В качестве автономного источника выбираем дизель-генераторную станцию АСД – 5600, которая состоит из дизеля 78Г и синхронного генератора СБГД – 6300 – 6МУЗ

Номинальные данные генератора

- Активная мощность: Р=5600 кВт

- Напряжение: U=6300 В

- Ток статора: I=723 А

- Частота вращения n=1000 об/мин

 Генератор обеспечивает пуск асинхронных двигателей, который сопровождается внезапным увеличением нагрузки до 150% . Вместе с тем генератор в любом тепловом состоянии обеспечивает длительные нагрузки: 10% - 1ч., 25% - 15 мин., 50% - 2 мин.,

7. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ГЛАВНОЙ СХЕМЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

7.1Общие положения

Расчёты токов КЗ производятся для выбора или проверки параметров электрооборудования, а так же для выбора или проверки уставок релейной защиты и автоматики.

Основная цель расчёта состоит в определении периодической составляющей тока КЗ для наиболее тяжелого режима работы сети.

Учёт апериодической составляющей производят приближенно, допуская при этом, что она имеет максимальное значение в рассматриваемой фазе.

Расчёт тока КЗ с учётом действительных характеристик и действительного режима работы всех элементов энергосистемы состоящей из многих электрических станций и подстанций, весьма сложен. Поэтому вводят ряд допущений, упрощающих расчёты и не вносящих существенных погрешностей:

- фазы ЭДС в

сех генераторов не изменяются в течение времени КЗ (отсутствует качание генераторов);

- не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависимыми от тока индуктивные сопротивления всех элементов КЗ цепи;

- пренебрегают намагничивающими токами трансформаторов;

- не учитывают ёмкостные проводимости элементов КЗ цепи на землю;

- считают, что трёхфазная система напряжений симметрична;

- влияние нагрузки на ток КЗ учитывают приближенно;

- при вычислении токов КЗ пренебрегают активным сопротивлением, если х/r > 3;

- обязательно учитывают R при определении постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ - Та.

Эти допущения существенно упрощают расчёты причём приводят к некоторому преувеличению токов КЗ (≤10%), что считается допустимым.

Расчёт токов при трёхфазном КЗ выполняется в следующем порядке:

-для рассматриваемой части энергосистемы составляется расчётная схема; по расчётной схеме составляется электрическая схема замещения. путём постепенного преобразования приводят схему замещения к наиболее простому виду так, чтобы каждый источник питания или группа источников, характеризующихся определённым значением результирующей ЭДС ,были связаны с точкой КЗ одним результирующим сопротивлением хрез.

Используя методы расчёта электрических схем (узловых потенциалов, контурных токов, типовых кривых) определяют ток короткого замыкания в заданном месте схемы.

Рис 7.1 Расчетные зоны по токам КЗ для блочной электростанции

Рис. 7.2 Схема замещения блочной электростанции

Расчет

1. Исходные данные (параметры элементов схемы):

Энергосистема: ВН – SК1=17000МВА, UВН=750кВ;

СН – SК2=13000МВА, UСН=330кВ;

ЛЭП – ВН – W1…W4, ℓвн = 210км, Худ вн=0,28 Ом/км.

- СН – W5…W9, ℓсн = 60км, Худ сн=0,4 Ом/км.

Блочные трансформаторы:

ВН – Т1,Т2,Т3,Т4®ОРЦ-417000/750, UК1=14%;

СН – Т5,Т6,Т7, Т8,Т9®ТНЦ-1250000/330, UК2=14,5%;

Автотрансформатор связи:

АОДЦТН 330000/750/330, UК4=11,5%.

Генераторы:

G1…G9 ® ТВВ-1000-2У3; SН1=1111МВА; cosj=0,9;

PН1=1000МВт, Uн=24кВ, =0,382, =0,269.

Трансформаторы собственных нужд:

ТРДНС-63000/35; иК5=12,7%.

2. Определение параметров схемы замещения в о.е. для зоны I (КЗ на шинах 750кВ или 330)

Выбираем в качестве базисных Uб=750кВ и Sб=1000МВА.

Базисный ток:

Сопротивления генераторов в о.е.:

Сопротивление блочных трансформаторов:

-          на стороне ВН

-          на стороне СН

Суммарное эквивалентное сопротивление генераторов и блочных трансформаторов:

На стороне ВН  

На стороне СН    

Сопротивление автотрансформатора связи типа АОДЦТ-417000/750/330:

Где:.

.

Сопротивление линий электропередачи:

- на стороне ВН ,

- на стороне СН .

Сопротивление приемной системы:

-                     на стороне ВН ,

-                     на стороне СН .

Суммарное эквивалентное сопротивление ЛЭП и систем:

,

.

Сопротивления трансформаторов собственных нужд:

,

,

,

Сверхпереходные ЭДС электроэнергетических систем, находящихся на значительном удалении от расчетных точек КЗ принимаем равным . Сверхпереходные ЭДС генераторов:

где  так как принимается, что до короткого замыкания генераторы работали в номинальном режиме.

Эквивалентные ЭДС генераторов:

- на стороне ВН

-  на стороне СН

Для определения токов КЗ в I расчетной зоне упрощенная схема замещения имеет вид

Рис. 7.3 Упрощенная схема замещения главной схемы АЭС с двумя ОРУ повышенного напряжения.

3. Расчет токов КЗ для I зоны

А) Расчет токов КЗ для точки К1 (на стороне ВН):

Потенциал в точке КЗ равен нулю - j1=0.

Составление уравнения для узла j2.

Подставляя численные значения величин, определенных ранее, получим

Начальные значения периодической составляющей тока КЗ по ветвям схемы:

 относительных единицах

;

-          в именованных единицах при .

 Суммарное начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точке К1:

 Суммарное значение апериодической составляющей тока КЗ в точке К1 в момент отключения выключателя:

(каждая составляющая определяется по формуле):

.

Где t - время отключения тока КЗ,

tр.з. – время срабатывания релейной защиты, tр.з. = 0,01с.

tс.в. – собственное время срабатывания выключателя, для I зоны

t=0,1-0,2 с; принимаем t=0,16;

Та – постоянная затухания апериодической составляющей тока КЗ; дается в справочниках [2] для различных цепей. В рассматриваемом случае

.

Определение ударных токов КЗ для зоны I:

Определение импульса квадратичного тока:

 А2с

Б) Расчет токов КЗ для точки К1/ (на стороне СН):

Потенциал в точке КЗ равен нулю - j2=0. Составим уравнение для узла j1.

Начальные значения периодической составляющей тока КЗ по ветвям схемы:

- относительных единицах

;

-          в именованных единицах при .

Суммарное начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точке К1`:

Суммарное значение апериодической составляющей тока КЗ в точке К1 в момент отключения выключателя: (каждая составляющая определяется по формуле):

.

Где t - время отключения тока КЗ,  tр.з. – время срабатывания релейной защиты, tр.з. = 0,01с. tс.в. – собственное время срабатывания выключателя, для I зоны t=0,1-0,2 с; принимаем t=0,16; Та – постоянная затухания апериодической составляющей тока КЗ; дается в справочниках [2] для различных цепей. В рассматриваемом случае:

.

Определение ударных токов КЗ для зоны I:

Определение импульса квадратичного тока

 А2с

4. Расчет токов короткого замыкания для зоны III

А) Расчет токов КЗ для точек КЗ и КЗ/ (на стороне ВН):

На стороне ВН

Рис 7.4 Схема замещения для цепи тока зоны III на стороне ВН

Составляем систему уравнений по методу узловых потенциалов, принимая, что в точке КЗ потенциал равен нулю (j3=0 или j/3=0).

При коротком замыкании на выводах генератора (точка К3) в точку КЗ пойдут через выключатель Q1 токи от всех других источников, кроме тока КЗ от генератора рассматриваемой цепи.

 j3 = 0.

Подставляем численные значения величин и определяем j1 и j2 , а затем и токи КЗ.

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ от всех источников системы, кроме генератора рассматриваемой цепи будет равно

Принимаем для зоны III базисное значение тока  получим значение периодической составляющей тока КЗ в именованных единицах:

При коротком замыкании на участке выключатель Q1 – блочный трансформатор через выключатель пойдет ток в точку КЗ только от генератора рассматриваемой цепи:

-    в относительных единицах

-    в именованных единицах

Следовательно, для случая КЗ получим

- для КЗ/

Определение ударных токов КЗ для зоны III:

Определим импульс квадратичного тока

 А2с

Б) Расчет токов КЗ для точек КЗ и КЗ/ (на стороне СН):

На стороне СН

Рис 7.5 Схема замещения для цепи тока зоны III на стороне СН

 Составляем систему уравнений по методу узловых потенциалов, принимая, что в точке КЗ потенциал равен нулю (j3=0 или j/3=0).

При коротком замыкании на выводах генератора (точка КЗ) в точку КЗ пойдут через выключатель Q1 токи от всех других источников, кроме тока КЗ от генератора рассматриваемой цепи.

 j3 = 0.

 Подставляем численные значения величин и определяем j1 и j2 , а затем токи КЗ.

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ от всех источников системы, кроме генератора рассматриваемой цепи будет равно

значение периодической составляющей тока КЗ в именованных единицах:

При коротком замыкании на участке выключатель Q1 – блочный трансформатор через выключатель пойдет ток в точку КЗ только от генератора рассматриваемой цепи:

-    в относительных единицах

-    в именованных единицах

Следовательно, для случая КЗ получим

- для КЗ/

Определение ударных токов КЗ для зоны III:

Определим импульс квадратичного тока

 А2с

5. Расчет токов короткого замыкания для VI зоны

А) Расчет токов КЗ для точек К6 и К6/ (на стороне ВН):

         Рис. 7.6 Схема замещения для цепи тока зоны VI на стороне ВН

Определение недостающих параметров новой схемы замещения:

Параметры эквивалентного асинхронного двигателя, включенного на одну секцию С.Н. нормальной эксплуатации:

-    ЭДС эквивалентного асинхронного двигателя принимается ;

-    Сопротивление эквивалентного асинхронного двигателя в относительных единицах определяется  

где КпЭАД = 6,3 – кратность пускового тона эквивалентного асинхронного двигателя, вычисленная как усредненное значение кратностей пусковых токов асинхронных двигателей, включенных на одну секцию С.Н. нормальной эксплуатации.

.

Приведение к базисным условиям

.

Мощность SнАД эквивалентного асинхронного двигателя, включенного на одну секцию с.н. нормальной эксплуатации, выбирается из таблицы 2 (Расчетная нагрузка основного ТСН пункт 4.1) нагрузок рабочего трансформатора с.н. [2].

Составляем уравнения по методу узловых потенциалов и вычисляем потенциалы в точках j1 и j3 , приравнивая в точке КЗ j4=0.

;

 j1 = 1,035; j3 = 1,049.

Определение начальных значений периодических составляющих токов КЗ, принимая за базисное значение тока на этой ступени:

Так как ток КЗ для случая К6/ больше, чем для случая короткого замыкания в точке К6, все дальнейшие расчеты будут проводиться для этого случая.

Определение апериодической составляющей тока КЗ в момент отключения короткого замыкания. Принимая для зоны VI t = 0,3 с, можно найти:

Определение значения ударного тока КЗ для случая К6/:

Значения Та и Куд принимаются по таблицам справочников [2] для системы со сборными шинами 6…10кВ, где рассматриваются КЗ, через трансформаторы мощностью >63МВА в единице.

Определение периодической составляющей тока КЗ в момент отключения короткого замыкания.

кА

;

Определение импульса квадратичного тока

А2с

Б) Расчет токов КЗ для точек К6 и К6/ (на стороне СН):

Рис. 7.7 Схема замещения для цепи тока зоны VI на стороне СН

Определение недостающих параметров новой схемы замещения:

Параметры эквивалентного асинхронного двигателя, включенного на одну секцию С.Н. нормальной эксплуатации:

ЭДС эквивалентного асинхронного двигателя принимается ;

Сопротивление эквивалентного асинхронного двигателя в относительных единицах определяется  где КпЭАД = 6,3 – кратность пускового тона эквивалентного асинхронного двигателя, вычисленная как усредненное значение кратностей пусковых токов асинхронных двигателей, включенных на одну секцию С.Н. нормальной эксплуатации.

.

Приведение к базисным условиям

.

Мощность SнАД эквивалентного асинхронного двигателя, включенного на одну секцию с.н. нормальной эксплуатации, выбирается из таблицы 2 (Расчетная нагрузка основного ТСН пункт 4.1) нагрузок рабочего трансформатора с.н. [2].

Составляем уравнения по методу узловых потенциалов и вычисляем потенциалы в точках j1 и j3 , приравнивая в точке КЗ j4=0.

;

j2 = 1,051; j5 = 1,032.

Определение начальных значений периодических составляющих токов КЗ, принимая за базисное значение тока на этой ступени:

Так как ток КЗ для случая К6/ больше, чем для случая короткого замыкания в точке К6, все дальнейшие расчеты будут проводиться для этого случая.

Определение апериодической составляющей тока КЗ в момент отключения короткого замыкания.

Принимая для зоны VI t = 0,3 с, можно найти:

Определение значения ударного тока КЗ для случая К6/:

Значения Та и Куд принимаются по таблицам справочников [2] для системы со сборными шинами 6…10кВ, где рассматриваются КЗ, через трансформаторы мощностью >63МВА в единице.

Определение периодической составляющей тока КЗ в момент отключения короткого замыкания.

кА

;

Определение импульса квадратичного тока

А2с

6. Расчет токов короткого замыкания для VII зоны на ВН.

Схема замещения аналогична схеме замещения для цепи в VI зоне. Отличие расчета токов КЗ в седьмой зоне состоит в том, что при КЗ на сборных шинах 6кВ или на любом присоединении КЗ, проходящий по этим шинам ток присоединения, будет суммарным: от системы и от асинхронных электродвигателей С.Н. , работающих кратковременно в генераторном режиме.

Следовательно, для зоны VII можно использовать уже найденные значения токов КЗ для VI зоны.

А) Расчет токов КЗ для VII зоны (на стороне ВН):

Периодическая составляющая тока КЗ в точке К7:

Апериодическая составляющая тока КЗ в точке К7 определяется для момента отключения короткого замыкания, которое происходит при t = 0,6с.:

Ударный ток короткого замыкания:

Определение импульса квадратичного тока

А2с

Б) Расчет токов КЗ для VII зоны (на стороне СН):

Для зоны VII можно использовать уже найденные значения токов КЗ для VI зоны.

Периодическая составляющая тока КЗ в точке К7:

Апериодическая составляющая тока КЗ в точке К7 определяется для момента отключения короткого замыкания, которое происходит при t = 0,6с.:

Ударный ток короткого замыкания:

Определим импульс квадратичного тока

А2с

Анализируя результаты расчета токов КЗ в рассматриваемом примере нетрудно заметить, что токи КЗ во всех зонах главной схемы АЭС весьма велики. Это затрудняет выбор коммутационных и защитных расчетов для каждой цепи с выключателем, поиска новых принципов и устройств защиты от токов КЗ и уменьшения их величины.

8. ВЫБОР КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ ГЛАВНОЙ СХЕМЫ ВЫДАЧИ МОЩНОСТИ И СХЕМЫ СОБСТВЕННЫХ НУЖД

Для надежного электроснабжения потребителей токоведущие части, изоляторы распределительных устройств и высоковольтные коммутационные аппараты должны удовлетворять требованиям:

1.Электрическая прочность – способность длительно выдерживать максимальное рабочее напряжение и противостоять кратковременным перенапряжениям. При этом должно выполняться условие: Uном  Uраб.

2.Соответствующая нагрузочная способность, благодаря которой протекание длительных (номинальных, ремонтного или послеаварийного режимов) токов нагрузки не вызывает их повреждения, ускоренного износа изоляции, снижения механической прочности и недопустимого нагрева. Должно выполняться следующее условие:

Iраб.max  Iном,

где а) Iраб.max – наибольший ток послеаварийного или ремонтного режимов, который определяется при условии работы элемента системы при снижении напряжения на 5%

Iраб.max = ,

где Sном – мощность самого мощного присоединения (для ОРУ ВН и ОРУ СН) с одним выключателем наприсоединение, или мощность, передаваемая по линии, где установлен выключатель (для остальных участков).б) Iраб.max - суммарный ток двух присоединений для ОРУ по схеме 3/2 или суммарный ток трех присоединений наиболее нагруженной цепи ОРУ, собранного по схеме 4/3.

3.Термическая стойкость – способность кратковременно противостоять термическому действию токов к.з., не перегреваясь сверх допустимых пределов. Термическая стойкость характеризуется допустимым тепловым импульсом тока к.з., поэтому для проверки электрических аппаратов на термическую стойкость следует сравнить полный импульс квадратичного тока к.з. (рассчитанный в VI главе) Вк.расч с заводскими данными:

Вк.зав = Iт2 · tт; Вк.расч  Вк.зав

4.Динамическая стойкость – наличие запаса механической прочности, при которой

динамические усилия, возникающие между токоведущими частотами не приведут к их повреждению при протекании по ним ударных токов к.з.:

iдин  iуд.расч,

где iдин – мгновенное значение тока электродинамической стойкости, задается заводом – изготовителем.

5.Отключающая способность (для выключателей высокого напряжения):

а) проверка на симметричный периодический ток отключения Iпо  Iоткл.ном;

б) проверка отключения апериодической составляющей

iat  iа.ном = · β · Iоткл.ном/100

где β – содержание апериодической составляющей в токе к.з., %.

6.Включающая способность, которая характеризуется способностью выключателя включиться повторно на короткозамкнутую цепь без разрушения и деформации токоведущих его частей.

Проверяется по условию:

I. Проверка по перечисленным условиям выключателя ОРУ-750 типа:

ВНВ – 750А–63/3150 У1

1.          

2.            (пункт 2, схема 4/3)

3. 

(пункт7 КЗ в т.К1ВН)

4.          кА (пункт7 КЗ в т.К1ВН)

5.а) (пункт7 КЗ в т.К1ВН)

 б)                  (пункт7 КЗ в т.К1CН)

6.                           (пункт7 КЗ в т.К1ВН)

Все условия выполняются, следовательно, данный выключатель подходит для установки на ОРУ-750 кВ.

II. Проверка по перечисленным условиям выключателя ОРУ-330 типа:

ВНВ – 330А–63/4000 У1

1.          

2.            (пункт 2, схема 4/3)

3. 

(пункт7 КЗ в т.К1СН)

4.          (пункт7 КЗ в т.К1СН)

5.а)  (пункт7 КЗ в т.К1CН)

 б)                  (пункт7 КЗ в т.К1CН)

 6.                          (пункт7 КЗ в т.К1CН)

Все условия выполняются, следовательно, данный выключатель подходит для установки на ОРУ-330 кВ.

III. Проверка по перечисленным условиям генераторного выключателя типа:

КАГ-24-30/30000У3

1.          

2.            (пункт7 КЗ в зоне 3)

3. 

(пункт7 КЗ в зоне 3)

4.          (пункт7 КЗ в зоне 3)

6.                           (пункт7 КЗ в зоне 3)

Выключатель не предназначен для отключения токов к.з. Это обусловлено тем, что при к.з в цепи генератора токи к.з имеют большие значения, а выключатели рассчитанные на такие токи выпускаются единичными экземплярами по специальному заказу.

Все условия выполняются, следовательно, данный выключатель подходит для установки в качестве выключателя нагрузки.

IV. Проверка по перечисленным условиям выключателей рабочих вводов секции 6кВ нормальной эксплуатации BA BB BC BD на стороне ВН (выбирается по наибольшей мощности потребителей и второй группе надежности. Нагрузка на BV=4050 кВт) типа:

ВЭС 6 40/3200У3

1.          

2.           

3. 

4.          кА

5.а) 

Все условия выполняются, следовательно, данный выключатель подходит для установки на секцию.

V. Проверка по перечисленным условиям выключателей рабочих вводов секции 6кВ нормальной эксплуатации BA BB BC BD на стороне СН (выбирается по наибольшей мощности потребителей и второй группе надежности. Нагрузка на BV=4050 кВт) типа:

ВЭС 6 40/3200 У3

1.          

2.           

3. 

4.          кА

5.а) 

Все условия выполняются, следовательно, данный выключатель подходит для установки к любому потребителю на секцию.

ВЫВОД

В ходе курсового проектирования была выбрана схема выдачи мощности, электростанции типа АЭС; выбрана электрическая схемы РУ повышенного напряжения; была спроектирована схема электроснабжения собственных нужд блока АЭС; был сделан выбор мощности ТСН АЭС; был сделан расчет режима самозапуска электродвигателей механизмов собственных нужд АЭС; была определена мощность дизель-генераторов систем надёжного питания; был произведён расчет токов короткого замыкания в главной схеме ЭС, также был произведён выбор коммутационных аппаратов главной схемы и схемы электроснабжения собственных нужд.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Электрическая часть тепловых и атомных электростанций, Сиротенко Б.Г., Смирнов С.Б., Севастополь, 2002г.

2. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования /Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. - М: Энергоатомиздат, 1986.

3. Конспект лекций.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5