Полный текст:
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................3
1 ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ……..…………………………
4
2 РАСЧЕТ ТОКОВ ПРИ ТРЕХФАЗНОМ
КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ НА ШИНАХ ЗАДАННОЙ ПОДСТАНЦИИ..........................................................7
3 РАСЧЕТ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ
НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ С ПОСТРОЕНИЕМ ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАМ.16
3.1 Расчет токов и напряжений при
однократной поперечной
несимметрии.....................................................................................16
3.2 Расчёт
токов и напряжений несимметричных коротких
замыканий....................................................................................22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................25
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................................26
ВВЕДЕНИЕ
Целью данной курсовой
работы является получение навыков расчета ненормальных и аварийных режимов в
системе тягового электроснабжения. Рассматриваются случаи трехфазных коротких
замыканий на шинах тяговой подстанции; двухфазные металлическое и на землю
короткие замыкания, а также однофазное замыкание на землю на высокой стороне
тяговой подстанции. Кроме того, в курсовой работе рассматриваются случаи
продольного разрыва фаз.
1 ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
1. Расчет
полного тока трехфазного короткого замыкания и его составляющих для моментов
времени t=0; 0,01; 0,1; 0,2; 0,5; ? сек.
2. Расчет токов и
напряжений при однократной поперечной нессимметрии (несимметричном коротком
замыкании) с построением векторных диаграмм токов и напряжений.
3. Расчет токов и
напряжений при однократной продольной нессимметрии (разрыве одной или двух фаз)
с построением векторных диаграмм токов и напряжений.
Исходные данные
Рисунок 1.1 - Расчетная схема
электрической сети
а) Соотношение между
эквивалентными индуктивным и активным сопротивлениями электрической сети Xэ/Rэ = 12,6.
б) Характеристика
источников питания.
Из двух источников питания
один рассматривается как источник
неограниченной мощности (система). Второй источник является электрической
станцией, принципиальная схема которой составляется студентом на основании
заданных типа и количества генераторов, а так же типа и количества
автотрансформаторов повышающей подстанции электростанции.
При разном количестве генераторов
и автотрансформаторов принимаем схему с шинами генераторного напряжения.
Обозначение источника
питания – системы и сведения об оборудовании электростанции: система ИП2, тип
генератора ВГС-850/135-56, количество генераторов 4, тип автотрансформатора
АТДЦТН-63000/220/110, количество автотрансформаторов 3.
в) Характеристика линий
электропередачи.
Во всех предлагаемых вариантах
расчетной схемы электрической сети
присутствуют одноцепная и двухцепная линии электропередачи.
Номинальные напряжения
одноцепной и двухцепной линии электропередачи определяются по номинальным
напряжениям обмоток высшего и среднего напряжений автотрансформаторов повышающей
подстанции электростанции.
При этом к шинам высшего
напряжения повышающей подстанции электростанции
подключается та линия электропередачи (одноцепная или двухцепная), для которой общая (суммарная)
длина между источниками питания является большей. Соответственно, более
короткая линия электропередачи подключается к шинам среднего напряжения электростанции.
Исходные данные о длинах
участков линий электропередачи между точками их присоединения к подстанциям и
обозначение участков линий электропередачи, оснащенных стальными и хорошо
проводящими грозозащитными тросами:
Таблица 1.1 – Исходные данные.
Длина
участка ЛЭП, км
ИП1-1
14
1-2
13
2-3
46
3-4
38
4-5
61
5-ИП2
54
ИП1-ИП2
137
Обозначение
участков ЛЭП, оснащенных стальными или хорошо проводящими грозозащитными
тросами
ИП1-3
сталь
3-ИП2
хорошо проводящий грозозащитный трос
г) Характеристика понизительных подстанций.
Расчетной точкой
анализируемого вида повреждения электрической сети (трехфазное короткое
замыкание, однократные поперечная и продольная несимметрии) является ввод
высокого напряжения понизительной
подстанции:
Таблица
1.2 – Исходные данные подстанций
Расчетная
понизительная подстанция
1
Номер понизительной
подстанции с заземленной нейтралью (числитель) и номинальная мощность
трансформатора, МВА (знаменатель)
1/40
3/63
5/63
Номер понизительной
подстанции (числитель) и распределение нагрузки между шинами СН и НН
в % (знаменатель)
1
50-50
3
70-30
5
20-80
Распределение
общей нагрузки этих подстанций между шинами среднего и низшего напряжений в
процентах приведено в таблице.
Общую
нагрузку каждой из подстанций рекомендуется принять равной сумме номинальных
мощностей двух однотипных силовых трансформаторов, установленных на подстанции.
Рассчитываемый
вид несимметричного КЗ – К1 – однофазное КЗ.
Рассчитываемый
вид однократной продольной несимметрии – разрыв одной фазы.
2 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ПРИ ТРЕХФАЗНОМ КОРОТКОМ
ЗАМЫКАНИИ НА ШИНАХ ЗАДАННОЙ ПОДСТАНЦИИ
Согласно заданию, мы
должны рассчитать токи коротких замыканий на шинах тяговой подстанции №1
(рисунок 1.1).
Рисунок 2.1 –
Схема сети
Расчёт расстояний ЛЭП:
ИП1- ИП2 = 137 км линия 110 кВ - одноцепная
ИП1- ИП2 = 14 + 13 + 46 + 38 + 61 +
54 = 226 км
линия 220 кВ – двухцепная.
Из задания имеем, что второй
источник питания (ИП1) представляет из себя 4 генератора ВГС-850/135-56, работающих параллельно.
Тип автотрансформатора ИП1
- АТДЦТН-63000/220/110 работающих параллельно по заданию - 3 шт., выбираем
схему соединения, приведенную на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Схема ИП1
С учетом того, что
нагрузки всех тяговых подстанций по допущению принимаем равными нулю, получаем
схему системы тягового электроснабжения, приведенную на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 - Схема тягового
электроснабжения с учетом допущений
Теперь, заменяя элементы
схемы их индуктивными сопротивлениями, получаем расчетную схему, изображенную
на рисунке 2.4.
Для расчетов нам
необходимы справочные данные для элементов схемы. Мощность генератора ВГС-850/135-56
SG = 43,7
МВА /1/, сверхпереходное сопротивление одного генератора x"d = 0,153 /1/. Для расчета
сопротивлений обмоток автотрансформатора нам необходимы его напряжения
короткого замыкания: uк = 11.
Удельное индуктивное
сопротивление линий принимаем 0,4 Ом/км. Во всех расчетах пренебрегаем активным
сопротивлением. Базисную мощность Sb принимаем 100 МВА. Зная из задания
напряжения ступеней (кроме UСТ1, равной 10,5 кВ, т.е.
напряжению заданного генератора) и длины всех ЛЭП, мы имеем возможность
рассчитать сопротивления всех элементов схемы замещения:
Рисунок 2.4 – Расчётная схема
Расчет сопротивлений генератора:
Находим напряжения короткого
замыкания обмоток автотрансформаторов:
Сопротивления автотрансформаторов:
Сопротивления линий электропередач:
Преобразование
1
Рисунок 2.5 – Первая преобразованная
схема
Преобразование 2
Рисунок 2.6 – Вторая преобразованная
схема
Преобразование 3
Рисунок 2.7 – Третья преобразованная
схема
Преобразование 4
Рисунок 2.8 – Четвёртая
преобразованная схема
Преобразование 5:
Рисунок 2.9 – Пятая преобразованная
схема
Преобразование 6
Рисунок 2.10 – Шестая преобразованная
схема
Переход от трехлучевой звезды к двухлучевой.
Рисунок 2.11 - Переход от
трехлучевой звезды к двухлучевой
Коэффициенты
распределения токов
Расчет
тока КЗ
от ИП1
то для всех трех рассматриваемых
моментов времени токи и мощность короткого замыкания будут неизменны. Поэтому
расчет будем производить аналитическим методом.
Сверхпереходной ток:
- относительное значение сверхпереходной ЭДС
генератора источника.
- именованное результирующее
сопротивление от генератора до точки КЗ.
Ударный ток КЗ:
Апериодические составляющие тока КЗ:
Зависимость тока КЗ от ИП1 от времени изображена на рисунке
2.12.
Рисунок 2.12 –
Зависимость
.
От
источника бесконечной мощности (ИП 2)
Короткое замыкание, удаленное по
условию, так как
.
Апериодические составляющие тока КЗ:
Зависимость тока КЗ от ИП2 от времени изображена на рисунке
2.13.
Рисунок 2.13 –
Зависимость
.
Мощность короткого замыкания:
Общие значения:
Периодическая составляющая:
Апериодическая
составляющая:
Ударный ток:
Полный ток:
Зависимость полного тока КЗ от времени изображена на рисунке
2.14.
Рисунок 2.14 – Зависимость
.
Вывод:
в данном разделе был проведен расчет трехфазных токов КЗ, ударных токов КЗ и
мощности КЗ. Так как КЗ оказалось удаленным, то для всех рассматриваемых
моментов времени токи и мощность короткого замыкания неизменны, и расчет
производился аналитическим методом.
3 РАСЧЕТ ТОКОВ И
НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ С ПОСТРОЕНИЕМ ВЕКТОРНЫХ
ДИАГРАММ
3.1 Расчет токов и напряжений при
однократной поперечной
несимметрии
Рисунок 3.1 – Преобразованная схема
сети
Из п. 2.:
Составим схему замещения прямой
последовательности:
Рисунок 3.2 - Схема замещения прямой
последовательности
Определяем результирующее
сопротивление и сверхпереходную ЭДС для схемы прямой последовательности
В именованных единицах:
Составим схему замещения обратной
последовательности:
Рисунок 3.3 - Схема замещения
обратной последовательности
В именованных единицах:
Сопротивление нулевой
последовательности нам придется определить, составив схему замещения нулевой
последовательности. Из задания на курсовую работу мы знаем, что заземлены
нейтрали только у трансформаторов тяговых подстанций №1, 3 и 5. В соответствии
с этим, составим схему замещения, приведенную на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – Схема замещения нулевой
последовательности
Некоторые параметры этой
схемы будут отличаться от тех, что имели те же элементы для расчетной схемы на
рисунке 2.4. Это объясняется изменением геометрических размеров петель
протекания тока, нулевой последовательности.
Сопротивление ЛЭП:
В расчётах принимаем
следующие значения реактивного сопротивления нулевой последовательности линий:
для воздушных одноцепных без троса Х0=3,5•Х1; для
воздушных одноцепных с тросом Х0=(2-3)•Х1;
для воздушных двухцепных без троса Х0=5,5•Х1; для воздушных
двухцепных с тросом Х0=(3-4,7)•Х1; В скобках меньшие
значения относятся к воздушным линиям с хорошо проводящим тросом, большие – для
стальных тросов.
Сопротивления обмоток
силовых автотрансформаторов АТДЦТН-63000/220/110
Сопротивления участков ЛЭП одноцепных
без троса:
Сопротивления участков ЛЭП с
молниезащитным стальным тросом:
Сопротивления участков
ЛЭП с молниезащитным хорошо проводящим тросом:
Выбираем
для подстанции 1 трансформатор ТДТН 40000/220/38,5/11,0;
Выбираем для подстанции 3 трансформатор ТДТН
63000/110/38,5/11,0;
Выбираем для подстанции 5 трансформатор ТДТН 63000/110/38,5/11,0;
Расчёт сопротивлений трансформатора Т1
Расчёт сопротивлений трансформатора Т3 и Т5:
Преобразуем
схему замещения:
Рисунок 3.5-Первая схема преобразования
Рисунок 3.6 - Вторая схема преобразования
Преобразование
“треугольника” (Х5-Х6-Х13) в “звезду” (Х16-Х17-Х18).
Преобразование
“треугольника” (Х11-Х12-Х14) в “звезду” (Х20-Х21-Х22).
Рисунок 3.7-Третья схема преобразования
Рисунок 3.8 - Четвертая схема преобразования
Теперь представляется
возможным определить результирующее сопротивление нулевой последовательности:
3.2 Расчёт токов и напряжений
несимметричных коротких
замыканий
Рассмотрим случай
замыкания на землю фазы A.
Определяем дополнительное сопротивление при
однофазном коротком замыкании:
Коэффициент
m(1) = 3.
Определяем
ток прямой последовательности фазы:
Ток
короткого замыкания фазы А:
Токи обратной и нулевой
последовательности фазы А, равны току прямой последовательности:
Определяем напряжение прямой
последовательности фазы А по формуле:
Напряжение обратной последовательности:
Определим напряжение нулевой последовательности:
Напряжение
короткого замыкания фазы А :
Токи:
Напряжения:
Векторную диаграмму будем
строить, руководствуясь исключительно найденными значениями симметричных
составляющих. Векторные диаграммы токов и напряжений для случая однофазного
замыкания на землю фазы A приведены на рисунке 3.9.
Напряжения неповрежденных фаз полученные графически совпали с
аналитическими расчетами.
Рисунок 3.9 - Векторные диаграммы
токов и напряжений
при замыкании на землю фазы А
Вывод: В данном разделе были рассчитаны токи прямой,
обратной и нулевой последовательности, а также ток КЗ фазы А. Кроме того, было
рассчитано напряжение короткого
замыкания фазы А, а также построены векторные диаграммы токов и
напряжений для случая однофазного замыкания на землю фазы A.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При выполнении курсовой
работы были проанализированы ненормальные различные режимы работы в системе
тягового электроснабжения и получены навыки их расчетов. Рассмотренные режимы
являются аварийными и, поэтому, недопустимыми и должны отключаться устройствами
РЗА.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
Неклепаев
Б.М., Крючков И.П. , Электрическая часть электростанций и подстанций:
Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие
для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.:
ил.Бей Ю.М.,
Мамошин Р. Р., Пупынин В.Н., Шалимов М.Г. Тяговые подстанции/ Учебник для вузов
ж.-д. Транспорта. – М.: Транспорт, 1986 – 319 с.