Костылев Б.И., Добросотских А.С. Разработка электрической части электростанций

где

уд

x

- индуктивное сопротивление линии на 1 км длины, Ом/км;

l

- длина линии, км;

ср

U

- среднее эксплуатационное напряжение линии,

кВ.

Среднее значения индуктивного сопротивления линий на 1 км длины

уд

x

составляют, Ом/км:

для одноцепных воздушных линий

6 – 220 кВ 0,4

220 – 330 кВ при расщеплении на два провода в фазе 0,32

500 кВ при расщеплении на три провода в фазе 0,3

750 кВ при расщеплении на четыре провода в фазе 0,28

для кабельных линий 6 – 10 кВ 0,08

3.1.5. РЕАКТОРЫ

В справочной литературе сопротивление реактора

р

x

указывается

как в именованных единицах (в омах), так и в относительных (в

процентах). Если сопротивление реактора дано в именованных

единицах, достаточно, лишь привести его к базисному напряжению:

2

ср

б

р

U

xx 

,

если в относительных, то необходимо выразить его в именованных

единицах при базисном напряжении по формуле

номном

б

р

IU

U

x

3

100

%

2



,

где

%

р

x

- индуктивное сопротивление реактора в процентах;

ном

U

-

номинальное напряжение, кВ;

ном

I

- номинальный ток реактора, кА.

3.2. УЧЕТ НАГРЗКИ ПРИ РАСЧЕТЕ ТОКОВ

КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Нагрузка при расчете токов короткого замыкания в сетях 35 кВ и

выше не учитывается и в схему замещения не вводится. Однако

нагрузка, включенная непосредственно у генераторов (случай ТЭЦ) и

имеющая мощность, соизмеримую с мощностью генераторов,

учитывается путем уменьшения э.д.с. этих генераторов до значения

1





E

или с учетом тока электродвигателей, как показано в разделе 3.4.

51

3.3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ

СИСТЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТИРУЮЩИХ

СОПРОТИВЛЕНИЙ

Сопротивления элементов схемы, приведенные к базисному

напряжению, указывают на схеме замещения. Для этого каждый

элемент в схеме замещения обозначают дробью: в числителе ставят

порядковый номер элемента (сохраняемый за ним до конца расчета), а в

знаменателе – значение сопротивления в Омах. Далее необходимо

преобразовать полученную схему замещения к простейшему виду

относительно каждой точки короткого замыкания. Преобразование

(свертывание) схемы выполняется в направлении от источников э.д.с. к

месту короткого замыкания.

Обычно схему сводят к нескольким лучам (ветвям), выделяя в

отдельные лучи источники э.д.с. в зависимости от их типа и

электрической удаленности относительно точки короткого замыкания.

Все многообразие расчетных случаев можно свести к трем

характерным схемам замещения [2].

1. Если расчетная точка короткого замыкания электрически удалена

от всех источников, то схема замещения преобразуется в конечную

однолучевую схему с параметрами эквивалентного источника, условно

называемого «системой». Такие преобразования справедливы для РУ 6-

10 кВ подстанций, к которым не подключены непосредственно

синхронные компенсаторы и двигатели высокого напряжения; для РУ

повышенных напряжений электростанций и подстанций; для сетей

6-10 кВ, питаемых от электростанций через реакторы.

2. Если электрическая удаленность некоторых источников от точки

короткого замыкания равно нулю, то их следует выделить особо

(источник «генератор»), объединив все остальные удаленные источники

в один эквивалентный – «система». В результате получается конечная

двухлучевая схема замещения. Такие схемы характерны для точек

короткого замыкания на генераторном напряжении (на зажимах

генератора или на секции ГРУ, к которой присоединены генераторы), а

также для РУ 6-10 кВ подстанций в местах присоединения синхронных

компенсаторов, которые и являются «генератором».

3. Если расчетная точка короткого замыкания непосредственно

связана с мощными электродвигателями, то все двигатели объединяют в

один эквивалентный источник «двигатель» суммарной мощности с

усредненными параметрами, а остальные источники объединяют в

«систему», т.е. получается двухлучевая схема замещения. Такие схемы

52

характерны для РУ 6-10 кВ собственных нужд электростанций или

промышленных подстанций.

В процессе свертывания схемы применяют известные из курса ТОЭ

простейшие преобразования (сложение последовательно соединенных

сопротивлений; замена несколько сопротивлений, соединенных

параллельно, одним эквивалентным; преобразование сопротивлений,

соединенных звездой, в треугольник и обратно), а также и другие, более

сложные. Рассмотрим некоторые из них.

Замена нескольких сопротивлений, соединенных последовательно,

эквивалентным

nэкв

xxxx  ...

21

. (24)

Замена нескольких сопротивлений, соединенных параллельно,

эквивалентным

nэкв

xxxx /1.../1/1

21



. (25)

Соединение звездой с сопротивлениями лучей

1

x

,

2

x

,

3

x

может

быть заменено эквивалентным соединением в треугольник с

сопротивлениями:

3

21

2112

x

xx

xxx 

;

2

31

3113

x

xx

xxx 

;

1

32

3223

x

xx

xxx 

. (26)

Преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную

звезду с сопротивлениями:

231312

1312

1

xxx

xx

x





;

231312

2312

2

xxx

xx

x





;

231312

2313

3

xxx

xx

x





. (27)

Значительное упрощение некоторых участков схемы замещения

достигается совмещением точек одинакового потенциала. Например,

если в схеме на рис.3.5,а э.д.с. источников питания одинаковы и схема

симметрична, то точки

m

и

n

будут равнопотенциальными. При

совмещении равнопотенциальных точек сопротивления одноименных

элементов (

1

x

и

3

x

) складываются, как параллельные, и схема

преобразуется к виду, показанному на рис.3.5,б.

Аналогичные преобразования производят при коротком замыкании в

точке

q

.

53

При коротком замыкании в точке

n

источники

1

E



и

2

E



можно

объединить и, преобразуя полученный треугольник сопротивлений

1

x

,

2

x

,

4

x

в эквивалентную звезду, существенно упростить схему.

В процессе преобразования схемы замещения часто возникает задача

объединения нескольких параллельных ветвей с различными

источниками э.д.с.

1

E



,

2

E



, …,

n

E



и сопротивлениями

1

x

,

2

x

, …,

n

x

в

одну эквивалентную ветвь. Этот случай показан на рис.3.6.

Р и с. 3.5

Р и с. 3.6

Здесь

экв

E



и

экв

x

определяются по формулам











n

i

n

i

экв

x

E

1

, (28)





n

i

экв

x

1

. (29)

54

Приведение нескольких параллельных ветвей к одной эквивалентной

является непременным этапом решения задачи разделения так

называемых связанных цепей. Эта задача возникает в процессе

преобразования схемы (рис.3.6,а) к конечному виду (рис.3.7).

Р и с. 3.7

Результирующие сопротивления лучей этой схемы определяются по

формулам

1

1.

С

xx

x

nэкв

рез





;

2

2.

С

xx

x

nэкв

рез





;

т

nэкв

трез

С

xx

x

1

.





, (30)

где

1

C

,

2

C

, …,

n

C

- коэффициенты распределения тока по лучам

схемы;

1

x

C

экв



;

2

x

C

экв



;

n

экв

n

x

C 

, (31)

причем

1...

21



n

CCC

.

Полученная в результате всех преобразования схема (см. рис.3.7)

позволяет определять суммарный ток короткого замыкания

к

I

в месте

повреждения от всех источников и его составляющие во всех лучах

схемы

1к

I

,

2к

I

, …,

кn

I

.

3.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОКОВ К.З.

На основе преобразованной схемы замещения (см. рис.3.7)

производится расчет токов короткого замыкания во всех лучах (ветвях)

схемы. В процессе расчета определяются следующие параметры:

0п

I

- начальное значение периодической составляющей тока

короткого замыкания в каждой ветви (действующее значение за первый

период), кА;

уд

i

- ударный ток, кА;

55



п

I

и



а

i

-периодическая и апериодическая составляющая тока

короткого замыкания к моменту размыкания дугогасительных

контактов выключателя (



), кА.

Физический смысл указанных параметров поясняется рис.3.8, на

котором показаны кривые изменения во времени тока короткого

замыкания

)(ti

к

в каждой ветви и его составляющих – периодической

)(ti

п

и апериодической

)(ti

а

. Момент возникновения короткого

замыкания соответствует условиям, при которых полный ток короткого

замыкания и его апериодическая составляющая достигают

максимальных значений.

Р и с. 3.8

3.4.1. ОПРЕДЕЛЕНИ ТОКА

0п

I

Начальное значение периодической составляющей тока короткого

замыкания в каждой ветви схемы (рис.3.7) находится по формуле

сррез

б

п

Ux

UE

I





0

, (32)

где

E



- э.д.с. ветви преобразованной схемы замещения, приведенная к

ступени базисного напряжения, кВ;

б

U

- базисное напряжение, кВ;

рез

x

- результирующее сопротивление ветви преобразованной схемы

замещения относительно точки короткого замыкания, приведенное к

ступени базисного напряжения, Ом;

ср

U

- среднее напряжение той

ступени, на которой находится точка короткого замыкания, кВ.

Начальное значение суммарного периодического тока короткого

замыкания

0п

I

от всех источников (см. рис.3.7) определяются путем

сложения периодических составляющих токов ветвей:

nппппп

IIIII

00302010

...



, (33)

56

где

01п

I

,

02п

I

, …,

nп

I

0

определяется по вышеприведенной формуле.

3.4.2. ОПРЕДЕЛЕНИ УДАРНОГО ТОКА

уд

i

Ударный ток короткого замыкания достигает своего значения через

0,01 с после начала короткого замыкания (см. рис.3.8) и определяется по

формуле

упуд

kIi 

0

2

, (34)

где

0п

I

- начальное значение периодической составляющей тока

короткого замыкания рассматриваемой ветви, кА;

у

k

- ударный

коэффициент,

a

T

у

еk

01,0

1





, (35)

где

a

T

- постоянная времени затухания апериодической составляющей

тока короткого замыкания ветви, с.

Средние значения постоянных времени

a

T

и ударного коэффициента

у

k

для различных цепей приведены в табл. 3.1.

Ударный ток от всех источников в месте короткого замыкания

уд

i

определяется путем суммирования составляющих по отдельным ветвям

(см. рис. 3.7):

удnудудуд

iiii 



...

21

, (36)

Таблица 3.1

Обобщенные показатели для различных схем замещения при расчете

токов короткого замыкания

Точка короткого замыкания

c

Rx  /

a

T

, с

у

k

На присоединении РУ повышенного

напряжения станции – «система»

40 0,13 1,92

На присоединении РУ повышенного

напряжения подстанции – «система»

15 0,05 1,8

На присоединении РУ вторичного

напряжения подстанции, секция

собственных нужд ТЭС – «система»

20 0,06 1,85

Продолжение таблицы 3.1

Точка короткого замыкания

c

Rx  /

a

T

, с

у

k

57

Синхронный компенсатор – «генератор» 44 - 80 0,14 – 0,26 1,82 – 1,96

Мощные двигатели – «двигатель» 12,5 0,04 1,78

На секции ГРУ, на зажимах генератора

Удаленные источники – «система»

Неудаленные источники – «генератор»

- турбогенераторы до 6 МВт

- турбогенераторы 12 - 60 МВт

- турбогенераторы 100 - 1000 МВт

20

30 – 40

50 – 75

125 - 160

0,06

0,1 – 0,13

0,16 – 0,25

0,4 – 0,54

1,85

1,9 – 1,92

1,94 – 1,955

1,975 – 1,98

За линейным реактором на станции –

«система»

30 0,1 1,9

За кабельной линией 6 – 10 кВ – «система» 3 0,01 1,38

За трансформатором

МВАS

ном

1

-

«система»

6,3 0,02 1,6

3.4.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКОВ



п

I

и



а

i

Значения периодической и апериодической составляющих тока

короткого замыкания для времени

0t

необходимо знать для выбора

выключателей. Расчетное время, для которого требуется определить

токи короткого замыкания, вычисляется как

01,0

св

t



с, где

св

t

-

собственное время отключения выключателя; 0,01 с - минимальное

время действия релейной защиты.

При определении действующего значения периодической

составляющей тока короткого замыкания



п

I

для моментов времени от

0 до 0,5 с для генераторов рекомендуется метод типовых кривых.

Типовые кривые показывают изменение во времени периодической

составляющей тока короткого замыкания синхронных машин при

различных удаленностях точки короткого замыкания и представляют

собой семейство кривых (рис. 3.9)

)(

0

tf

I

гп







при

var

.

0





номг

гп

I

, (37)

где

гп

I



- действующее значение периодической составляющей тока

синхронного генератора в месте короткого замыкания в момент времени



t

после возникновения короткого замыкания;

гп

I

0

- начальное

значение периодической составляющей тока генератора.

Кривые справедливы для турбогенераторов мощностью от 12 до

800 МВт с релейной форсировкой возбуждения и кратностью

форсировки, равной двум.

58

Р и с. 3.9

Метод типовых кривых целесообразно применять, когда точка

короткого замыкания находится у выводов генераторов или на

небольшой электрической удаленности от них. Неудаленные

генераторы выделяются в отдельную ветвь с э.д.с.

г

E



и

результирующим сопротивлением

г

x

(рис. 3.10). Все остальные

источники являются удаленными и объединяются в ветвь «системы» с

неизменной э.д.с.

constE

с



и результирующим сопротивлением

c

x

. В

этом случае периодическая составляющая тока в месте короткого

замыкания



п

I

в момент времени



t

равна сумме периодических

составляющих тока генератора (или группы однотипных генераторов)

гп

I



и

сп

I



:

спгпп

III





. (38)

Р и с. 3.10

Составляющую

гп

I



определяют по типовым кривым (см. рис. 3.9)

следующим образом:

59

1) находят номинальный ток генератора

номг

I

.

(или группы

однотипных генераторов), приведенный к той ступени напряжения, где

находится точка короткого замыкания:

нср

нг

номг

U

Pn

I



cos3

.







, (39)

где

n

- число генераторов;

нг

P

- номинальная активная мощность

генераторов, МВт;

н



cos

- номинальный коэффициент мощности

генераторов;

ср

U

- среднее напряжение той ступени, на которой

находится точка короткого замыкания, кВ;

2) по ранее найденному начальному значению периодической

составляющей тока генератора

гп

I

0

(или группы генераторов) и

значению

номг

I

.

определяют их отношение

номггп

II

.0

/



;

3) по кривой (см. рис. 3.9), соответствующей найденному



, для

расчетного времени



находят отношение

гпгп

II

0

/







4) зная



и

гп

I

0

, определяют

гпгп

II

0







.

Периодическую составляющую тока короткого замыкания от

системы

сп

I



в расчетный момент времени



определяют проще,

полагая

срс

бс

спсп

Ux

UE

II 

0



, (40)

где

с

E

- э.д.с. ветви «системы», приведенная к ступени базисного

напряжения, кВ;

с

x

- результирующее сопротивление ветви системы

относительно точки короткого замыкания, приведенное к ступени

базисного напряжения, Ом;

ср

U

- среднее напряжение той ступени, на

которой находится точка короткого замыкания, кВ.

Для схемы замещения типа «система» - «двигатель» определение

составляющих тока для луча «система» ничем не отличается от

предыдущего случая, а для луча «двигатель» определяются следующим

образом [2]. Начальное значение периодической составляющей тока

короткого замыкания от эквивалентного источника «двигатель»

определяется выражением

н

дном

ндд

дном

дпускдп

U

P

U

P

II

..

*

.0

0.4

3cos





, (41)

где

6,5

*

.



дпуск

I

- усредненная кратность пускового тока для двигателей

собственных нужд ТЭС;

дном

P

.

- суммарная номинальная мощность

эквивалентного двигателя;

94,0

д



- к.п.д. эквивалентного двигателя

60

Костылев Б.И., Добросотских А.С. Разработка электрической части электростанций

Подождите немного. Документ загружается.