Расчет симметричных и несимметричных коротких замыканий в электроэнергетической системе

Содержание



Введение

1. Расчёт токов симметричного трехфазного короткого замыкания в точке К1

1.1 Приближенное приведение в относительных единицах для точки К1

1.1.1 Расчёт реактивного сопротивления элементов

1.1.2 Расчёт активного сопротивления элементов

1.1.3 Расчёт токов короткого замыкания в точке К1

1.2 Точное приведение в относительных единицах для точки К1

1.2.1 Расчёт реактивного сопротивления элементов

1.2.2 Расчёт активного сопротивления элементов

1.2.3 Расчёт токов короткого замыкания в точке К1

2. Расчёт токов симметричного трехфазного короткого замыкания в точке К5

2.1 Точное приведение в именованных единицах

2.1.1 Расчёт реактивного сопротивления элементов

2.1.2 Расчёт активного сопротивления элементов

2.1.3 Расчёт токов короткого замыкания в точке К5

3. Сравнение результатов приближенного и точного расчетов

4. Расчет полного тока короткого замыкания

5. Построение векторных диаграмм

6. Расчёт теплового импульса

7. Расчет токов несимметричного короткого замыкания в точке К5

7.1 Определение параметров схемы замещения прямой последовательности

7.2 Определение параметров схемы замещения обратной последовательности

	7.3 Определение параметров схемы замещения нулевой последовательности

7.4 Определение токов и напряжений в месте повреждения К5

7.4.1 Однофазное короткое замыкание

8. Расчет токов несимметричного короткого замыкания в точке К1

8.1 Определение параметров схемы замещения прямой последовательности

8.2 Определение параметров схемы замещения обратной последовательности

	8.3 Определение параметров схемы замещения нулевой последовательности

8.4 Определение токов и напряжений в месте повреждения К1

8.4.1 Двухфазное короткое замыкание на землю




Введение



Курсовая работа выполняется по теме «Расчет симметричных и несимметричных коротких замыканий в электроэнергетической системе»

В работе рассчитываются токи и напряжения при симметричном и несимметричном коротких замыканиях (КЗ).

В объем работы входит выполнение двух разделов на основе заданной на рис. 1 схемы электрической системы. Для всех разделов полагать, что исходным установившимся режимом станции, который предшествует рассматриваемому КЗ, является номинальный режим эквивалентного генератора с выдачей им номинальной мощности при номинальном напряжении на шинах.

Начальные условия:





Рисунок 1. - Схема ЭЭС и расчетные точки КЗ


Напряжения на шинах:

Генераторы: ; ; ; ; 

Трансформаторы:; ; 

Автотрансформаторы:

Линии электропередач:

Реактор: РТСТДГ – 10 – 4000 – 0,1

Система: 



Таблица 1.1. - Параметры трансформаторов:

Тип

S,МВА

Uном обмоток, кВ

Uk%

∆РkкВт

∆РхкВт





ВН

НН







ТДЦ-250000/110

250

121

15,75

10,5

640

200

ТДЦ-250000/500

250

525

15,75

13

600

250

ТРДН-40000/110

40

115

6,3

10,5

172

36

ТДЦ-125000/110

125

121

13,8

10,5

400

120

ТДН-16000/110

16

115

6,5;11

10,5

85

19



Таблица 1.2. - Параметры генераторов:

Тип ген.

P,МВт

S,МВА



U,кВ

n, об/мин

ОКЗ

,%

КПД

ТЗВ-63

53

66,3

0,8

6,3

3000

0,53

20,6

98,4

ТЗВ-110-2

110

137,5

0,8

10,5

3000

0,6

22,7

98,6

ТЗВ-220-2

220

258,8

0,85

15,75

3000

0,51

24,6

98,8



Таблица 1.3. - Параметры автотрансформатора: 

Тип

S,МВА

Uном обмоток, кВ

Uk%





ВН

СН

НН

ВН-СН

ВН-НН

СН-НН

АТДЦТН-250000/500/110

250

500

121

38,5 

10,5

24

13




1. Расчет токов симметричного трехфазного к. з. в точке К1



1.1 Приближенное приведение в относительных единицах для т. к.з. К1



Принимаем SБ = 1000 МВА; U cр1 = 6,3 кВ; U cр2 = 115 кВ; U cр3 = 515 кВ.





Рисунок 1.1. - Расчётная схема замещения


1.1.1 Определение реактивных сопротивлений элементов

Расчет автотрансформаторов АТ 1 и АТ 2:







Где UК – напряжение короткого замыкания; SH – номинальная полная мощность трансформатора.

Расчет сопротивлений трансформаторов:



		Т1: 

Т2: 

			 Т3: 

			Т4: 

 Т5:

	



Расчет сопротивлений линий электропередач:











Где UСР – среднее напряжение РУ; Худ – удельное сопротивление линии; l – длина ЛЭП.

Расчет сопротивлений генераторов:



G1,2: 

G3: 

G4: 



Где Х// – относительное сопротивление генератора; SH,Г – номинальная полная мощность генератора.

Расчет сопротивлений реакторов:



;



Где Х – относительное сопротивление реактора.

Сопротивление системы:







1.1.1.1. Расчёт сверхпереходных ЭДС источника

При применении системы относительных единиц , .

Система является источником бесконечной мощности, поэтому







1.1.1.2 Преобразование схемы к простейшему виду относительно точки к. з. К1



	






Рисунок 1.2. – Упрощенная схема замещения









Используем метод коэффициентов участия:







Определим коэффициенты участия:








Рисунок 1.3 – Лучевая схема замещения



Обьединим источники :







Используем метод коэффициентов участия:







Определим коэффициенты участия:








Рисунок 1.4 – Лучевая схема замещения



Приведем лучевую схему к сопротивлению одной ветви:









Рисунок 1.5. – Результирующая схема замещения




1.1.2 Определение активного сопротивления





Рисунок 1.6. – Схема замещения



Расчет автотрансформаторов АТ 1 и АТ 2:









Где ∆Ркз – изменение активного сопротивления короткого замыкания.

Расчет сопротивлений трансформаторов:



Т1: 

Т2: 

	

Т3:

Т4: 



Расчет сопротивлений линий электропередач:



W1: 

W2: 

W3: 

W4: 



Где UСР – среднее напряжение РУ; r0 – удельное сопротивление линии;

l – длина ЛЭП.

Расчет сопротивлений генераторов:



G1: 

G2: 

G3: 

G4: 


Где Х – относительное реактивное сопротивление генератора; ω – частота;

ТА – постоянная времени.

Система:







Активное сопротивление реакторов не учитывается.



1.1.2.1. Преобразование схемы к простейшему виду относительно точки к. з. К1





Рисунок 1.7. – Упрощенная схема замещения










Рисунок 1.8. – Результирующая схема замещения







1.1.3 Определение токов короткого замыкания в точке К1



Найдём значение базисного тока:



;


Определение начального периодического тока к. з.:







Расчет ударного тока:







Где - ударный коэффициент принимается для элементов или части энергосистемы; - значение постоянной времени затухания апериодической составляющеё тока КЗ.



;







Определение апериодической составляющей тока к. з.:



;



Где - время размыкания контактов.




;



Определение периодической составляющей тока к. з.:



 т. к. Е1 - источник бесконечной мощности.





т. к.  принимаем 





т. к.  принимаем 





1.2 Точное приведение в относительных единицах для т. к. з. К1



SБ = 1000 МВА;

В качестве основной принимаем ступень, где происходит к.з.:

U б1 = 110 кВ; U б2 = U б1 /К Т1 = 110*500 /121 = 455 кВ;

U б3 = U б1 /К Т2 = 110*500 /121 = 455 кВ;

U б4 = U б1 /К Т2*КТ3 = 110*500/121*15,75 /525 = 13,64 кВ;

U б5 = U б1 /К Т = 110*15,75 /121 = 14,32 кВ;

U б6 = U б1 /К Т = 110*6,3 /115 = 6,03 кВ;

U б7 = U б1 /К Т = 110*13,8 /121 = 12,55 кВ;




1.2.1 Определение реактивных сопротивлений элементов

Расчет автотрансформаторов АТ 1 и АТ 2:







Расчет сопротивлений трансформаторов:



Т1  Т2:

Т3: 

Т4:

Т5: 



Расчет сопротивлений линий электропередач:












Расчет сопротивлений генераторов:



G2: 

G1: 

G3: 

G4: 



Расчет сопротивлений реакторов:







Сопротивление системы:







1.2.1.1 Преобразование схемы к простейшему виду относительно точки к. з. К1










Упрощенная схема замещения аналогична приближенному приведению.








Используем метод коэффициентов участия:







Определим коэффициенты участия:









Рисунок 1.9 – Лучевая схема замещения


Обьединим источники :







Используем метод коэффициентов участия:







Определим коэффициенты участия:









Рисунок 1.10. – Лучевая схема замещения



Приведем лучевую схему к сопротивлению одной ветви:








Рисунок 1.11. – Результирующая схема замещения



1.2.2 Определение активного сопротивления

Схема замещения аналогична приближенному приведению.

Расчет автотрансформаторов АТ 1 и АТ 2:







Т1: 


Т2: 

Т3:

Т4: 



Расчет сопротивлений линий электропередач:



W1: 

W2: 

W3: 

W4: 



Расчет сопротивлений генераторов:



G1: 

G2: 

G3: 

G4: 

Система:




Активное сопротивление реакторов не учитывается.

1.2.2.1 Преобразование схемы к простейшему виду относительно точки к. з. К1

Упрощенная схема замещения аналогична приближенному приведению.











Рисунок 1.12. – Результирующая схема замещения




1.2.3 Определение токов короткого замыкания в точке К1

Найдём значение базисного тока:



;



Определение начального периодического тока к. з.:







Расчет ударного тока:







Где - ударный коэффициент принимается для элементов или части энергосистемы; - значение постоянной времени затухания апериодической составляющеё тока КЗ.



;







Определение апериодической составляющей тока к. з.:


;



Где - время размыкания контактов.



;



Определение периодической составляющей тока к. з.:







т. к. Е1 - источник бесконечной мощности.





т. к.  принимаем 



т. к.  принимаем 








2. Расчет токов симметричного трехфазного к. з. в точке К5



2.1 Точное приведение в именованных единицах



2.1.1 Определение реактивного сопротивления элементов

В качестве основной принимаем ступень, где происходит к.з. Uосн=110 кВ.

Расчет автотрансформаторов АТ 1 и АТ 2:







Расчет сопротивлений трансформаторов:



Т1: 

Т2: 

Т3: 

Т4:

Т5: 




Расчет сопротивлений линий электропередач:











Расчет сопротивлений генераторов:



G2: 

G1: 



G3: 

G4: 



Расчет сопротивлений реакторов:







Сопротивление системы:








1.1.1.1 Фазное значение ЭДС генератора







1.1.2 Преобразование схемы к простейшему виду относительно точки к. з. К5



	



Обьединим источники Е2…Е9 с Е10…Е11














Рисунок 2.1. – Упрощенная схема замещения










Используем метод коэффициентов участия:







Определим коэффициенты участия:









Рисунок 2.2. – Лучевая схема замещения


Приведем лучевую схему к сопротивлению одной ветви:









Рисунок 2.3. – Результирующая схема замещения



2.1.2 Определение активного сопротивления



Приведем схему замещения к точке к. з. К5

Расчет автотрансформаторов АТ 1 и АТ 2:








Т1: 

Т2 

Т3:

Т4: 



Расчет сопротивлений линий электропередач:



W1: 

W2: 

W3: 

W4: 



Расчет сопротивлений генераторов:



G1: 

G2: 

G3: 

G4: 



Система:







Активное сопротивление реакторов не учитывается.











Рисунок 2.4. – Результирующая схема замещения




2.1.3 Определение токов короткого замыкания в точке К5

Определение начального периодического тока к. з.:







Расчет ударного тока:





;







Определение апериодической составляющей тока к. з.:



;

;



Определение периодической составляющей тока к. з.:






т. к. Е1 - источник бесконечной мощности.





 т. к.  принимаем 



 т. к.  принимаем 



 т. к.  принимаем 






3. Сравнение результатов приближенного и точного расчетов



Таблица 3.1. - Сравнение результатов приближенного и точного расчетов

 Место к.з.



Привед.

К1

К5



IПО, кА

iуд, кА

iаτ, кА

Iпτ, кА

IПО, кА

iуд, кА

iаτ, кА

Iпτ, кА

точное

18,511

31,65

0,83

18,511

15,757

30,1

8,675

15,757

приближенное

20,43

34,72

0,81

20,43

-

-

-

-



Все величины токов, полученные точным методом,незначительно отличаются от величин токов, которые были найдены при приближенном решении.




4. Расчет полного тока короткого замыкания



Для t = 0 с

















Для t = 0,1 с



;

;

;

;







Для t = 0,2 с


















Для t = 0,3 с


















5. Построение векторных диаграмм



Векторные диаграммы.

Точка КЗ К1:











Векторные диаграммы.

Точка КЗ К5:








6. Расчёт теплового импульса



; 




7. Расчет токов несимметричного короткого замыкания в точке К5

	

	7.1 Определение параметров схемы замещения прямой последовательности

	

	Схема прямой последовательности составляется так же, как для расчета симметричного режима.

	



	

	7.2 Определение параметров схемы замещения обратной последовательности

	

	Схема обратной последовательности по конфигурации аналогична схеме прямой последовательности. Отличие состоит лишь в том, что в данном случае ЭДС всех генерирующих ветвей принимаются равными нулю.

	

	




Рисунок 7.1. – Схема замещения обратной последовательности

	

	7.3 Определениепараметров схемы замещения нулевой последовательности

	

	Схема нулевой последовательности существенно отличается от схем прямой и обратной, так как путь ее токов отличается от пути, по которому циркулируют токи прямой и обратной последовательностей.






Индуктивное сопротивление двухцепной линии без тросов:







Индуктивное сопротивление одноцепной линии без тросов:










Рисунок 7.2. – Схема замещения нулевой последовательности











Рисунок 7.3. – Схема замещения прямой последовательности



Преобразуем к одной ветви:














Рисунок 7.4. – Результирующая схема замещения



7.4 Определение токов и напряжений всех трех последовательностей в месте повреждения К5



7.4.1 Однофазное короткое замыкание



Граничные условия: ; ; ;

Ток прямой последовательности:



;



Ток обратной и нулевой последовательности:



;



Полный ток в поврежденной фазе:



;




Составляющие напряжений:



;

;

;



Построение диаграмм:












8. Расчет токов несимметричного короткого замыкания в точке К1

	

	8.1 Определение параметров схемы замещения прямой последовательности

	

	Схема прямой последовательности составляется так же, как для расчета симметричного режима.

	



	

	8.2 Определение параметров схемы замещения обратной последовательности

	

	Схема обратной последовательности по конфигурации аналогична схеме прямой последовательности. Отличие состоит лишь в том, что в данном случае ЭДС всех генерирующих ветвей принимаются равными нулю.

	

	




Рисунок 8.1. – Схема замещения обратной последовательности

	

	
8.3 Определение параметров схемы замещения нулевой последовательности

	

	Схема нулевой последовательности существенно отличается от схем прямой и обратной, так как путь ее токов отличается от пути, по которому циркулируют токи прямой и обратной последовательностей.

	





Индуктивное сопротивление двухцепной линии без тросов:







Индуктивное сопротивление одноцепной линии без тросов:








Рисунок 8.2. – Схема замещения нулевой последовательности














Рисунок 8.3. – Схема замещения прямой последовательности



Преобразуем к одной ветви:












Используем метод коэффициента распределения:









Рисунок 8.4. – Результирующая схема замещения



8.4 Определение токов и напряжений всех трех последовательностей в месте повреждения К1



8.4.1 Двухфазное короткое замыкание на землю

Граничные условия: ; ;

Ток прямой последовательности:




;



Ток обратной и нулевой последовательности:



;;



Токи поврежденных фаз:







Составляющие напряжений:



;

;





Построение диаграмм: