Переходные процессы в электроэнергетических системах

Московский Государственный  Открытый Университет

 
Энергетический факультет

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

Переходные процессы в  электроэнергетических системах.

 

 

 

Выполнил: Лопатников А.А.

Шифр: 108747

Специальность: 140211

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2012 г.

Задание на курсовую работу

А. Расчеты токов короткого замыкания

1) Определить начальное значение тока однофазного и найти значение тока в нейтрали трансформатора, ближайшего к месту КЗ.

2) Определить токи трехфазного КЗ (начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ Iпо, ударный ток iу) на шинах 10 кВ (точка К-6) при параллельной работе трансформаторов Т3 и Т4 и при раздельной. Нагрузки на шинах секций 10 кВ одинаковы.

Б. Расчеты устойчивости узла нагрузки

1) Определить, до какой  величины возможен рост отбора  мощности в узле нагрузки по  условиям статической устойчивости. При расчетах следует использовать  критерий статической устойчивости  .

2) Определить предельное  время перерыва электроснабжения  по условиям устойчивости для  синхронных и асинхронных двигателей  предприятия. 

Провести анализ возможностей обеспечения полученной величины времени  перерыва электроснабжения двигателей.

При расчетах взаимное влияние  двигателей и статической нагрузки не учитывать, исходную нагрузку двигателей принять равной номинальной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1  Исходные данные.....................................................................................................4

2  Расчет параметров элементов схемы замещения, определение начального 
значения тока КЗ.................................................................................................................6

3  Расчет токов КЗ на шинах 10 кВ при при параллельной и раздельной работе 
трансформаторов Т3 и Т4.................................................................................................16

4  Расчет статической устойчивости узла нагрузки по напряжению....................25

5  Расчет динамической устойчивости.....................................................................35

6 Литература...............................................................................................................38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Исходные  данные

Вариант Л747.

1. Параметры  трансформаторов связи и мощности  КЗ.

T1: n*Sном=5*250 МВА, U_к=13%, U_ВН/НН=525/15,75 кВ

T2: n*Sном=3*360 МВА, U_к=14%, U_ВН/НН=525/20 кВ

S_кз1=3500 МВА, S_кз2=1600 МВА.

 

2. Параметры воздушных линий электропередач

а) ВЛ-500 кВ - l=480 км, 2хАС-500/64; расстояние между фазами - 14 м.

б) ВЛ-220 кВ - l=90 км, 2хАС-240; расстояние между фазами - 7 м.

(Все линии  имеют стальные грозозащитные  тросы. Провода на опорах расположены  горизонтально. Линия 500 кВ имеет  три провода в фазе. Все линии  двухцепные, на отдельных опорах, взаимное влияние линий отсутствует.)

 

3. Параметры автотрансформаторной подстанции и ее обобщенной нагрузки

АТ1, АТ2: S_НОМ=500 МВА, U_ВН/НН=500/230 кВ, U_к=12%

S_Н1=450 МВА, S_Н2=450 МВА.

 

4. Параметры трансформаторов главной понизительной подстанции предприятия и ее обобщенные нагрузки

Т3, Т4: S_НОМ=63 МВА, U_ВН/НН=230/11 кВ, U_к=11,5%

S_Н3=30 МВА, S_Н4=30 МВА.

 

5.Параметры  двигательной нагрузки

АД: P_ном=10 МВт; cosφ=0,75; Х_d=0,29 о.е.; S_кр=0,21; τ_i,k=2 с.

СД: P_ном=8 МВт; cosφ=0,8; X'_d=0,22; Т_з.к.=2 с.

 

 

 

 

6. Статическая характеристика нагрузки на шинах 220 кВ районной ПС

 

Uн	1,0	0,95	0,9	0,85	0,8	0,75	0,7	0,65	0,6
Рн	1,0	0,97	0,94	0,91	0,89	0,87	0,86	0,85	0,84
Qн	1,0	0,93	0,89	0,86	0,84	0,85	0,88	0,92	0,95

 

Исходная схема сети:

Рисунок 2.1 - Исходная схема

Точка короткого замыкания  К-4

 

 

 

 

 

 

 

 

2.РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАЧАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ТОКА КЗ

Расчет токов короткого  замыкания (КЗ) начнем с приведения всех параметров 
схемы замещения и ЭДС к базисным условиям. Расчет будет в относительных единицах. Мощность базисной ЭДС выбираем равной S_баз = 1000МВА.

Базисные напряжения на каждой ступени будут равны средне-номинальным напряжениям тех же ступеней:

U_б1= 515 кВ, U_б2 = 230 кВ, U_б3 =10,5 кВ

При выбранной базисной мощности S_б =1000 MBA значение базисного тока на 
месте КЗ К-4 будет равно:

Определяем параметры  энергосистемы 1 Е₁ = 1

где S_K3l = 3500 MBA

Сопротивление трансформаторов  Т1

Сопротивление трансформаторов  Т2

Определяем параметры  линий

Определим сопротивление  воздушной линии 500 кВ U_HОM = 500 кВ

Средне номинальное напряжение U_ср.ном = 515 кВ; l₁ = 480 км

Каталожные данные провода

2хАС-500/64: r₀=2,95 Ом/100км; х₀=30,6 Ом/100км; b₀=3,623*10^-6 Ом/100км

Сопротивление одной цепи линии 500 кВ

Сопротивление двух параллельных цепей

Определяем параметры  энергосистемы 2 Е₂ = 1

Определяем параметры  автотрансформаторов Ат1 и АТ2

Х₇=Х₆=0,24ое

Определим сопротивление  воздушной линии 220 кВ

Средненоминальное напряжение U_ср.ном = 230 кВ; l₂ = 90 км

Каталожные данные провода

2хАС-240/32: r₀=11,8 Ом/100км; х₀=43,5 Ом/100км; b₀=2,604*10^-6 Ом/100км

Сопротивление одной цепи линии 220 кВ

Сопротивление двух параллельных цепей

Определяем параметры  трансформаторов Т3 и Т4

Х₁₂=Х_(б)Т4=Х_(б)Т3=1,825ое

Сопротивления обобщенных нагрузок S_Н1=450 МВА, S_Н2=450 МВА, S_Н3=30 МВА, S_Н4=30 МВА.

Сопротивление обобщенной нагрузки при номинальной мощности Х_н0= 0,35 ое

Приводим сопротивления  нагрузок к базисной мощности

ЭДС обобщенной нагрузки в  сверхпереходном режиме равна 0,85.= 0,85

ЭДС асинхронных двигателей принимаем Е_ад = 0,93ое

Сопротивление синхронного  двигателя

ЭДС синхронных двигателей принимаем Е_сд = 1,1ое

Схема замещения прямой последовательности представлена на схеме.

Рисунок 2.2-Схема  замещения для расчета тока КЗ

Преобразование  схемы прямой последовательности.

Сопротивления х₁, энергосистемы Е₁, результирующее сопротивление х₂ трансформаторов Т1 и сопротивление линии х₃ 500кВ соединены последовательно:

х₁₃ = х₁ + х₂ + х₃ = 0,286 + 0,104 + 0,554 = 0,944

Сопротивления х₅ энергосистемы Е₂ и х₄ трансформаторов Т2 так же соединены последовательно:

х₁₄ = х₄ + х₅ =0,13+0,625=0,755

Объединим источники E₁ и Е₂ в Е₃; х₁₃ и х₁₄ включены параллельно.

Результирующее сопротивление  параллельно работающих автотрансформаторов АТ1 и АТ2 с последовательно с ними включенным х₁₅ равно:

Сопротивления x₁₀, х₁₂ через выключатель В соединены последовательно с х₉, х₁₁: х₁₇ = х₉ + х₁₀ + х₁₁ + х₁₂ = 0,37 + 0,74 +1,825 + 1,825=4,76

Результирующее сопротивление  схемы прямой последовательности будет  равно:

Рисунок 2.3 - Схема  замещения прямой 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, а сопротивления прямой последовательности заменяются сопротивлениями обратной последовательности.

Рисунок 2.4 - Схема  замещения обратной последовательности

Для нахождения результирующего  сопротивления схемы нулевой последовательности проведем следующие подсчеты:

Рисунок 2.5 - Схема  замещения нулевой последовательности

Преобразование  схемы нулевой последовательности.

Результирующее сопротивление  нулевой последовательности x₁₈ трансформаторов Т1 и сопротивление линии 500кВ соединены последовательно:

х₂₈ =х₁₈ + х₁₉ = 0,104 + 2,604= 2,708

Сопротивления x₂₈ и х₂₀ соединены параллельно:

Результирующее сопротивления  автотрансформаторов AT1 и АТ2, включенных 
параллельно и последовательно включенное с ним сопротивление x₂₉ равно:

Сопротивления х₂₃, х₂₄, x₂₅ и х₂₆, х₂₇ соединены соответственно последовательно:

x₃₁=x₂₃ + x₂₄ + x₂₅ = 1,739+1,739+1,825=5,303

x₃₂=x₂₆ + x₂₇=3,478+1,825=5,303

Рисунок 2.6 - Схема  замещения нулевой последовательности

Объединяем параллельно соединенные сопротивления х₃₀ и х₃₂.

Результирующее сопротивление  схемы нулевой последовательности будет равно:

Окончательная схема замещения  будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 2.7-Схема  замещения нулевой последовательности

Для однофазного замыкания на землю действуют следующие соотношения

Периодическая слагающая  тока прямой последовательности

где добавочное сопротивление, зависящее от вида КЗ для однофазного замыкания

В именованных единицах модуль тока прямой последовательности равен

Модуль периодической  слагающей тока обратной и нулевой последовательности

I_KA2 = I_K0 = I_KA1=1,262 кА

Модуль полного фазного  тока КЗ определяем по формуле

где m=3 - коэффициент, для однофазного КЗ.

Напряжение нулевой последовательности

Ток в нейтрали Т-3 будет  являться суммой токов нулевой последовательности 
трансформатора. 

Тогда периодическая слагающая  тока в нейтрали трансформатора Т-3

I_NT-3=3*0,154*2,51=1,16 кА

 

 

 

 

 

 

3.РАСЧЕТ ТОКОВ  КЗ НА ШИНАХ 10 КВ ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ  И РАЗ- 
ДЕЛЬНОЙ РАБОТЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ Т3 И Т4