рисунок 1.1 - Расчетная схема электрической системы

Помимо схемы, были выданы параметры основного электрического оборудования, которые показаны в таблицах

Таблица 1.1 - Параметры генераторов

Усл.обозн.	Тип	PНОМ, МВт	UНОМ, кВ	cos цНОМ	Xd*”, о.е.	X2*, о.е
G1, G2	СВ-1510/120-108	63	10	0,8	0,21	0,3

Таблица 1.2 - Параметры трансформаторов

Усл.обозн.	Тип	SНОМ, МВт	UВ.НОМ, кВ	UН.НОМ, кВ	UК, %
Т1, Т2	ТД-40 000/110	40	110	10	10,5
Т3, Т4	ТРДН-10 000/110	10	110	6,3	10,5
Т5	ТСЗ-630/10	0,63	6,3	0,4	5,5

Таблица 1.3 - Параметры двигателей

Обозн.	Тип	PНОМ, МВт	UНОМ, кВ	cos цНОМ	, %	I*пуск, о.е.
М	2A3MB1-630/6000У5	0,63	6	0,8	95,3	7
МG	СТЖ-2000-23УХЛ4	2	6	0,8	96,8	7

Таблица 1.4 - Параметры воздушной ЛЭП

Обозн.	L, км	X0/X1	Х1, Ом/км
WL1	55	4,7	0,4
WL2	30	3,5	0,4

Таблица 1.5 - Параметры кабельных линий

Параметр	KL1	KL2	KL3	KL4
L, км	0,7	0,4	7,5	9,2
F, мм2	185	70	-	-

2. РАСЧЕТ СИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

2.1 Составление схемы замещения и расчет параметров ее элементов

На основании расчетной схемы электрической системы составим схему замещения для начального момента времени. Схема замещения представлена на рис.2.1.

Рисунок 2.1 - Схема замещения для К1(3)

На основании [2; 4], определим сопротивление и сверхпереходные ЭДС оборудования.

Система:



Сверхпереходная ЭДС системы EС=1,05 о.е.

Для оборудования ГПП

Воздушная линия WL2:

Трехфазный трансформатор с расщепленной ОНН T3, Т4:

Кабельная линия WK1, WK2: в связи с тем, что протяженность этих кабельных линий не значительна, принимаем: X6=X7=X8=X9=0.

Первая секция

Асинхронный электродвигатель М, мощностью Pном=2000 кВт в кол-ве 4:

Синхронный электродвигатель МG, мощностью Pном=630 кВт в количестве 8:

Вторая секция

Асинхронный электродвигатель М, мощностью Pном=2000 кВт в кол-ве 2:

Синхронный электродвигатель МG, мощностью Pном=630 кВт в количестве 4:

Сверхпереходные ЭДС электродвигателей:

Для оборудования ТЭС:

Воздушная линия WL1:

Трехфазные трансформаторы Т1, Т2:



Генераторы G1, G2:

Для наглядности сведем полученные данные в таблицу 2.1

Таблица 2.1 - Результаты расчетов параметров схемы замещения

Оборудование	X, о.е.	E, о.е.
Энергосистема GS	0,25	1,05
Воздушная линия WL1	0,83	-
Воздушная линия WL2	0,45	-
Трехфазные двухобмоточные трансформаторы Т1, Т2	2,6	-
Синхронные генераторы G1, G2	2,78	1,14
Трехфазные трансформаторы с расщепленной ОНН Т3, Т4
ВН	1,3
НН	18,3	-
Кабельные линии WK1, WK2	0	-
Асинхронные электродвигатели М	40	0,9
Синхронные электродвигатели МG	240	1,1

2.2 Преобразование схемы замещения к простейшему виду относительно места повреждения

После составления схемы замещения и определения сопротивлений всех элементов она преобразуется к простейшему виду (многолучевая звезда) с точкой КЗ в узле. Преобразование (свертывание) схемы замещения выполняется в направлении от источника питания к месту КЗ.

Будем использовать следующие сокращения:

«-» - последовательное соединение; «II» - параллельное соединение.

1) (X15 - X17) II (X16 - X18):

2) EG1IIEG2:

Eэкв1= 1,14 о.е.;

3) X14 - X19:

X20 = X14+X19= 0,83+3,6 = 4,43 о.е.;

4) X2 - X3:

X21 = X2+X3 = 0,45+1,3 = 1,75 о.е.;

5) X10IIX11:

6) X12IIX13:

7) EМ1IIEМG1:



8) EМ2IIEМG2:

После преобразований получим следующую схему замещения:

Рисунок 2.3 - Промежуточная схема замещения

9) X21 II X1:

10) EС IIEэкв2:



11) X5 - X23:

X25 = X5+X23 = 18,3+20=38,32 о.е.;

Получим следующую промежуточную схему замещения:

Рисунок 2.4 - Промежуточная схема замещения

12) X24 - X21:

X26 = X24+X21= 0,23+1,75 = 1,98 о.е.;

13) X26 II X25:

14) Eэкв4 II Eэкв3:

Получим следующую промежуточную схему замещения:

Рисунок 2.5 - Промежуточная схема замещения

15) X4 - X27:

X28 = X4+X27= 18,3+1,88 = 20,18 о.е.;

16) Eэкв2 II Eэкв5:

17) X15 II X28:

2.3 Определение начального значения периодической составляющей тока КЗ от источников

Базисный ток:

Периодическая составляющая тока короткого замыкания в начальный момент времени:

2.4 Определение тока от каждой ветви

1) От 1 СШ:

2) От энергосистемы, генераторов и 2 СШ:

3) От 2 СШ:

4) От энергосистемы и генераторов:

5) От энергосистемы:



6) От генераторов:

2.4 Определим периодическую составляющую тока короткого замыкания в заданный момент времени

Периодическая составляющая тока короткого замыкания в заданный момент времени 0,1с:

Первая система шин:

Номинальный ток асинхронного двигателя M в кол-ве 4 штук, приведенный к точке КЗ:

Номинальный ток синхронного двигателя MG в кол-ве 8 штук, приведенный к точке КЗ:

Трехфазный ток КЗ в начальный момент времени асинхронных двигателей М:

Удаленность для асинхронного двигателя М:

По кривым [1] рис.2.1, определяем коэффициент . Рассчитаем периодическую составляющую тока КЗ от асинхронных двигателей 1 СШ в момент времени 0,1:

Трехфазный ток КЗ в начальный момент времени синхронных двигателей МG:

Удаленность для синхронного двигателя МG:

По кривым [1] рис.2.1, определяем коэффициент . Рассчитаем периодическую составляющую тока КЗ от синхронных двигателей 1 СШ в момент времени 0,1:

Вторая система шин:

Номинальный ток асинхронного двигателя M в кол-ве 2 штук, приведенный к точке КЗ:

Номинальный ток синхронного двигателя MG в кол-ве 4 штук, приведенный к точке КЗ:

Трехфазный ток КЗ в начальный момент времени асинхронных двигателей М:

Удаленность для асинхронного двигателя М:

По кривым [1] рис.2.1, определяем коэффициент . Рассчитаем периодическую составляющую тока КЗ от асинхронных двигателей 2 СШ в момент времени 0,1:

Трехфазный ток КЗ в начальный момент времени синхронных двигателей МG:

Удаленность для синхронного двигателя МG:

По кривым [1] рис.2.1, определяем коэффициент . Рассчитаем периодическую составляющую тока КЗ от синхронных двигателей 1 СШ в момент времени 0,1:

3. РАСЧЕТ НЕСЕМИТРИЧНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

3.1 Составление схемы замещения и расчет параметров ее элементов

На основании расчетной схемы электрической системы составим схему замещения для начального момента времени. Схема замещения представлена на рис.3.1.

Рисунок 3.1 - Схема замещения

Расчет параметров схемы замещения и их значений аналогичен п.2.1.

3.2 Преобразование схемы замещения к простейшему виду относительно места повреждения

Прямая последовательность

1) (X15 - X17) II (X16 - X18):

2) EG1IIEG2:

Eэкв1= 1,14 о.е.;

3) X2 - X3:

X20 = X2+X3 = 0,45+1,3 = 1,75 о.е.;

4) X10IIX11:

5) X12IIX13:

7) EМ1IIEМG1:

8) EМ2IIEМG2:

После преобразований получим схему замещения:

Рисунок 3.2 - Промежуточная схема замещения

9) X21 - X4:

X22 = X21+X4 = 7,5+18,3 = 25,8 о.е.;

10) X22 - X5:

X23 = X22+X5 = 20+18,3 = 38,3 о.е.;

11) X23IIX22:

12) Eэкв2IIE3:

13) X24 - X20:

X25 = X24+X20 =15,41+1,75 = 17,16 о.е.;

14) X25IIX1:

15) EсIIEэкв4:

Получим промежуточную схему замещения:

Рисунок 3.3 - Промежуточная схема замещения

16) X26 - X14:

X27 = X26+X14 =0,24+0,83 = 1,07 о.е.;

17) X27IIX19:

18) Eэкв1IIEэкв5:

Обратная последовательность

Результирующая сверхпереходная Э.Д.С.: . Результирующее сопротивление:

Нулевая последовательность

Схема замещения для нулевой последовательности:

Рисунок 3.4 - Схема замещения для определения результирующего сопротивления нулевой последовательности

Пересчитаем сопротивление ЛЭП:

WL1:

WL2:

Приведем схему к упрощенному виду:

1) X0.5 - X0.6:

X0.7 = X0.5 + X0.6 =1,575+1,3 = 2,875 о.е.;

2) X0.2 + (X0.1II X0.7):

3) X0.3II X0.4IIX0.8:

3.3 Абсолютный ток короткого замыкания в месте КЗ

Базисный ток:

3.4 Ток прямой, обратной и нулевой последовательности

3.5 Напряжение прямой, обратной и нулевой последовательности

Проверка:

3.6 Построение векторных диаграмм токов и напряжений

Рисунок 3.5 - Векторная диаграмма напряжений на стороне ВН трансформатора

Рисунок 3.6 - Векторная диаграмма токов на стороне ВН трансформатора



Рисунок 3.7 - Векторная диаграмма напряжений на стороне НН трансформатора

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИС ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

В электрических сетях напряжением 6-35 кВ с изолированной нейтралью ток замыкания на землю в основном протекает через емкостные сопротивления неповрежденных фаз относительно земли. Емкостные сопротивления элементов электрической сети значительно превышают их индуктивные и активные сопротивления, и последними можно пренебречь. Это позволяет считать, что ток замыкания на землю не зависит от места замыкания.

В сетях с большим количеством кабельных линий величина тока замыкания на землю определяется практически лишь емкостными токами кабельных линий. Поэтому в практических расчетах этот ток можно приближенно определить за формулой:

где - удельный емкостной ток замыкания на землю кабельной линии, для WK1 принимаем (185 мм2), для WK2 - (70 мм2) по [1].

- длина кабельной линии, электрически связанной с точкой замыкания, км;

В связи с тем, что расчетное значение емкостного тока не превышает максимально допустимую величину (), установка дугогасительного реактора не требуется

5. РАСЧЕТ ТОКА ПРИ ТРЕХФАЗНОМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ШИНАХ 0,4 КВ

Во время расчета токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ необходимо учитывать активные и индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, в том числе кабелей и шин длиной 10 м и более, токовых катушек автоматических выключателей, переходных контактов и др.

В данном случае рассматривается трехфазное короткое замыкание на шинах 0,4 кВ (рис. 5.1). Потребители этого класса напряжения получают питание от шин 6 кВ через трансформатор Т5 и шинопровод. Так как номинальный вторичный ток превышает 500 А сопротивлением трансформаторов тока можно пренебречь, согласно [3], и они на рис. 5.1, Б условно не показанные.

Рисунок 5.1 - Схемы для расчета трехфазного КЗ в сети 0,4 кВ:

А - Принципиальная; Б - Схема замещения

Сопротивление энергосистемы, мОм:

где - среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В;

- среднее номинальное напряжение сети энергосистемы, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В;

- действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ на стороне высшего напряжения трансформатора, кА.

Активное и реактивное сопротивление трансформатора:

где - потери короткого замыкания трансформатора, Вт;

- полная мощность трансформатора, кВ?А;

где - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

- номинальное напряжение обмотки низшего напряжение трансформатора, кВ;

- потери короткого замыкания трансформатора, кВт;

Актиничное и реактивное сопротивление шинопровода:

где - длина шинопровода, принимаем ;

- активное и реактивное удельное сопротивление, принимаем , по [7];

Реактивное сопротивление катушек и контактов автоматических выключателей: по [7].

Переходное сопротивление: по [7].

Начальное действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ:

где - соответственно суммарное активный и индуктивное сопротивление цепи КЗ, мОм;

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ:

Время появления ударного тока, с:

где - угол между векторами напряжения источника и периодической составляющей тока КЗ:

Ударный ток короткого замыкания:

где - ударный коэффициент, принимаем по [7, стр.156]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении курсовой работы мы самостоятельно рассчитали электромагнитные переходные процессы, происходящие в электрической системе варианта задания. При этом нам пришлось использовать для решения тех или иных вопросов комплекс знаний, полученных из курса «Переходные процессы в системах электроснабжения» и других смежных дисциплин.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Учебное пособие для вузов. - 4-ое изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.- 608с.

2. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электри-ческих системах. - М.: Энергия, 1970. - 520 с.

3. Переходные процессы в системах электроснабжения / Под редакторши В.Н. Винославского. - Киев: Высш. шк., 1989. - 422 с.

4. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. - 3-ое изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987.- 648с.

5. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / Под редакторши И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова. - М.: Энергоатомиздат, 1989. -768 с.

6. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник. А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 504с.

7. Пивняк Г.Г., Винославский В.Н. и др. Переходные процессы в системах электроснабжения Учебник для вузов, 3-изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, Днепропетровск, Национальный горный университет,2003. - 548 с.

Размещено на Allbest.ru