Задание

Задание:

Рассчитать токи двухфазного КЗ на землю в точке К1 на шинах РУ 220 кВ электростанции.

На электростанции установлено определенное число генераторов и трансформаторов. Уровни напряжений на электростанции U1=220 кВ, U2=Uнг. Сопротивление Худ линий принять 0,4 Ом\км. Место точки КЗ К1 на шинах РУ 220 кВ электростанции. Базисная мощность 1000 МВА. Данные генераторов следующие: номинальная полная мощность 31,5 МВА, номинальное напряжение 10,5 кВ, реактивные сопротивления Х''d=0,183, Х2=0,223. Нагрузка электростанций: на шинах генераторного напряжения мощность

Условие:

Дана схема:

собственных нужд 8% от мощности электростанции. Коэффициенты мощности генератора 0,92.

1. Общие сведения по расчёту токов короткого замыкания

Коротким замыканием (КЗ) называется нарушение нормальной работы электрической установки, вызванное замыканием фаз между собой, а также замыканием фаз на землю с глухозаземлёнными нейтралями.

Расчёты токов КЗ необходимы:

- для сопоставления, оценки и выбора главных схем электрических станций, сетей и подстанций;

- выбора и проверки электрических аппаратов и проводников;

- проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;

- анализа аварий в электроустановках и электрических системах;

- анализа устойчивости работы энергосистем.

При расчётах токов КЗ допускается не учитывать:

- ток намагничивания силовых трансформаторов и автотрансформаторов;

- насыщение магнитных систем электрических машин;

- поперечную ёмкость воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ, если их длина не превышает 200 км, и напряжением 330-500 кВ, если их длина не превышает 150 км;

- при расчёте периодической составляющей тока КЗ – активные сопротивления элементов электроэнергетической системы, в частности воздушных и кабельных линий электропередачи.

Расчёт токов КЗ осуществляется в следующем порядке:

- составляется расчётная схема рассматриваемой электроустановки, намечаются расчётные точки КЗ.

- а основании расчётной схемы составляется эквивалентная схема замещения, все сопротивления на ней нумеруются.

- определяются величины сопротивлений всех элементов схемы замещения в относительных или именованных единицах и указываются на схеме замещения; обозначаются расчётные точки КЗ.

- путём постепенного преобразования относительно расчётной точки КЗ приводят схему замещения к наиболее простому виду, чтобы каждый источник питания или группа источников, характеризующаяся определёнными значениями эквивалентной ЭДС и ударного коэффициента , были связаны с точкой КЗ одним результирующим сопротивлением.

- определяют по закону Ома начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ , затем ударный ток , периодическую и апериодическую составляющие тока короткого замыкания (, ).

2. Расчётная и эквивалентная схемы. Определение величин сопротивлений. Обозначение точек короткого замыкания

Составим расчётную схему, намечая точки КЗ.

Рисунок 1 – Расчётная схема

Используя расчётную схему составляется схема замещения.

 

Рисунок 7.2 – Схема замещения

Рисунок 2 – Схема замещения

Определение сопротивлений элементов схемы замещения. Считаем, что расчёт ведётся в относительных единицах, приближенно. Назначаем за МВА.

Определим сопротивления энергосистем:

; (1)

; (2)

Определим сопротивления линий электропередачи:

(3)

,

где Ом/км – удельное сопротивление километра линии.

Определим сопротивления обмоток трансформатора:

(4)

(5)

Сопротивления 11 и 13 можно не учитывать, т. к. ток по этой ветви не потечёт. Значения полученных сопротивлений отметим на схеме замещения.

3. Расчёт токов короткого замыкания в точке К1

При расчёте токов КЗ точки К1 не учитываются сопротивления 8, 9, 10, 11, 12, 13.

Рисунок 3 – Схема замещения для расчёта тока КЗ в точке К1

Преобразуем схему:

Получим лучевую схему, содержащую 2 генерирующие ветви. Нахождение токов будет производиться относительно энергосистем С1 и С2.

 

Рисунок 4 – Лучевая схема КЗ в точке К1

Определим базисный ток:

кА, (6)

где =230 кВ для С1 и С2 определяется по ряду средних напряжений.

Вычислим периодическую составляющую тока короткого замыкания :

кА; (7)

кА,

где - сверхпереходная ЭДС, для источников бесконечной ЭДС ;

- сопротивление генерирующей ветви до точки КЗ.

Определим ударный ток короткого замыкания :

кА; (7.8)

кА,

где - ударный коэффициент; для системы связанной со сборными шинами, где рассматривается КЗ, воздушными линиями напряжением 220-330 кВ, определяется по таблице.

Определим апериодическую составляющую тока короткого замыкания в момент разведения контактов выключателя :

кА; (7.9)

кА,

где - момент времени, в который разрывается цепь; назначаем с, т. к. не известен тип защиты и АВР;

- постоянная времени затухания, по таблице с.

Периодическая составляющая токов короткого замыкания в момент разведения контактов выключателя для источника бесконечной мощности :

кА; (10)

кА

Вычислим суммарное значение тока короткого замыкания в точке К1:

кА; (11)

кА;

кА;

кА;

Все значения токов короткого замыкания заносим в таблицу токов КЗ.

4 Расчёт токов КЗ в точке К2 (разъединитель включён)

Расчётная схема для расчёта тока КЗ в точке К2 представлена на рисунке 5

 

Рисунок 5 – Схема замещения для расчёта тока КЗ в точке К2

Упростим схему, сложив последовательно сопротивления 8 и 10, 9 и 12. Сложим параллельно полученные значения сопротивлений:

;

;

.

Получим упрощённую схему, представленную на рисунке 6:

Рисунок 6 – Упрощённая схема для нахождении тока КЗ в точке К2

Воспользуемся методом коэффициентов участия, чтобы получить лучевую схему. Определим , складывая параллельно сопротивления 16 и 17:

(12)

Вычислим , складывая последовательно и сопротивление 20, через которое надо «перепрыгнуть»:

(13)

Определим коэффициенты участия, разделив на каждое переносимое сопротивление:

; (14)

Выполним проверку правильности сделанных преобразований. Сумма коэффициентов участия должна быть равной 1:

(15)

Определим переносимые сопротивления в точку КЗ, для этого делят на каждый коэффициент участия:

Ом; (16)

Ом

В итоге преобразований получим лучевую схему, в которой количество сопротивлений равняется количеству намеченных генерирующих ветвей:

 

Рисунок 7 – Лучевая схема КЗ в точке К2

Нахождение токов будет производиться относительно энергосистем С1 и С2. Дальнейший расчёт токов КЗ в точке К2 указываться не будет ввиду подобия решения для токи К1. Полученные значения токов и суммарных токов занесём в таблицу 1

5. Расчёт токов короткого замыкания в точке К3 (разъединитель отключён)

Так как разъединитель отключён, получаем расчётную схему для расчёта токов КЗ в следующем виде:

 

Рисунок 8 – Схема замещения для расчёта тока КЗ в точке К3

Преобразуем схему замещения, сложив последовательно сопротивления 9 и 12:

Получим упрощённую схему:

Рисунок 9 - Упрощённая схема замещения КЗ в точке К3

Схема имеет 2 генерирующие ветви. Воспользуемся методом коэффициентов участия, чтобы получить лучевую схему. Ход решения таков же как и для расчёта тока КЗ в точке К2, исходя из этого представим только расчёты

Получим лучевую схему:

 

Рисунок 10 – Лучевая схема КЗ в точке К3

Дальнейший расчёт токов КЗ в точке К3 указываться не будет ввиду подобия решения для точки К1. Полученные значения токов и суммарных токов занесём в таблицу 7.1

Таблица 7.1 – Сводная таблица токов короткого замыкания

Точка короткого замыкания	, кА	, кА	, кА	, кА
К1	8,57	21,23	0,45	8,57
К2	Система1	15,92	41,92	5,99	15,92
Система2	16,59	43,69	6,24	16,59
	32,51	85,61	12,23	32,51
К3	Система1	8,56	22,54	3,22	8,56
Система2	8,91	23,46	3,35	8,91
	17,47	46	6,57	17,47

Список литературы

1. Рожкова электрических станций и подстанций. Учебник для средн. проф. образования / , , . – М.: Издательский центр «Академия», 20с.

2. , Козулин станций и подстанций: Учебник для техникумов» - М.: «Энергия», 1987.