Курсовая работа: Расчет электромагнитных переходных процессов в системах электроснабжения

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: «Расчет электромагнитных переходных процессов в системах электроснабжения»

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Переходные процессы в системах электроснабжения»

Выполнила

студентка гр. ЭСЭду15 ________________ И.И. Иванов

Проверил

И.И. Иванов

Нормоконтролер ________________ И.И. Иванов

Кафедра Электрические системы и сети

Дисциплина Электрические системы и сети

Специальность Электротехнические системы электропотребления

Курс IV Группа Семестр 4

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект (работу) студента

Иванова Ивана Ивановича

(фамилия, имя, отчество)

1. Тема проекта (работы) Расчет электромагнитных переходных процессов в системах электроснабжения

2. Срок сдачи студентом завершенного проекта (работы)

3. Исходные данные к проекту (работе) Параметры оборудования ТЭЦ, основные параметры оборудования ГПП, параметры воздушных ЛЭП и энергосистемы, длины кабельных линий, расчетная точка короткого замыкания

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень вопросов, которые подлежат рассмотрению) Выбор основного электротехнического оборудования схемы системы электроснабжения, расчет симметричных режимов коротких замыканий, расчет несимметричных коротких замыканий, построение векторных диаграмм токов и напряжений, определение тока замыкания на землю.

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)

6. Дата выдачи задания 08 февраля 2017 г

короткий замыкание замещение ток

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ВЫБОР ОСНОВНОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

2. СОСТАВЛЕНИЕ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ

2.1 Составление схемы замещения и расчёт параметров её элементов.

2.2 Преобразование схемы замещения к простейшему виду относительно места повреждения

2.3 Определение начального значения периодической составляющей токов КЗ от источников

2.4 Определение ударного тока короткого замыкания

2.5 Определение периодической и апериодической составляющих тока КЗ в заданный момент времени

2.6 Расчет тока при трехфазном КЗ на шинах 0,4 кВ

3. РАСЧЁТ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

3.1 Составление и преобразование к простейшему виду схем замещения отдельных последовательностей

3.2 Определение начальных значений симметричных составляющих токов и напряжений при несимметричном КЗ

3.3 Построение векторных диаграмм токов и напряжений

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

ВЫВОД

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка: 38 с., 13 рис., 7 ист., 6 табл.

Объект исследования - система энергоснабжения.

Цель работы - закрепление теоретического материала по дисциплине "Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения" и приобретение практических навыков применения теории для решения инженерных задач.

Курсовая работа содержит задачи составления и преобразования схем замещения электрической системы для токов различных последовательностей, определение величин токов и напряжений при симметричных и несимметричных режимах короткого замыкания (КЗ), построения векторных диаграмм определенных величин, приобретение навыков анализа различных видов КЗ. Работа содержит также задачи расчета токов при КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ и определения тока замыкания на землю в электрической сети с изолированной нейтралью.

Расчет проводится в относительных единицах методом приближенного приведения, приняв свободную величину базовой мощности Sб и базового напряжения Uб.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ, СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ, РЕЖИМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, ВЕКТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ, ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ, ТОКИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

ВВЕДЕНИЕ

Устойчивое развитие промышленности и сельского хозяйства страны в значительной степени зависит от надежности работы энергосистем. Последняя, в свою очередь, зависит от характеристик коротких замыканий и уровней токов короткого замыкания в электрических сетях.

Короткие замыкания являются основными причинами повреждения электроустановок и электрооборудования. Анализ статистических данных энергосистем показывает, что 50--65 % отказов электроустановок, 60--80 % отказов электрооборудования и 65--75 % пожаров в электроустановках происходят из-за коротких замыканий, ущерб от которых составляет сотни миллионов рублей в год и более.

Как правило, уровни токов короткого замыкания в электрической сети возрастают с увеличением мощности энергосистемы, плотности генерирующих мощностей и плотности соответствующей сети. Наибольшее число отказов от воздействия токов короткого замыкания приходится на электрооборудование. А отказ электрооборудования из-за цепочечного развития аварий может привести даже к системным авариям. Поэтому роль коротких замыканий в возникновении аварийных ситуаций весьма значительна. Важным фактором является и частота возникновения коротких замыканий разного вида. По усредненным данным для трехфазных, двухфазных и двухфазных коротких замыканий на землю она составляет примерно по 2 %, а для однофазных коротких замыканий -- 94 %. Вместе с тем относительная частота коротких замыканий разных видов на электростанциях, подстанциях и линиях электропередачи неодинакова. Так на электростанциях доля трехфазных и двухфазных коротких замыканий на землю более значительна, чем на подстанциях и линиях электропередачи.

Последствия коротких замыканий разнообразны -- это механическое и термическое повреждения электрооборудования, снижение уровня напряжения в электрической сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей и к выпадению из синхронизма отдельных генераторов электростанций, возгорание электроустановок и т.п.

Расчеты коротких замыканий необходимы для выбора главных схем электростанций и подстанций, проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики, выбора и проверки проводников и электрооборудования и т.д.

Приоритетной основой надежной работы электрооборудования является строгое соблюдение расчетных условий при его выборе, под которыми понимаются наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, в которых может оказаться выбираемое электрооборудование при его эксплуатации. Расчетные условия, как комплекс требований к электрооборудованию, подлежат тщательному научному обоснованию, а также анализу и корректировке по итогам эксплуатации электрооборудования с учетом вероятностных характеристик параметров режима. В расчетных условиях должны учитываться изменения структуры электрической сети и параметров основных элементов электроустановок, а также характеристики срабатывания ресурса электрооборудования.

При выборе электрооборудования необходимо учитывать наличие многофункциональных связей между его техническими, экономическими, экологическими и другими характеристиками, между детерминированными параметрами электрооборудования и непрерывными, но случайными (вероятностными) параметрами энергосистем. Выбор электрооборудования в этих условиях должен вестись с учетом системного принципа и системного подхода.

По режиму короткого замыкания электрооборудование проверяется на электродинамическую и термическую стойкость, невозгораемость (кабели), а коммутационные аппараты также на коммутационную способность и износостойкость. При этом предварительно нужно правильно определить расчетные условия короткого замыкания и параметры электрооборудования, выбрать модель расчета токов короткого замыкания и оценить, при необходимости, методы и средства ограничения токов короткого замыкания.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Для выполнения расчетов различных коротких замыкания была выдана следующая расчетная схема электрической системы:

Рисунок 1.1 - Расчетная схема электрической системы

Помимо схемы, были выданы параметры основного электрического оборудования, которые показаны в таблицах

Таблица 1.1 - Параметры генераторов

Таблица 1.2 - Параметры трансформаторов

Таблица 1.3 - Параметры двигателей

Таблица 1.4 - Параметры воздушной ЛЭП

Таблица 1.5 - Параметры кабельных линий

2. РАСЧЕТ СИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

2.1 Составление схемы замещения и расчет параметров ее элементов

На основании расчетной схемы электрической системы составим схему замещения для начального момента времени. Схема замещения представлена на рис.2.1.

Рисунок 2.1 - Схема замещения для К1(3)

На основании [2; 4], определим сопротивление и сверхпереходные ЭДС оборудования.

Система:

Сверхпереходная ЭДС системы EС=1,05 о.е.

Для оборудования ГПП

Воздушная линия WL2:

Трехфазный трансформатор с расщепленной ОНН T3, Т4:

Кабельная линия WK1, WK2: в связи с тем, что протяженность этих кабельных линий не значительна, принимаем: X6=X7=X8=X9=0.

Первая секция

Асинхронный электродвигатель М, мощностью Pном=2000 кВт в кол-ве 4:

Синхронный электродвигатель МG, мощностью Pном=630 кВт в количестве 8:

Вторая секция

Асинхронный электродвигатель М, мощностью Pном=2000 кВт в кол-ве 2:

Синхронный электродвигатель МG, мощностью Pном=630 кВт в количестве 4:

Сверхпереходные ЭДС электродвигателей:

Для оборудования ТЭС:

Воздушная линия WL1:

Трехфазные трансформаторы Т1, Т2:

Генераторы G1, G2:

Для наглядности сведем полученные данные в таблицу 2.1

Таблица 2.1 - Результаты расчетов параметров схемы замещения

2.2 Преобразование схемы замещения к простейшему виду относительно места повреждения

После составления схемы замещения и определения сопротивлений всех элементов она преобразуется к простейшему виду (многолучевая звезда) с точкой КЗ в узле. Преобразование (свертывание) схемы замещения выполняется в направлении от источника питания к месту КЗ.

Будем использовать следующие сокращения:

«-» - последовательное соединение; «II» - параллельное соединение.

1) (X15 - X17) II (X16 - X18):

2) EG1IIEG2:

Eэкв1= 1,14 о.е.;

3) X14 - X19:

X20 = X14+X19= 0,83+3,6 = 4,43 о.е.;

4) X2 - X3:

X21 = X2+X3 = 0,45+1,3 = 1,75 о.е.;

5) X10IIX11:

6) X12IIX13:

7) EМ1IIEМG1:

8) EМ2IIEМG2:

После преобразований получим следующую схему замещения: