Выбор токоограничивающего реактора. Расчет электрической нагрузки трансформатора

Задача 1



Выбрать токоограничивающий реактор на кабельной линии электростанции в целях ограничения токов короткого замыкания до величины, указанной в таблице вариантов, таблица 1.1. Выбор реактора на отходящей кабельной линии осуществить в предположении, что секционный выключатель QB- включен.

При выборе реактора учесть подпитку точки короткого замыкания К2 генераторов и от системы.

Дано:

Максимально рабочий ток кабельной линии Ip max 600 А.

Номинальная мощность генераторов Рн 30 МВт.

Номинальный коэффициент мощности генераторов cos φ 0.92

Номинальное напряжение установки Uн 6,3 кВ.

Величина ограничения мощности КЗ Sкз 250 МВА.

Время действия защиты присоединения t 1,0 с.

От системы в точке К1 Sкз 1980 МВА.

Номинальная мощность тр – ра 32 МВА.

Исходная схема к выбору реактора представлена на рисунке 1.

















Рисунок 1. Схема электроустановки.




Согласно схемы на рисунке 1 составим схему замещения прямой последовательности, на рисунке 2.





Рисунок 2. Схема замещения прямой последовательности.

реактор трансформатор генератор напряжение

Производим выбор оборудования с расчетом индуктивных сопротивлений и сверхпереходных ЭДС для отдельных элементов схемы замещения. Расчет производим в о. е.

Принимаем базисные значения:

















Расчет отдельных элементов схемы замещения.

Система:














Генератор:



















Трансформатор:









Преобразуем схему замещения в простой вид. Так как G1и G2 работают в параллель, сведем их к одной точке.








Рисунок 3. Схема замещения.







Периодическая составляющая тока КЗ в точке К1:

















Эквивалентное результирующее сопротивление цепи в точке К2 при отсутствии реактора:









Ограничиваемый ток КЗ:









Сопротивление цепи с учетом реактора:









Находим требуемое сопротивление реактора:







На основании расчета выбираем реактор РБДГ – 10 – 4000 – 0,105 с параметрами: Uн – 10 кВ, Iн – 4000, Хр – 0,105 Ом, Iдин – 97 кА, I 2терм – 38,2 кА.

Результирующее сопротивление цепи с учетом реактора:







Начальное значение периодического тока КЗ за реактором:










Проверка реактора на электродинамическую стойкость:







Проверка выполнения условия на электродинамическую стойкость:







Проверка реактора на термическую стойкость:







где: 

Определение теплового импульса:









Проверка выполнения условия на термическую стойкость:







Остаточное напряжение на шинах при КЗ за реактором:












Остаточное напряжение, создаваемое линейным реактором, должно быть не менее 65-70% от номинального напряжения установки.

Потеря напряжения в рабочем режиме:









В нормальном режиме работы потеря напряжения в реакторе, как правило, не должна быть выше 1−1,5%.

Выбранный реактор соответствует всем нормам.



Задача 2



Выбрать сборные шины распредустройства 6 или 10 кВ по данным приведенным в таблице вариантов. Выбранные шины проверить на действие КЗ.

Дано:

Номинальное напряжение установки Uн – 6,3 кВ.

Максимальная рабочая мощность нагрузки Sp max 30 МВА.

Начальный сверхпереходной ток 3 – х фазного КЗ I(3) 26 кА.

Установившийся ток 3 – х фазного КЗ I(3) 21 кА.

Установившийся ток 2 – х фазного КЗ I(2) 23 кА.

Время действия защиты tз 0,8 с.

Число часов использования максимума нагрузки Тmax 4000 час.

Решение.

Найдем максимальный расчетный ток:









По справочнику выбираем шины, алюминиевые 2 х 100х10 продолжительный допустимый ток 2860 А.

Произведем проверку по нагреву длительно допустимым током в нормальном режиме.







при расположении шин плашмя К1 = 0,95 при ширине полосы < 60мм. и с учётом поправки на температуру воздуха, отличной от принятой ; , тогда











Условие выполняется.

Расположим шины плашмя и определим момент инерции:










Минимальное расстояние между осями опорных изоляторов вдоль фазы:









Принимаем расстояние между осями опорных изоляторов вдоль фазы равное 1,5 м.

Определим ударный ток:







где: 



Максимальное усилие действующее на проводник средней фазы:









где: a – 0,3 м расстояние между осями проводников (фаз);

	Рассчитаем резонанс на шине

	







Момент изгибающий шину:









Момент сопротивления:









Максимальное расчетное напряжение шины при КЗ определится по формуле:









Шины являются механически прочными, если соблюдается условие








где − допустимое механическое напряжение в материале шин.

Допустимое напряжение для алюминиевых шин 75 МПа;



Условие выполняется.

Рассчитаем междуполосное усилие:







Определим коэффициент формы:









где =2b – расстояние между осями полос. 

По кривым определим коэффициент формы для проводников прямоугольной формы:



Рассчитаем междуполосное усилие по формуле (24):



Пролет  рассчитывают по двум формулам и принимают меньшее значение.












где  − расстояние между осями полос, см;  −Па – модуль упругости;− междуполосный момент инерции, .









где  − 2,318 масса полосы на единицу длины, .

Из двух полученных по формулам (25) и (26) значений принимается наименьшее .

Момент, изгибающий полосу определяем из выражения:









Момент сопротивления (шины в пакете всегда расположены на ребро.)










Напряжение в материале шин от междуполосных сил взаимодействия:









Шины являются механически прочными, если соблюдается условие







где − допустимое механическое напряжение в материале шин.

Допустимое напряжение для алюминиевых шин 75 МПа;



Условие выполняется.

Проверка на термическую стойкость и действию токов КЗ.

Для алюминиевых шин допускается конечная температура при КЗ 200 С.

Начальная температура шины:









По кривым для определения конечной температуры шин при КЗ:












где: 



По назначению Ак находим, что при КЗ шины нагреваются до 90С, что допустимо, т.к.

>

Проверим шины на тепловой импульс:









где: 

Минимально возможное сечение проводника, отвечающее требованию его термической стойкости при КЗ:









где С – функция, А/мм, для алюминиевых шин С = 91,

т.к. =292,78 мм2, а шины выбраны сечением 1000 мм, то они являются термически стойкими.






Задача 3



Рассчитать эл. нагрузки и ток трехфазного КЗ на шинах 10кВ ГПП в наиболее тяжелом режиме. Выбрать трансформатор ГПП, рассчитать потери в них. Выбрать выключатели вводов 10 кВ ГПП.

Дано:

Количество СД 8шт.

Номинальная активная мощность СД 5000 кВт

 СД /  0.9/0.16

Сторонняя нагрузка Рн 20000 кВт

 сторонней нагрузки 0,7

Sкз на стороне 110 кВ 6900 МВА

Длина линии 7 км

Решение.

Определение электрических нагрузок будем производить по методу коэффициента спроса. Определим суммарную мощность:







где:  количество СД;  коэффициент спроса 





Найдем реактивную мощность СД:







где: 










где: 



С учётом коэффициента разновременности максимума нагрузки:









где:  = 0,95 - коэффициента разновременности максимума по активной нагрузке;  = 0,9 - коэффициента разновременности максимума по реактивной нагрузке.





Расчетный коэффициент реактивной мощности равен:







Поэтому необходимо скомпенсировать реактивную мощность до значения  = 0.25;





Выбираем батареи конденсаторов стандартной мощности для внутренней установки типа КРМ (УКЛ 56) – 10,5 кВ - 4000 в количестве 6 штук, суммарной мощностью 24000 квар, тогда с учётом КУ:












Найдем рабочий ток:









Мощность силовых трансформаторов определим по формуле (39). Число трансформаторов принимаем равным 2. Мощность трансформаторов выбирают с учетом коэффициента загрузки, равным 0,65÷0,7 в нормальном режиме. Таким образом, мощность трансформатора ориентировочно определяется из условия: 







где n – число трансформаторов; 

– коэффициент загрузки трансформатора.



Выбран трансформатор типа ТДЦ – 40/ 115:

; ; 

; ;

 ; ;

Выбранный по условиям нормального режима работы трансформатор проверяется по допустимой перегрузке (при отключении одного из трансформаторов) по выражению:









где – коэффициент перегрузки трансформатора.  не должен превышать значение 1,4, т.е 1,4∙ ≥ . Такая перегрузка трансформатора допускается в течение пяти дней по шесть часов, при этом возможно отключение части ЭП, относящихся к III – й категории.

Определяем потери в трансформаторах:







где:  – коэффициент изменения потерь, изменяющихся в пределах 0,02÷-0,12, зависящий от места присоединения трансформаторов. Для трансформаторов ГПП или ПГВ,  принимается равным 0,05.  - реактивные потери холостого хода:











Потери активной мощности:


















Рассчитав потери мощности в трансформаторах определяют расчётную нагрузку на стороне высокого напряжения трансформатора:






























Таблица 1. Расчет электрических нагрузок.

Наименование

Pн кВт

Кс

cosφ

tgφ

Pр кВт

Qр квар

Sр кВА

Iр А

Синхронный двигатель

Количество 8шт.

5000



40000

0,85

0,9

0,484





34000





16456





Сторонняя нагрузка

20000

0,9

0,7

1,02

20000

24000





∑ сил. нагр.

10 кВ

60000







54000

40456





С учетом Крм









51300

36410,4





Мощность КУ.











24000





∑ сил. нагр.

10 кВ









51300

12410,4

52779,8

3047,2

Потери в тр-торе









725,82

7578





∑ сил. нагр.

ГПП









52025,82

19988,4

55733,49





Расчет трехфазного короткого замыкания.

Для расчета составим схему замещения электрической сети, рисунок 4.



























Рисунок 4. Схема замещения электрической сети.



Примем базисные значения:



Рассчитаем значения отдельных элементов схемы замещения, расчет ведем в относительных единицах.

Синхронный двигатель:







При расчете примем что СД работает с перевозбуждением.











Система:











Нагрузка:












Трансформатор:









Линия:









Преобразуем схему замещения в простой вид, рисунок 5.















Рисунок 5. Преобразованная схема замещения в простой вид.


















Рассчитаем начальное значение периодической составляющей тока КЗ для каждой ветви.















Ударный коэффициент тока КЗ.







где: 



Определим значение ударного тока КЗ.









По расчетным данным выбираем выключатели вводов, ориентируемся на вакуумный выключатель ВВЭ – 10 – 31,5/3150У3; Uн=10 кВ; Iвк ном=3150 А;

Iном откл=31,5 кА; Iдинам=80 кА; Iтерм=31,5 кА/3 с; tоткл=0,075 с.

Проверяем по току отключения:



Проверка на электродинамическую стойкость:



Проверка на термическую стойкость:







Примем расчетную продолжительность КЗ равной 2с, исходя из времени срабатывания резервной защиты.







Выбранный выключатель соответствует всем нормам.






Литература



	Электрическая часть станций и подстанций / Под ред. А. А. Васильева. – М.: Энергоатомиздат, 1990. 576 с, с ил.

	Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат, 1989

	Неклепаев Б.Н. Электрическая часть станций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

	Переходные процессы в системах электроснабжения: Учебник/ В. Н. Винославский, Г. Г. Пивняк, Л. И. Несен и др.; Под ред. В. Н. Винославского.— К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989.— 422 с.

	Программа и методические указания к самостоятельной работе по курсу "Электромагнитные переходные процессы" для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 8.090603 "Электротехнические системы электропотребления"/ Составил: В.В. Нестерович. – Мариуполь: ПГТУ, 2004. – 25с.