Задача 1
Выбратьтокоограничивающий реактор на кабельной линии электростанции в целяхограничения токов короткого замыкания до величины, указанной в таблицевариантов, таблица 1.1. Выбор реактора на отходящей кабельной линии осуществитьв предположении, что секционный выключатель QB- включен.
При выборе реактора учесть подпитку точки короткого замыканияК2 генераторов и от системы.
Дано:
Максимально рабочий ток кабельной линии Ipmax 600 А.
Номинальная мощность генераторов Рн 30 МВт.
Номинальный коэффициент мощности генераторов cos φ 0.92
Номинальное напряжение установки Uн 6,3 кВ.
Величина ограничения мощности КЗ Sкз 250 МВА.
Время действия защиты присоединения t 1,0 с.
От системы в точке К1 Sкз 1980 МВА.
Номинальная мощность тр – ра 32 МВА.
Исходная схема к выбору реактора представлена на рисунке 1.
/>
Рисунок 1. Схема электроустановки.
Согласно схемы на рисунке 1 составим схему замещения прямойпоследовательности, на рисунке 2.
/>
Рисунок 2. Схема замещения прямой последовательности.
реактор трансформатор генератор напряжение
Производим выбор оборудования с расчетом индуктивныхсопротивлений и сверхпереходных ЭДС для отдельных элементов схемы замещения.Расчет производим в о. е.
Принимаем базисные значения:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Расчет отдельных элементов схемы замещения.
Система:
/>
/>
/>
Генератор:
/>
/>
/>
/>
/>
Трансформатор:
/>
/>
Преобразуем схему замещения в простой вид. Так как G1и G2 работают в параллель, сведем их к одной точке.
/>
Рисунок 3. Схема замещения.
/>
/>
Периодическая составляющая тока КЗ в точке К1:
/>
/>
/>
/>
Эквивалентное результирующее сопротивление цепи в точке К2при отсутствии реактора:
/>
/>
Ограничиваемый ток КЗ:
/>
/>
Сопротивление цепи с учетом реактора:
/>
/>
Находим требуемое сопротивление реактора:
/>
На основании расчета выбираем реактор РБДГ – 10 – 4000 –0,105 с параметрами: Uн – 10 кВ, Iн – 4000, Хр – 0,105 Ом, Iдин – 97 кА, I 2терм – 38,2 кА.
Результирующее сопротивление цепи с учетом реактора:
/>
Начальное значение периодического тока КЗ за реактором:
/>
Проверка реактора на электродинамическую стойкость:
/>
Проверка выполнения условия на электродинамическую стойкость:
/>
Проверка реактора на термическую стойкость:
/>
где: />
Определение теплового импульса:
/>
/>
Проверка выполнения условия на термическую стойкость:
/>
Остаточное напряжение на шинах при КЗ за реактором:
/>
/>
Остаточное напряжение, создаваемое линейным реактором, должнобыть не менее 65-70% от номинального напряжения установки.
Потеря напряжения в рабочем режиме:
/>
/>
В нормальном режиме работы потеря напряжения в реакторе, какправило, не должна быть выше 1−1,5%.
Выбранный реактор соответствует всем нормам.
Задача 2
Выбрать сборные шины распредустройства 6 или 10 кВ по даннымприведенным в таблице вариантов. Выбранные шины проверить на действие КЗ.
Дано:
Номинальное напряжение установки Uн – 6,3 кВ.
Максимальная рабочая мощность нагрузки Spmax 30 МВА.
Начальный сверхпереходной ток 3 – х фазного КЗ I(3) 26 кА.
Установившийся ток 3 – х фазного КЗ I(3) 21 кА.
Установившийся ток 2 – х фазного КЗ I(2) 23 кА.
Время действия защиты tз 0,8 с.
Число часов использования максимума нагрузки Тmax 4000 час.
Решение.
Найдем максимальный расчетный ток:
/>
/>
По справочнику выбираем шины, алюминиевые 2 х 100х10продолжительный допустимый ток 2860 А.
Произведем проверку по нагреву длительно допустимым током внормальном режиме.
/>
при расположениишин плашмя К1 = 0,95 при ширине полосы ; />, тогда
/>
/>
/>
Условие выполняется.
Расположим шины плашмя и определим момент инерции:
/>
/>
Минимальное расстояние между осями опорных изоляторов вдольфазы:
/>
/>
Принимаем расстояние между осями опорных изоляторов вдольфазы равное 1,5 м.
Определим ударный ток:
/>
где: />
/>
Максимальное усилие действующее на проводник средней фазы:
/>
/>
где: a – 0,3 м расстояние между осями проводников (фаз);
Рассчитаем резонанс на шине
/>
/>
Момент изгибающий шину:
/>
/>
Момент сопротивления:
/>
/>
Максимальное расчетное напряжение шины при КЗ определится по формуле:
/>
/>
Шины являются механически прочными, если соблюдается условие
/>
где />− допустимое механическоенапряжение в материале шин.
Допустимое напряжение для алюминиевых шин 75 МПа;
/>
Условие выполняется.
Рассчитаем междуполосное усилие:
/>
Определим коэффициент формы:
/>
/>
где />=2b – расстояние между осями полос. />
По кривым определим коэффициент формы для проводниковпрямоугольной формы:
/>
Рассчитаем междуполосное усилие по формуле (24):
/>
Пролет /> рассчитывают по двумформулам и принимают меньшее значение.
/>
/>
где /> − расстояниемежду осями полос, см; /> −/>Па – модуль упругости;/>− междуполосный момент инерции,/>.
/>
/>
где /> − 2,318 массаполосы на единицу длины, />.
Из двух полученных по формулам (25) и (26) значенийпринимается наименьшее />.
Момент, изгибающий полосу определяем из выражения:
/>
/>
Моментсопротивления (шины в пакете всегда расположены на ребро.)
/>
Напряжение вматериале шин от междуполосных сил взаимодействия:
/>
/>
Шины являются механически прочными, если соблюдается условие
/>
где />− допустимое механическоенапряжение в материале шин.
Допустимое напряжение для алюминиевых шин 75 МПа;
/>
Условие выполняется.
Проверка на термическую стойкость и действию токов КЗ.
Для алюминиевых шин допускается конечная температура при КЗ 200С.
Начальная температура шины:
/>
/>
По кривым для определения конечной температуры шин при КЗ:
/>
/>
где: />
/>
По назначению Ак находим, что при КЗ шинынагреваются до 90/>С, что допустимо,т.к.
/>>/>
Проверим шины на тепловой импульс:
/>
/>
где: />
Минимально возможное сечение проводника, отвечающеетребованию его термической стойкости при КЗ:
/>
/>
где С – функция, А/>/мм/>, для алюминиевых шин С =91,
т.к. />=292,78 мм2,а шины выбраны сечением 1000 мм/>, то ониявляются термически стойкими.
Задача 3
Рассчитать эл. нагрузки и ток трехфазного КЗ на шинах 10кВГПП в наиболее тяжелом режиме. Выбрать трансформатор ГПП, рассчитать потери вних. Выбрать выключатели вводов 10 кВ ГПП.
Дано:
Количество СД 8шт.
Номинальная активная мощность СД 5000 кВт
/> СД / /> 0.9/0.16
Сторонняя нагрузка Рн 20000 кВт
/> сторонней нагрузки 0,7
Sкз на стороне 110 кВ 6900 МВА
Длина линии 7 км
Решение.
Определение электрических нагрузок будем производить пометоду коэффициента спроса. Определим суммарную мощность:
/>
где: /> количество СД; /> коэффициент спроса />
/>
/>
Найдем реактивную мощность СД:
/>
где: />
/>
/>
где: />
/>
С учётом коэффициента разновременности максимума нагрузки:
/>
/>
где: /> = 0,95 — коэффициента разновременности максимума по активной нагрузке; /> = 0,9 — коэффициентаразновременности максимума по реактивной нагрузке.
/>
/>
Расчетный коэффициент реактивной мощности равен:
/>
Поэтому необходимо скомпенсироватьреактивную мощность до значения/> =0.25;
/>
/>
Выбираем батареи конденсаторов стандартной мощности длявнутренней установки типа КРМ (УКЛ 56) – 10,5 кВ — 4000 в количестве 6 штук, суммарноймощностью 24000 квар, тогда с учётом КУ:
/>
/>
Найдем рабочий ток:
/>
/>
Мощность силовых трансформаторов определим по формуле (39).Число трансформаторов принимаем равным 2. Мощность трансформаторов выбирают сучетом коэффициента загрузки, равным 0,65÷0,7 в нормальном режиме. Такимобразом, мощность трансформатора ориентировочно определяется из условия:
/>
где n –число трансформаторов;
/>– коэффициент загрузки трансформатора.
/>
Выбран трансформатор типа ТДЦ – 40/ 115:
/>; />;
/>; />;
/> />; />;
Выбранный по условиям нормального режима работы трансформаторпроверяется по допустимой перегрузке (при отключении одного из трансформаторов)по выражению:
/>
/>
где />– коэффициентперегрузки трансформатора. /> недолжен превышать значение 1,4, т.е 1,4∙/> ≥/>. Такая перегрузкатрансформатора допускается в течение пяти дней по шесть часов, при этомвозможно отключение части ЭП, относящихся к III – й категории.
Определяем потери в трансформаторах:
/>
где: /> – коэффициентизменения потерь, изменяющихся в пределах 0,02÷-0,12, зависящий от местаприсоединения трансформаторов. Для трансформаторов ГПП или ПГВ, /> принимается равным 0,05. /> - реактивные потерихолостого хода:
/>
/>
/>
Потери активной мощности:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Рассчитав потери мощности втрансформаторах определяют расчётную нагрузку на стороне высокого напряжениятрансформатора:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Таблица 1. Расчет электрическихнагрузок.Наименование
Pн кВт
Кс cosφ tgφ
Pр кВт
Qр квар
Sр кВА
Iр А
Синхронный двигатель
Количество 8шт.
5000
40000 0,85 0,9 0,484 34000 16456 Сторонняя нагрузка 20000 0,9 0,7 1,02 20000 24000
∑ сил. нагр.
10 кВ 60000 54000 40456
С учетом Крм 51300 36410,4 Мощность КУ. 24000
∑ сил. нагр.
10 кВ 51300 12410,4 52779,8 3047,2 Потери в тр-торе 725,82 7578
∑ сил. нагр.
ГПП 52025,82 19988,4 55733,49
Расчет трехфазного короткого замыкания.
Для расчета составим схему замещения электрической сети,рисунок 4.
/>
Рисунок 4. Схема замещения электрической сети.
Примем базисные значения:
/>
Рассчитаем значения отдельных элементов схемы замещения,расчет ведем в относительных единицах.
Синхронный двигатель:
/>
При расчете примем что СД работает с перевозбуждением.
/>
/>
/>
Система:
/>
/>
/>
Нагрузка:
/>
/>
/>
Трансформатор:
/>
/>
Линия:
/>
/>
Преобразуем схему замещения в простой вид, рисунок 5.
/>
Рисунок 5. Преобразованная схема замещения в простой вид.
/>
/>
/>
/>
Рассчитаем начальное значение периодической составляющей токаКЗ для каждой ветви.
/>
/>
/>
/>
/>
Ударный коэффициент тока КЗ.
/>
где: />
/>
Определим значение ударного тока КЗ.
/>
/>
По расчетным данным выбираем выключатели вводов,ориентируемся на вакуумный выключатель ВВЭ – 10 – 31,5/3150У3; Uн=10 кВ; Iвкном=3150 А;
Iном откл=31,5 кА;Iдинам=80 кА; Iтерм=31,5 кА/3 с; tоткл=0,075 с.
Проверяем по току отключения:
/>
Проверка на электродинамическую стойкость:
/>
Проверка на термическую стойкость:
/>
Примем расчетную продолжительность КЗ равной 2с, исходя извремени срабатывания резервной защиты.
/>
/>
/>
Выбранный выключатель соответствует всем нормам.
Литература
1. Электрическаячасть станций и подстанций / Под ред. А. А. Васильева. – М.: Энергоатомиздат,1990. 576 с, с ил.
2. Неклепаев Б.Н.,Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций. Справочные материалы длякурсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат, 1989
3. Неклепаев Б.Н.Электрическая часть станций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
4. Переходныепроцессы в системах электроснабжения: Учебник/ В. Н. Винославский, Г. Г.Пивняк, Л. И. Несен и др.; Под ред. В. Н. Винославского.— К.: Выща шк. Головноеизд-во, 1989.— 422 с.
5. Программа иметодические указания к самостоятельной работе по курсу «Электромагнитныепереходные процессы» для студентов дневной и заочной форм обученияспециальности 8.090603 «Электротехнические системыэлектропотребления»/ Составил: В.В. Нестерович. – Мариуполь: ПГТУ, 2004. –25с.