Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

Сенько В.В.

Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения

Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Электромагнитные переходные процессы» для студентов специальностей 140211 и 140610 очной и заочной форм обучения

Тольятти 2007

УДК 621.311(621.31)(075.8)

ББК 31.27 - 05

С 31

В.В. Сенько Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Электромагнитные переходные процессы» для студентов специальностей 140211 и 140610 очной и заочной форм обучения – Тольятти: ТГУ, 2007. - 40 с.

В указаниях были рассмотрены вопросы моделирования электромагнитных переходных процессов систем электроснабжения (СЭС). Автором описаны основные режимы работы синхронной машины – переходный, сверхпереходный и установившийся, рассмотрен метод расчетных кривых. Показаны практические методы расчета трёхфазных коротких замыканий в СЭС, ударного тока КЗ. В указаниях к курсовой работе автором дано описание анализа симметричных КЗ в схемах с номинальным напряжением ниже и выше 1000 В.

Так же были представлены общие вопросы расчета несимметричных КЗ и обрывов линий электрических систем с помощью метода симметричных составляющих. Автором приведены правила построения схем различных последовательностей, порядок составления комплексной схемы замещения и векторных диаграмм несимметричных режимов СЭС. Приведен пример задания на курсовую работу, объяснён общий порядок её расчёта и даны примеры расчетов по варианту.

Методические указания предназначены для студентов ВУЗов и колледжей, обучающихся по специальности 140211 " Электроснабжение", направление 650900 " Электроэнергетика", а также для студентов, обучающихся по специальности 140610 " Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений" для углубленного изучения дисциплин: " Электромагнитные переходные процесс", " Электромеханические переходные процессы" и " Электроснабжение промышленных предприятий".

Указания могут быть использованы инженерно-техническими работниками, занимающихся вопросами расчетов токов короткого замыкания и обрывов в процессе проектирования и эксплуатации СЭС промышленных предприятий, городов и энергетических объектов.

Рецензент:

к.т.н., доцент А.А.Елгин

Научный редактор:

зав. кафедрой ЭСиЭТ, к.т.н., доцент В.В. Вахнина

Утверждено ученым советом электротехнического факультета от ________, протокол № __

Ó Тольяттинский государственный университет, 2007

Содержание

Введение______________________________________________________________-

1. Cоставление схемы замещения и расчёт её параметров ______________________-

2. Расчет трехфазного короткого замыкания___________________________________-

2.1 Расчет тока трехфазного короткого замыкания на ступени ВН______________-

2.2 Расчет ударного тока короткого замыкания ___________________________-

2.3 Расчет тока короткого замыкания на ступени СН________________________-

2.4 Расчет тока трехфазного КЗ на ступени НН______________________________-

2.5 Расчет тока трехфазного КЗ на ступени 0, 4 кВ ___________________________-

3. Расчет несимметричного короткого замыкания ______________________________-

3.1 Построение схем различных последовательностей ___________________

3.2 Правило эквивалентности прямой последовательности ______________

3.3 Оценка однофазного КЗ с помощью метода расчетных кривых ________

3.4 Расчет практическим методом установившегося режима однофазного короткого замыкания ______________________________________________

3.5 Комплексная схема замещения однофазного КЗ в сверхпереходном режиме __________________________________________________________

3.6 Расчет коэффициентов тяжести аварий ____________________________

3.7 Расчет простого тока КЗ _________________________________________

4 Расчет продольной несимметрии _____________________________________

4.1 Составление схем замещення обрыва фаз __________________________

4.2 Правило эквивалентности прямой последовательности для случая обрывов фаз _______________________________________________________

4.3 Векторная диаграмма и комплексная схема замещения для случая для случая продольной несимметрии ___________________________________

Заключение_____________________________________________________________

Литература_____________________________________________________________-

Приложения ______________________________________________________________
ВВЕДЕНИЕ

Короткое замыкание (КЗ) – это всякое не предусмотренное нормальными условиями работы замыкания между фазами, а в системах с заземлёнными нейтралями (или четырёхпроводными) - также замыкание одной или нескольких фаз на землю (или на нулевой провод).

Короткие замыкания приводят к резкому возрастанию токов в токоведущих частях, понижению напряжения в схемах. Следствием этого являются перегрев токоведущих частей, их механическое повреждения, наведение помех в линиях связи, перерывы электроснабжения, нарушение технологических режимов и выпуск бракованной продукции. Причинами КЗ могут являться - старение изоляции, её повреждения, ошибки оперативного персонала, а также перенапряжения в схемах. Снижение числа коротких замыканий, их тяжести и продолжительности – важнейшая задача в обеспечении надежности электроснабжения потребителей.

Расчёты трёхфазных КЗ на стороне выше 1000 В следует вести с помощью метода расчетных кривых. Согласно этому практическому методу, все параметры источников питания замещают сверхпереходными параметрами, комплексную нагрузку не учитывают (она учтена при составлении самих кривых), а схему приводят к виду «многолучевая звезда», где в отдельную ветвь стараются «собрать» однотипные генераторы. Двигатели учитываются, как турбогенераторы равновеликой мощности. В каждой отдельной ветви находят расчетное сопротивление, приводят его на «новый базис» и с помощью расчётных кривых оценивают значения периодической слагающей тока КЗ во времени I_{Пк t}. Результаты приводят «на старый базис» и из относительных единиц переводят в именованные (с помощью формулы обратного пересчёта).

Для расчёта ударного тока следует составить чисто активную схему СЭС, повторить все преобразования, проведённые для индуктивной схемы, оценить значение ударного коэффициента (аналитически или с помощью графика) и рассчитать в каждой отдельной ветви схемы свой ударный ток КЗ.

Несимметричные режимы следует рассчитывать по методу симметричных составляющих, используя правило эквивалентности прямой последовательности. Расчеты начинают с построения схем прямой, обратной и нулевой последовательностей. Затем рассчитывают их суммарные сопротивления и оценивают значение добавочного сопротивления. Несимметричные КЗ следует рассчитывать практическим методом – для сверхпереходного и установившегося режимов. По значению коэффициента тяжести аварии следует оценить наиболее опасное НКЗ, если оно опаснее трёхфазного, то следует пересчитать (приближённым методом) значение ударного тока КЗ.

Для самого опасного НКЗ необходимо построить комплексную схему замещения или векторную диаграмму. Затем рассчитывают токи простого КЗ и обрывы фаз.

1. Cоставление схемы замещения и расчёт её параметров

Расчет коротких замыканий на шинах с номинальным напряжением выше 1000 В ведется в относительных единицах, а на стороне ниже 1000 В – в именованных единицах. Реальную схему, имеющую трансформаторные связи, замещают эквивалентной электрически связанной схемой, параметры которой приведены к единой ступени напряжения и единой базисной мощности. Перед началом основных расчетов токов короткого замыкания необходимо составить эквивалентную схему замещения и рассчитать ее параметры по типовым формулам.

На рис.1 показана эквивалентная схема замещения с расчетными параметрами.

Рис.1 Эквивалентная схема замещения

Схема замещения составляется на основе заданной схемы СЭС (по варианту задания). По допущениям, принятым в метод расчётных кривых, все элементы схемы должны быть замещены своими сверхпереходными параметрами.

За базисную мощность S_б (MBA) целесообразно принимать число, кратное 10 (1, 10, 100, 1000 МВА и т. д.), близкое к установленной мощности генераторов в расчетной схеме. За основное базисное напряжение U_б (кB) следует принимать номинальное напряжение аварийной ступени.

Приведение схем обычно осуществляют по приближенным коэффициентам трансформации, устанавливая для каждой ступени трансформации средние номинальные напряжения: 515; 340; 230; 154; 115; 37; 24; 20; 18; 15, 75; 13, 8; 10, 5; 6, 3; 3, 15; 0, 690; 0, 525; 0, 400; 0, 230; 0, 127 кВ. Тогда формулы для вычисления расчётных параметров эквивалентной схемы замещения имеют типовой вид.

Для генераторов:

Х_Г = , (1)

Где – сверхпереходное сопротивление генератора в относительных единицах, приведённых к номинальным параметрам (паспортное значение).

, - номинальная активная мощность и коэффициент мощности генератора.

Параметры схемы находится по стандартным типовым формулам [1] для соответствующего элемента цепи. Для этого расчета примем S_б равным 1000 МВА.

х_г =

х_т1=

х_Л1 =

х_Л2 =

х_Л3 =

х_Т2 =

х_С =

U_В=

U_C=

U_Н=

х_ТВ =

х_ТС =

х_ТН =

х_СД =

Значения для источников питания Е’’_G, Е’’_C и Е’’_СD взяты из Приложения 1: Е’’_G = 1, 0 (Х.Х.); Е’’_C = 1, 0; Е’’_СD = 1, 1

После определения всех параметров эквивалентной схемы замещения необходимо привести ее к виду (рис.2) более удобную для последующих расчетов. На первом этапе этого преобразования необходимо преобразовать все имеющиеся в схеме параллельные ветви в эквивалентные и определить параметры полученных ветвей:

Рис.2 Расчётная схема замещения.

На втором этапе (рис.3) преобразуем последовательно соединенные элементы схемы в соответствующие им эквивалентные сопротивления (х₁₂, х₁₄, х₁₅).

Рис. 3 Преобразованная схема на втором этапе

X₁₂=X₁+X₂+X₃=1.334+0.3438+0.7485=2.426

X₁₃=X₄=1.497

X₁₄=X₅+X₆=0.1834+0.125=0.3084

X₁₅=X₇+X₈+X₁₀+X₁₁=2.995+0.7915+1.042+33.33=38.16

На третьем этапе (рис.4) преобразуем пассивную «звезду» в «треугольник», пренебрегая сопротивлением между генератором и двигателем.

Рис. 4 Схема замещения в виде трёхлучевой звезды