Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Расчёт максимальных токов короткого замыкания для характерных точек подстанции




Расчет параметров цепи короткого замыкания необходим для дальнейшей проверки выбранных токоведущих частей и оборудования подстанции по режиму короткого замыкания на термическую и электродинамическую стойкость.

Последствиями термического и электродинамического воздействия токов короткого замыкания могут быть:

- механическое разрушение сборных шин, частей аппаратуры, токоведущих частей генераторов и трансформаторов;

- перегрев и расплавление проводов;

- оплавление контактов коммутационных аппаратов;

- поломка изоляторов в местах крепления жестких токоведущих частей.

Для предотвращения возникновения коротких замыканий и обеспечения надежности электроснабжения следует делать правильный выбор:

- схемы электрических соединений электроустановки;

- оборудования, стойкого против термических и динамических действий токов короткого замыкания;

- средств ограничения токов короткого замыкания;

- надежной релейной защиты;

- заземляющие устройств.

Для осуществления указанных мероприятий необходимо уметь определять электрические параметры короткозамкнутой цепи.

Расчет параметров цепи короткого замыкания с учетом реальных характеристик и режимов работы всех элементов энергосистемы, представленных на схеме внешнего электроснабжения заданного региона электрообеспечения, состоящего из источников электропитания, подстанций и связывающих их ЛЭП, достаточно сложен. Однако для решения задач по надежному электроснабжению допускается введение в расчеты ряда допущений, которые значительно упрощают расчеты и не вносят существенных погрешностей в них.

Основными допущениями являются следующие:

1 Считается, что фазы ЭДС генераторов не изменяются в течение всего периода короткого замыкания.

2 Не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов цепи короткого замыкания.

3 Не учитываются намагничивающие токи силовых трансформаторов подстанций.

4 Не учитываются емкостные проводимости элементов короткозамкнутой цепи на землю.

5 Считается, что, что трехфазная система является симметричной.

6 Влияние нагрузки на ток короткого замыкания учитывается приближенно.

7 При вычислении параметров цепи короткого замыкания учитывают только индуктивное сопротивление цепи, а активными сопротивлениями пренебрегают ввиду их малой величины. Активное сопротивление учитывается только в тех схемах, где отношение индуктивного сопротивления к активному менее трех (в установках напряжением свыше 1000 В).

8 Не учитываются сопротивления шин распределительных устройств подстанций, электрических аппаратов (выключателей, разъединителей, измерительных трансформаторов тока и напряжения) кабельных и воздушных перемычек небольшой длины из-за их малых значений.

9 При вычислении токов короткого замыкания все расчеты относят к одной фазе, которая может оказаться в наиболее тяжелых условиях при трехфазном коротком замыкании. Все расчеты относятся ко всем трем фазам, так как каждая может оказаться в самых тяжелых условиях при коротком замыкании.

Основные допущения существенно сокращают вычислительные работы и приводят к некоторому увеличению тока короткого замыкания против реальных значений, однако получающаяся при принимаемых допущениях погрешность не превышает допустимых значений.

Расчетным видом короткого замыкания по электродинамическому и термическому действию во всех точках системы является трехфазное короткое замыкание.

В настоящее время наиболее перспективным методом расчета параметров цепи короткого замыкания является метод относительных единиц при базисных условиях, дающий результаты, наиболее приближенные к реальности.

По этому методу расчет параметров при трехфазном коротком замыкании выполняется в следующей последовательности:

1 На основании заданной схемы внешнего электроснабжения составляется расчетная схема.

2 Определяются базисные условия (параметры) для всех расчетных точек короткого замыкания.

3 На основании расчетной схемы составляется схема замещения.

4 Производится расчет относительных сопротивлений схемы замещения.

5 Преобразование схемы замещения и приведение ее к наиболее простому виду с одновременным расчетом относительных сопротивлений для каждой вновь составленной схемы.

6 После определения результирующих относительных сопротивлений до всех точек короткого замыкания производится расчет параметров цепи короткого замыкания.

В рассмотренной последовательности в курсовом проекте производится расчет параметров цепи короткого замыкания в максимальном режиме.

На основании схемы внешнего электроснабжения, представленной на рисунке 3.1 и исходных данных в таблице 3.1, произведем в качестве примера расчет параметров цепи короткого замыкания для заданной проектируемой электрической подстанции ТП-4 по всем разделам главы 4.7. Параметры оборудования электрической подстанции ТП-4 и ЛЭП схемы внешнего электроснабжения указаны в таблице 2.

Уровни напряжений на шинах всех подстанций указываются на схеме рисунка 3.1.

Для вычисления токов КЗ по заданной схеме питания подстанции необходимо составить расчетную схему цепи КЗ, которая представляет упрощенную однолинейную электрическую схему с указанием тех элементов цепи КЗ, которые влияют на величину токов КЗ.

Таблица 4.7.1 - Параметры оборудования электрической подстанции ТП-4 и ЛЭП схемы внешнего электроснабжения, представленной на рисунке 4.7.1

Номер трансформаторной подстанции  
Мощность короткого замыкания на шинах районной подстанции № 1, МВА SК1  
Мощность короткого замыкания на шинах районной подстанции № 2, МВА SК2  
Номинальная мощность трансформаторов, МВА Sн.тр  
Напряжение короткого замыкания между обмотками, % Uк в-с Uк в-н Uк с-н 10,5
Длина ВЛ 110, км l3  
l4  
l5  
l6  
l7  

 

В расчетной схеме остаются все источники питания и все ЛЭП, идущие от них к проектируемой подстанции. Если на этом пути встречаются другие подстанции, то их оборудование также сохраняется полностью. На расчетной схеме остаются генераторы, трансформаторы, питающая система, ЛЭП, которые и будут фигурировать в дальнейших расчетах. На расчетной схеме необходимо все элементы пронумеровать, для электрических аппаратов указать заданные номинальные параметры в именованных единицах, которые будут необходимы для расчета относительных сопротивлений. Для ЛЭП указать длину в километрах..

В целях упрощения расчетов для каждой электрической ступени соответствующего уровня напряжения на расчетной схеме вместо действительных напряжений на сборных шинах указывают среднеe значение напряжения (таблица 4.7.2).

 

Таблица 4.7.2 - Значения средних расчетных напряжений

Uном        
Uср 10,5      

 

Приняв для каждой электрической ступени среднее напряжение, считают, что номинальные напряжения всех элементов, включенных на данной ступени, равны ее среднему напряжению. На расчетной схеме необходимо указать точки короткого замыкания. Обязательно необходимо рассчитать токи короткого замыкания на сборных шинах всех распределительных устройств. При курсовом проектировании достаточно рассчитать в трех точках подстанции: на сборных шинах РУ первичного и вторичного напряжений и в конце линии, питающей потребитель с наибольшим рабочим максимальным током.

Расчетная схема для максимального режима, составленн ая для проектируемой подстанции ТП-4 согласно схеме внешнегоэлектроснабжения (рисунок 3.1), представлена на рисунке 4.7.1, где обозначены номерами 1—12 основные элементы схемы внешнего электроснабжения.

 

 

Рисунок 4.7.1 – Расчетная схема для определения параметров короткого замыкания в максимальном режиме

 

По расчетной схеме составляют электрическую схему замещения одной фазы. При этом все элементы расчетной схемы заменяют соответствующими относительными сопротивлениями, каждое из которых обозначается дробью. В числителе проставляется порядковый номер, сохраняемый до конца расчета, в знаменателе - значение относительного базисного сопротивления.

При этом каждый двухобмоточный трансформатор, питающая система и ЛЭП заменяются одним сопротивлением, а трехобмоточный трансформатор – тремя, соединенными в звезду.

В связи с тем, что мощность генераторов электрических станций не известна, расчет выполняют аналитическим методом, используя принятое при вычислении относительных сопротивлений значение базисной мощности S6. При расчете удобнее всего взять S6 = 100 MBА.

Сопротивления отдельных элементов в относительных единицах, приведенные к единым базисным условиям рассчитываются по формулам:

- для электрической системы:

 

,

 

где Sб – базисная мощность;

Sк - мощность короткого замыкания на шинах распределительного устройства электроустановки;

- для генератора

 

,

 

где х''d – относительное сверхпереходное сопротивление;

Sн.г – номинальная мощность генератора;

- для реактора

 

,

 

где – номинальная проходная мощность трехфазной группы реакторов;

– номинальное напряжение реакторов;

- для линии электропередачи

 

,

 

где l – длина линии;

x0 – сопротивление 1 км линии. x0 = 0,4 Ом/км – для воздушной линии 6-220 кВ;

- для двухобмоточного трансформатора

 

,

 

где Sн.тр – номинальная мощность трансформатора;

uк% - напряжение короткого замыкания.

Сопротивление в расчетных формулах обозначается х*б, где:

- индекс «*» указывает, что величина выражена в относительных единицах (размерность отсутствует);

- индекс «б» указывает, что расчет ведется при базисных условиях. За индексом «б» ставится индекс того элемента, для которого рассчитывается сопротивление (в формулах), а при расчете сопротивлений схем замещения — порядковый номер сопротивления.

Трехобмоточные трансформаторы в схему замещения вводятся тремя сопротивлениями. Для трехобмоточных трансформаторов задаются в паспорте напряжения короткого замыкания пар обмоток, %:

- высшего - среднего напряжения uк в-с;

- высшего - низшего напряжения u к в-н;

- среднего - низшего напряжения uк с-н.

Для того чтобы определить сопротивление каждой обмотки трехобмоточного трансформатора, необходимо вначале определить их напряжение короткого замыкания, %

 

 

а затем по формуле для двухобмоточного трансформатора определить значения относительных сопротивлений каждой обмотки:

 

;

;

.

 

Данные формулы используются в расчетах относительных сопротивлений трансформаторов тогда, когда при коротком замыкании ток протекает к точке короткого замыкания по всем трем обмоткам. Однако часто при коротком замыкании на стороне низшего напряжения ток протекает по обмоткам высшего и низшего напряжения и отсутствует в обмотке среднего напряжения, а при коротком замыкании на стороне среднего – отсутствует в обмотке низшего напряжения. В таком случае трансформатор можно рассматривать как двухобмоточный и рассчитывать относительное базисное сопротивление двух обмоток по их напряжению короткого замыкания, используя выражения:

 

;

.

 

Преобразование схемы выполняется в направлении от источника питания к месту короткого замыкания, используя правила последовательного и параллельного сложения сопротивлений, преобразования звезды сопротивлений в треугольник и обратно. Эти правила представлены в таблице 4.7.3.

Постепенно преобразовывая схему замещения, приводят к простому виду, так, чтобы источники питания были связаны с точкой короткого замыкания одним результирующим сопротивлением X. При этом сначала определяют сопротивление до точки К 1, а затем до точки К 2 и К3.

Таблица 4.7.3 - Формулы для преобразования схем замещения

Выполняемые преобразования Схема Формулы для определения результирующих сопротивлений после преобразования
до преобразования после преобразования
Последовательное соединение
Параллельное соединение При двух ветвях При трех ветвях
Преобразова-ние треуголь-ника в звезду

Пример

 

Определить относительные результирующие сопротивления Х*бК1, Х*бК2 и Х*бК3 до точек К1, К2 и К3 расчетной схемы (рисунок 4.7.1), на которой указаны все необходимые расчетные величины. Активные сопротивления не учитывать, так как они значительно меньше индуктивных. Электрическая схема замещения будет иметь вид, представленный на рисунке 4.

Рассчитаем относительные сопротивления основной схемы замещения (рисунок 4.7.2) и впишем эти значения в схемы в знаменатели номеров сопротивлений.

 

Рисунок 4.7.2 – Основная схема замещения

 

Мощность системы РП-1 и РП-2

 

 

Линии электропередачи 115 кВ

 

 

Трехобмоточные трансформаторы

Вначале определяются напряжения короткого замыкания обмоток

 

 

Знак минус в дальнейших расчетах не учитывается.

Далее по формуле для двухобмоточного трансформатора находим сопротивления каждой обмотки

 

 

Затем произведем последовательное преобразование схем замещения таким образом, чтобы до точек короткого замыкания осталось одно сопротивление.

Преобразование схем замещения для максимального режима приведено на рисунке 4.7.3.

Анализируя схему замещения,изображенную на рисунке 4.7.3 а, определяем, что:

- сопротивления 1 и 3 (линии 115 кВ) включены последовательно — их эквивалентное сопротивление будет 13 (рисунок 4.7.3 б);

- сопротивления 2 и 5 (линии 115 кВ) включены последовательно — их эквивалентное сопротивление будет 14 (рисунок 4.7.3 б);

- сопротивления 1 и 4 (линии 115 кВ) включены последовательно — их эквивалентное сопротивление будет 15 (рисунок 4.7.3 б);

- сопротивления 5 и 6 (линии 115 кВ) включены последовательно — их эквивалентное сопротивление будет 16 (рисунок 4.7.3 б).

Найдем эти эквивалентные сопротивления, которые появились на схеме замещения (рисунок 5 б).

 

 

Значения оставшихся в схеме замещения (рисунок 4.7.3 б) сопротивлений с 7 по 12 переписываются из схемы рисунка 4.7.3 а.

Далее анализируем схему замещения, изображенную на рисунке 4.7.3 б:

- сопротивления 13 и 14 включены параллельно, их эквивалентное сопротивление будет 17 (рисунок 4.7.3 в);

- сопротивления 15 и 16 включены параллельно, их эквивалентное сопротивление будет 18 (рисунок 4.7.3 в).

Найдем эти эквивалентные сопротивления, которые появились на схеме замещения (рисунок 4.7.3 в).

 

 

Значения оставшихся в схеме замещения (рисунок 4.7.3 в) сопротивлений с 7 по 12 переписываются из схемы рисунка 4.7.3 б.

Далее анализируем схему замещения, изображенную на рисунке 4.7.3 в: Сопротивления 17 и 18 включены параллельно, их эквивалентное сопротивление будет 19 (рисунок 4.7.3 г).

 

 
 

 


Рисунок 4.7.3 – Преобразование схемы замещения

 

В схеме замещения на рисунке 4.7.3 г: эквивалентное сопротивление 19, будет являться результирующим до точки короткого замыкания К1:

 

 

Для того, чтобы определить суммарное результирующее сопротивление до точки короткого замыкания К2 преобразуем схему замещения рисунка 4.7.3 г, исключив из неё сопротивления, заместившие обмотки низкого напряжения трансформатора. Получим новую схему замещения (рисунок 4.7.3 д).

Анализируя схему замещения рисунка 5 д, определяем, что:

- сопротивления 7 и 8 (обмотки высшего и среднего напряжения трансформатора) включены последовательно — их эквивалентное сопротивление будет 20 (рисунок 4.7.3 е);

- сопротивления 10 и 11 также включены последовательно — их эквивалентное сопротивление будет 21 (рисунок 4.7.3 е).

Находим новые эквивалентные сопротивления рисунка 4.7.3 е.

 

 

В полученной схеме замещения (рисунок 4.7.3 е) можно определить, что сопротивления и включены параллельно. Преобразуя параллельно соединенные между собой сопротивления и , определим значение нового сопротивление (рисунок 4.7.3 ж):

 

 

На схеме замещения, изображенной на рисунке 4.7.3 ж, сопротивления 19 и 22 включены последовательно, их эквивалентное сопротивление будет 23 (рисунок 4.7.3 з).

 

В схеме замещения на рисунке 4.7.3 зэквивалентное сопротивление 23, будет являться результирующим до точки короткого замыкания К2:

Для определения суммарного результирующего сопротивления до точки короткого замыкания К3 преобразуем схему замещения рисунка 4.7.3 г, исключив из неё сопротивления, заместившие обмотки среднего напряжения трансформатора. Получим новую схему замещения (рисунок 4.7.3 и).

Анализируя схему замещения рисунка 5 и, определяем, что:

- сопротивления 7 и 9 (обмотки высшего и низшего напряжения трансформатора) включены последовательно — их эквивалентное сопротивление будет 24 (рисунок 4.7.3 к);

- сопротивления 10 и 12 также включены последовательно — их эквивалентное сопротивление будет 25 (рисунок 4.7.3 к).

Находим новые эквивалентные сопротивления рисунка 4.7.3 к.

 

 

В полученной новой схеме замещения (рисунок 4.7.3 к) видно, что сопротивления и включены параллельно. Преобразуя параллельно соединенные между собой сопротивления и , определим значение нового сопротивление (рисунок 4.7.3 л):

 

 

На схеме замещения, изображенной на рисунке 4.7.3 л, сопротивления 19 и 26 включены последовательно, их эквивалентное сопротивление будет 27 (рисунок 4.7.3 м).

 

В схеме замещения на рисунке 4.7.3 м эквивалентное сопротивление 27, будет являться результирующим до точки короткого замыкания К3:

 

 

Зная суммарные сопротивления до точек короткого замыкания, вычисляют:

- базисный ток

;

- ток короткого замыкания

 

;

 

- ударный ток

 

;

 

- мощность короткого замыкания в заданных точках подстанции

 

;

 

- тепловой импульс тока короткого замыкания

 

ВК=IК2·(tоткла),

 

где Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з., в расчетах можно принять Та = 0,05 с.

При вычислении теплового импульса полное время отключения выключателей определяется по формуле

 

tоткл = tcp + tрз+ tсв,

 

где tcp - собственное время срабатывания релейной защиты; можно принять 0,1 с

tсв - собственное время отключения выключателя. В расчетах можно принять от 0,04 до 0,015 с;

tpз – время выдержки срабатывания релейной защиты. Релейные защиты на наиболее удаленных от вводов присоединениях (на линиях, питающих потребителей) должны иметь наименьшую выдержку времени (для линий потребителей 10 кВ tpз = 0,5 с; 35 кВ tpз = 1,0 с). У следующей по направлению к источнику питания защиты (цепь секционного выключателя), время срабатывания на ступень Δt=0,5 с больше, т.е. для РУ-10 кВ tpз+Δt = 0,5+0,5 = 1 с, а для РУ-35 кВ tpз +Δt = 1,0+0,5 = 1,5 с. Таким образом, двигаясь по схеме к вводам подстанции, защиты каждого последующего присоединения будут иметь выдержку времени на ступень Δt=0,5 с больше предыдущей.

Вычисление токов и мощностей необходимо свести в таблицу (таблица 4.7.4).

 

Таблица 4.7.4 - Сводная таблица токов короткого замыкания

 

Точки КЗ Расчетные формулы Расчеты
К1 (Uср=115 кВ) 0,065
ВК=IК2·(tоткла) ВК=7,692·(3,2+0,05)=192,2 кА·с
К2 (Uср=37 кВ) 0,438
ВК=IК2·(tоткла) ВК=3,562·(1,7+0,05)=22,2 кА·с
К3 (Uср = 10,5 кВ) 0,626
ВК=IК2·(tоткла) ВК=8,792·(0,7+0,05)=57,95 кА·с
Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...