Электромагнитные переходные процессы в электрических системах - Курсовая работа

Главная цель изучения указанной дисциплины заключается в понимании и усвоении сущности явлений, сопровождающих электромагнитные переходные процессы в электрических системах, а основной практически важный результат - умение осознано выполнять расчеты режимов симметричных и несимметричных коротких замыканий простейших электрических систем. Под переходными процессами понимается неустановившиеся состояние, причиной которых является разнородные возмущения (КЗ, сбросы и набросы мощности, отключение ЛЭП, трансформаторов и т.д.) КЗ в электрических системах вызываются повреждением фазовой и линейной изоляции токоведущих частей. КЗ сопровождаются понижением уровня напряжения и резким увеличением тока. КЗ сопровождается переходным процессом, при котором значение токов и напряжений, а также характер их изменения во времени зависит от соотношения мощностей и сопротивлений источников питания и цепи, в которой произошло повреждение.Схема замещения преобразуется до эквивалентной ветви относительно точки короткого замыкания с результирующим значением ЭДС () и сопротивлением (). Использованные приемы преобразования основываются на последовательном, параллельном сложении элементов схемы, взаимном эквивалентном преобразованиях «звезды» и «треугольника» сопротивлений. Преобразованная схема замещения и ее параметры. Преобразованная схема замещения и ее параметры. Преобразованная схема замещения и ее параметры.Коэффициенты токораспределения служат для определения взаимных сопротивлений между точкой КЗ и источниками. Предполагают, что в месте КЗ ток равен 1 (о.е.), а ЭДС всех ветвей равны по модулю и по фазе, т.е. токи находятся в долях от 1. Коэффициент токораспределения ветви Ci численно равен току, протекающему по этой ветви Ii при условии, что суммарный ток в месте КЗ принят за единицу, т.е. Рис.13): Проверка: 2) За основу примем С40 (см. Рис.12): Проверка: 3) За основу примем С38 (см.Для определения периодической слагаемой тока источника в именованных единицах, необходимо периодическую слагаемую тока КЗ в относительных единицах умножить на коэффициент токораспределения ветви источника и на базисный ток соответствующей ступени трансформации: Периодическая слагаемая тока, приведенная к UБI в любой ветви i схемы, определяется по выражению: . Для источников конечной мощности периодическая слагающая тока с течением времени может затухать, что определяется их удаленностью от места КЗ. Для расчета периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени t используется метод типовых кривых, персональных для синхронных генераторов [1, рис.П1.8, стр.50], синхронных двигателей [1, рис.П1.9, П1.10, стр.51] и асинхронных двигателей [1, рис.П1.11, стр.52]. Для каждого источника питания определяют соотношение периодической составляющей тока КЗ источника в начальный момент времени к его номинальному току. Отключающую способность выключателя при номинальном его напряжении Uн характеризуют номинальным током Іот.н. или пропорциональной ему номинальной отключаемой мощностью: Соответственно, когда проверка выключателя производиться по отключаемой мощности, последняя должна быть сопоставлена с так называемой мощностью КЗ, которая независимо от вида КЗ условно определяется как: , где Ікт-ток КЗ в момент t размыкания контактов выключателя, Uн номинальное напряжение ступени, для которой найден ток КЗ.Преобразованная схема замещения прямой последовательности и ее параметры. Преобразованная схема замещения прямой последовательности и ее параметры. Преобразованная схема замещения прямой последовательности и ее параметры. Преобразованная схема замещения прямой последовательности и ее параметры. Преобразованная схема замещения прямой последовательности и ее параметры.Рис.25): 2) За основу примем С33 (см. Рис.20): 3) За основу примем С32 (см. Схема замещения обратной последовательности по структуре полностью совпадает со схемой прямой последовательности. Отличие схемы обратной последовательности состоит в том, что в ней ЭДС всех генерирующих источников питания принимаются равными нулю, а в месте КЗ приложено напряжение обратной последовательности U2К. Магнитный поток, созданный токами обратной последовательности синхронной частоты, вращаясь относительно ротора с двойной синхронной скоростью, встречает на своем пути непрерывно изменяющиеся магнитное сопротивление, это обусловлено магнитной несимметрией ротора и тем, что наведенные в продольных и поперечных контурах ротора токи создают различные ответные реакции.Рис.27): 2) За основу примем С33 (см. Рис.28): 3) За основу примем С32 (см. Рис.27): 4) За основу примем С30 (см. рис.27): 5) За основу примем С22 (см. рис.27): 2.3.2 Схема замещения нулевой последовательности Схема замещения нулевой последовательности существенно отличается от схемы замещения прямой последовательности и в значительной мере определяется соединением обмоток трансформаторов. Схема замещения нулевой последовательности представлена на Рис.29.Преобразованная схема замещения нулевой последовательности сложной электрической сети. Пр

Содержание

Введение

Исходные данные

1 Расчет трехфазного КЗ в сложной электрической системе

1.1 Расчет параметров схемы замещения

1.2 Преобразование схемы замещения

1.3 Расчет коэффициентов токораспределения

1.4 Расчет параметров аварийного режима для начального момента времени t=0.

1.5 Параметры тока КЗ, протекающего через выключатель

1.6 Периодические слагаемые токов источников, приведенные к ступеням напряжения этих источников

1.7 Расчет остаточных напряжений в узлах схемы для t=0

1.8 Расчет токов КЗ для времени t=0.2

Ответы на вопросы

2 Расчет режима несимметричного КЗ в сложной электрической сети

2.1 Схема прямой последовательности

2.2 Преобразование схемы замещения

2.2.1 Расчет коэффициентов токораспределения

2.3 Схема обратной последовательности

2.3.1 Расчет коэффициентов токораспределения

2.3.2 Схема нулевой последовательности

2.3.3 Преобразование схемы замещения

2.3.4 Расчет коэффициентов токораспределения

2.4 Расчет параметров аварийного режима для t=0

2.4.1 Расчет фазных токов, протекающих в Л1

2.4.2 Расчет остаточных напряжений в месте КЗ

2.5 Расчет остаточных напряжений в узле

2.6 Построение векторных диаграмм

Ответы на вопросы

Заключение

Список используемых источников

Дисциплина “Электромагнитные переходные процессы в электрических системах” является одной из основных, изучаемых студентами электроэнергетических специальностей.

Главная цель изучения указанной дисциплины заключается в понимании и усвоении сущности явлений, сопровождающих электромагнитные переходные процессы в электрических системах, а основной практически важный результат - умение осознано выполнять расчеты режимов симметричных и несимметричных коротких замыканий простейших электрических систем. Именно это умение вырабатывается при выполнении курсовой работы.

Под переходными процессами понимается неустановившиеся состояние, причиной которых является разнородные возмущения (КЗ, сбросы и набросы мощности, отключение ЛЭП, трансформаторов и т.д.)

КЗ в электрических системах вызываются повреждением фазовой и линейной изоляции токоведущих частей. Основными причинами нарушения изоляции являются: прямые удары молний в токоведущие части, перетирание изоляции при неправильных операциях с разъединителями, старение изоляции, механические повреждения кабелей и т.д.

КЗ сопровождаются понижением уровня напряжения и резким увеличением тока. Особенно вблизи места повреждения. Резкое понижение напряжения при КЗ может привести к нарушению устойчивости параллельной работы генераторов и к системной аварии.

КЗ сопровождается переходным процессом, при котором значение токов и напряжений, а также характер их изменения во времени зависит от соотношения мощностей и сопротивлений источников питания и цепи, в которой произошло повреждение. В связи с этим все виды КЗ можно условно разделить на 2 группы: КЗ в цепях питающихся от шин неизменного напряжения и КЗ вблизи генератора ограниченной мощности.

Шиной неизменного напряжения считают такой источник напряжения, на зажимах которого остается практически неизменным при любых изменениях тока в подключенной к нему цепи.

Ко второй группе относятся повреждения, происходящие на выводах генераторов или на таком удалении от них, что сопротивление цепи КЗ соизмеримо с сопротивлениями генераторов. В этом случае изменение параметров самого генератора при КЗ существенно влияет на ход процесса и им нельзя пренебречь.

Исходные данные

Номер схемы - 1

Состояние секционного выключателя СВ-1 - Вкл.

Точка симметричного трехфазного КЗ - 1.

Точка несимметричного двухфазного КЗ на землю - 8.

Схема сложной электрической сети (с учетом всех допущений и требований к курсовому проекту):

Рис.1. Принципиальная схема сложной электрической сети.

Исходные параметры оборудования: Параметры турбогенераторов ТГ-1 ? ТГ-3: Тип Sном, МВА Uн, КВ x’’d о.е. Іном, КА сos?н

Т-6-2 7.5 6.3 0.121 0.668 0.8

Параметры трансформаторов Т1, Т2: Тип Sном, МВА Uвн, КВ Uнн, КВ Uk, %

ТДН -16000/115 16 115 6.3 10.5

Параметры трансформаторов Т3: Тип Sном, МАВ Uвн, КВ Uнн, КВ Uk, %

ТМН-6300/115 6.3 115 11 10.5

Параметры синхронного двигателя СД - 1(режим перевозбуждения): Тип Sном, МВА Uн, КВ Іпуск, o.e. Іном, КА сos?н

СТД -6300-2 7.23 6 6.3 0.696 0.87

Параметры автотрансформаторов АТ-4, АТ-5: Тип Sн, МВА Напряжение, КВ Uk, % вн сн нн в-с в-н с-н

АТДЦТН-100000/230 100 230 121 6.6 11 31 19 электрическая система напряжение короткое замыкание

Параметры реактора и системы: Реактор СР Система

Тип Uном, КВ хном, Ом Uc, КВ Sкз, МВА

РБУ -10 -1000 -0.28 6 0.28 222 2750

Параметры асинхронного двигателя АД-2: Тип Sном, МАВ Uн, КВ Іпуск, o.e. Іном, КА сos?н

ВА02 -630L-4 2.22 10 6 0.128 0.9

Параметры воздушных ЛЭП: Длинна ЛЭП, км

Л1 Л2 Л3 Л4 Л5

60 30 40 90 10

Все ЛЭП-110 КВ выполнены проводом АС-240 (х=0,4 Ом/км).

Исполнение линий: Л1, Л2, Л3 - одноцепные со стальным тросом;

Л4 - двухцепная с хорошо проводящим тросом;

Л5 - одноцепная без троса.

1 Расчет трехфазного короткого замыкания в сложной электрической системе

При расчетах тока КЗ в сложных электрических сетях напряжением выше 1 КВ и в соответствии с ГОСТ 27514-87 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 КВ» принимается ряд упрощений: · Рассматриваемая энергосистема строго симметрична при трехфазном коротком замыкании.

· Не учитывается намагничивающий ток трансформаторов и автотрансформаторов. Не учитывается насыщение магнитной системы указанных элементов, что позволяет считать их сопротивления постоянными.

· Не учитываются активные сопротивления элементов энергосистемы.

· Для ВЛ напряжением до 220 КВ включительно не учитывается емкостная проводимость; для кабельных линий емкостная проводимость учитывается, начиная с напряжения 35 КВ и выше.

Расчет проведем в системе относительных единиц (о.е.) при приближенном учете коэффициентов трансформации. Сущность приближенного учета заключается в том, что для каждой ступени трансформации вместо действительного напряжения начала и конца, устанавливается среднее номинальное напряжение для каждой ступени: .

Относительное значение какой-либо величины - есть отношение к другой одноименной величине, выбранной за единицу измерения, чтобы выразить отдельные величины в относительных единицах, нужно, прежде всего, выбрать те величины, которые должны служить соответственными единицами измерения, или, как говорят, установить базисные единицы (условия).

Принимаем базисные единицы: Sб = 1000 МВА

Uб1 = 6.3 КВ на ступенях схемы с UH = 6.3 КВ

Uб2 = 10.5 КВ на ступенях схемы с UH = 10 КВ

Uб3 = 230 КВ на ступенях схемы с UH = 230 КВ

Uб4 = 115 КВ на ступенях схемы с UH = 110 КВ

Где - базисная мощность рассматриваемой электрической сети;

- базисные напряжения отельных ступеней трансформации;

- базисные токи.

Независимые и , выбираем произвольно (для упрощения расчетов ; - принимаем из стандартного ряда средненоминальных напряжений

[1, стр.26]).

Зависимые - , получаются из указанных соотношений.

Для того чтобы перейти к электрической схеме замещения, необходимо привести сопротивления всех элементов к напряжению одной из ступеней (базисной).

1.1

Расчет параметров схемы замещения в относительных единицах

Система: · Реактивное сопротивление системы:

· сверхпереходная ЭДС системы:

Турбогенераторы ТГ1 - ТГ3: · реактивные сопротивления генераторов:

· номинальное напряжение генератора:

· номинальный ток генератора:

· сверхпереходная ЭДС генераторов в режиме перевозбуждения:

ЭДС должно быть меньше 1.2 , иначе расчет произведен не верно.

Автотрансформаторы АТ-4, АТ-5: · реактивные сопротивления ветвей:

-при дальнейших расчетах не учитываем, потому что сопротивление является отрицательным и его значение очень мало, что дает право им пренебречь.

Рассмотрим схему замещения автотрансформатора:

Как было сказано выше Хс мы не учитываем изза его значения, но Хн мы не будем учитывать по другой причине - при протекании тока в сопротивлении Хн он дальше никуда не пойдет, потому что как мы видим нагрузка не подключена, за счет этого будет возникать холостой ход и это сопротивление можно не учитывать.

Трансформаторы Т1, Т2: · реактивные сопротивления трансформаторов:

Трансформатор Т3: · реактивное сопротивление трансформатора:

Синхронный двигатель СД-1 (режим перевозбуждения): · сверхпереходное сопротивление двигателя:

· реактивное сопротивление двигателя:

· номинальное напряжение двигателя:

· номинальный ток двигателя:

· сверхпереходная ЭДС двигателя в режиме перевозбуждения:

ЭДС меньше 1.2, значит, подсчитано верно.

Реактор СР: · реактивное сопротивление реактора:

Асинхронный двигатель АД-2: · сверхпереходное сопротивление двигателя:

· реактивное сопротивление двигателя:

· номинальное напряжение двигателя:

· номинальный ток двигателя:

· сверхпереходная ЭДС двигателя:

ЭДС меньше 1.2 ,значит, подсчитано верно.

Воздушные линии Л1-Л5: · реактивные сопротивления линий:

Рис.2. Эквивалентная схема замещения сложной электрической сети.