Практический расчет начального действующего значения периодической составляющей и ударного токов трехфазного короткого замыкания

 

Необходимая точность расчетов токов КЗ определяется назначе­нием расчетов, а также степенью достоверности исходных данных. Так, при проектировании на стадии проектного задания и даже тех­нического проекта исходные данные в части параметров линий, гене­раторов, трансформаторов, а также режимов систем являются ориен­тировочными. В связи с этим при проектировании допускается вычисление приб­лиженных значений токов КЗ, что позволяет упростить расчеты, т.е.снизить трудозатраты на их выполнение. В условиях эксплуатации параметры и режимы работы данной системы известны с большой сте­пенью достоверности, поэтому для обеспечения необходимой точнос­ти расчетов токов КЗ следует принимать минимальное количество допущений, диктуемых требованиями производства эффективных вычи­слений с помощью располагаемых средств вычислительной техники.

При определении значений токов КЗ без применения ЭВМ для целей проектирования систем электроснабжения, при составлении схем замещения, помимо ука­занных выше, принимают следующие основные условия и допущения:

1. Параметры элементов схем замещения рассчитывают, используя точное приведение, поскольку трансфораторы ГПП или районных подстанций имеют РПН с широким диапазоном встроен­ного регулирования напряжения.

2. При расчете действующего значения периодической составляющей тока КЗ допускается не учитывать активные сопротивления элементов системы, если результирующее эквивалентное активное сопротивление относительно точки КЗ не превышает 30% результирующего эквивалентного индуктивного сопротивления.

3. Допускается не учитывать поперечные емкости воздушных линий напряжением 110-220 кВ протяженностью не более 200 км и напряже­нием 330-500 кВ при их длине не более 150 км.

4. Допускается не учитывать ток намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов.

5. Нагрузки учитывают приближенно, так, как указано в п. 4.3.

Расчеты действующего значения периодической составляющей тока КЗ могут производиться двумя способами: непосредственно по заданным ЭДС источников и наложением на нагрузочный режим, существовавший до возникновения КЗ, последующего аварийного режима.

 

4.4.1. Расчет начального действующего значения периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания по заданным ЭДС источников (1-й способ расчета)

 

При практических расчетах для упрощения исходят из предполо­жения о симметрии роторов всех синхронных машин, принимая , что позволяет рассчитывать сверхпереходные ЭДС синхронных гене­раторов, компенсаторов и двигателей а, следовательно, и значения периодической составляющей тока без разложения на продольные и поперечные составляющие.

При расчетах токов КЗ на ЭВМ может быть учтено расхождение ЭДС отдельных ма­шин по фазе, тогда фазная ЭДС генераторов, компенсаторов или перевозбужденных СД определяется выражением

, (4-16)

где , - вектор тока синхронного генератора (компенса­тора, двигателя) и вектор фазного напряжения на его выводах в предшествующем нагрузочном режиме. При расчетах вручную учет расхождения ЭДС по фазе представляет из­вестные трудности и поэтому, как правило, не делается.

В упрощенных расчетах, проводимых как в относительных так и в именованных единицах без учета расхождения ЭДС по фазе, вначале целесообразно рассчитать значения сверхпереходных ЭДС предшествующего режима, выраженные в относительных единицах при номинальных параметрах данной машины. Для синхронных генераторов и электродвигателей, которые до КЗ работали с перевозбуждением сверхпереходная ЭДС рассчитывается по формуле, которая следует из векторной диаграммы неявнополюсной синхронной машины:

, (4-17)

а для недовозбужденного СД - по формуле (4-11). Здесь обозначения те же, что и в формуле (4-16), а - угол сдвига между и . При расчетах максимального режима считают, что в предшествующем режиме машина работала с номинальным током, номинальным напряжением и номинальным коэффициентом мощности, поэтому в (4-17) и (4-11) следует подставлять , , .

 

Для расчета начального сверхпереходного тока, возникающего при рассматриваемом внезапном нарушении режима, составляют схему замещения, вводя в нее все генераторы, компенсаторы, крупные синхронные и асин­хронные двигатели, а также комплексные нагрузки отдельных достаточно мощных узлов своими приведенными значения­ми и . По полученным после преобразования схемы в соответствии с п. 2.2 результирующим ЭДС и индуктивному сопротивлению относительно места короткого замыкания находят сверхпереходный ток в месте короткого замыкания:

. (4-18)

Ход преобразования схемы замещения для исходной схемы рис. 9.1 показан на рис. 9.2, 9.3. Все ЭДС и сопротивления схемы заме­щения рис. 9.2 предварительно должны быть приведены к одной сту­пени напряжения, принятой за основную в соответствии с указания­ми главы 2.

 

 

4.4.2. Применение принципа наложения (2-й способ расчета)

 

Этот способ сводится к условному представлению действительно­го режима КЗ в виде двух режимов: предшествующего нагрузочного и последующего аварийного. Расчет базируется на приложении в месте КЗ двух взаимно противоположных напряжений , равных напряже­нию предшествующего

 

 

 

 

Рис.9. Исходная схема (1), схема замещения (2), эквивалентная схема замещения (3) при расчете по заданным ЭДС источников. Схемы замещения

При расчете методом наложения (4 – 6)

 

режима в месте КЗ (рис. 9.4). Режим короткого замыкания при этом не изменяется. ЭДС генераторов и других ис­точников в сочетании с напряжением в точке К обеспе­чивают условия предшествующего нагрузочного режима (рис. 9.5). Приложенное в точке К напряжение обеспечивает условия аварийного режима (рис. 9.6).

Действительные токи и напряжения в месте КЗ и на других участ­ках схемы получаются суммированием параметров обоих режимов.

Поскольку в качестве расчетного принимается случай, когда пред­шествующий ток в аварийной цепи (на схеме рис. 9.1 ток через транс­форматор) отсутствует ( = 0), ток в месте КЗ равен аварийно­му току:

. (4-19)

Применение принципа наложения особенно эффективно для упрощенных расчетов токов КЗ в случае, когда токи предшествующего нагрузочного режима примерно известны или хотя бы могут быть грубо оценены для элементов схемы, для которых требуется знание распределения тока КЗ в схеме, а также, когда требуется знание только величин, характеризующих собственно аварийный режим. В частности, применение принципа наложения имеет преимущество в срав­нении с расчетом по заданным ЭДС для определения токов и напряже­ний обратной и нулевой последовательности при несимметричных КЗ, так как в этом случае рассчитываются только аварийные составляющие.

Поскольку напряжения на шинах отдельных подстанций в нагру­зочном режиме, как правило, мало отличаются от номинального на­пряжения, то в первом приближении оно может быть принято в каче­стве расчетного в упрощенных расчетах, когда действительные нап­ряжения шин в предшествующем нагрузочном режиме неизвестны.

Пуск двигателя можно рассматривать как возникновение коротко­го замыкания за его сверхпереходным индуктивным сопротивлением и для определения пускового тока, использовать приведенные выше способы расчета начального сверхпереходного тока.

Поведение нагрузки в начальный момент переходного процесса за­висит от величины остаточного напряжения в точке ее присоединения. При выполнении практических расчетов периодической составляющей тока в месте короткого замыкания и ближайших к нему ветвях обычно учитывают только те комплексные нагрузки и отдельные двигатели, ко­торые непосредственно связаны с точкой короткого замыкания или на­ходятся в зоне малой электрической удаленности от нее.

 

Расчет ударного тока КЗ

 

При практическом расчете максимального мгновенного значения полного тока КЗ или ударного тока учитывают затухание лишь апе­риодической составляющей тока, считая, что амплитуда периодической составляющей тока от начального момента КЗ до момента, когда ток оказывается ударным (приблизительно полпериода), остается неизменной, равной амплитуде этой составляющей в начальный момент КЗ.

Ударный ток, определяемый для наиболее тяжелых условий: отсут­ствия предшествующего тока в аварийной цепи и возникновения корот­кого замыкания в момент, когда напряжение источника проходит через нуль, следует рассчитывать по формуле

 

, (4–20)

 

где к_у ― ударный коэффициент тока КЗ, определяемый по формуле (1-6) при отношении х _эк / r_эк > 5 или по формуле (1-7) при х _эк / r_эк ≤ 5.

При учете асинхронных двигателей в качестве дополнительных источников подпитки точки КЗ нужно иметь в виду, что затухание периодической и апериодической составляющих посылаемого ими тока происходит примерно с одинаковыми постоянными времени. Одновременное затухание обеих составляющих тока учитывают в величине ударного коэффициента, рассчитываемого в отличии от (1-6) по формуле

 

,

 

где Т_р ― расчетная постоянная времени затухания периодической составляющей тока статора, с;

Т_а ― постоянная времени затухания апериодической составляющей тока статора, с.

 

У синхронных двигателей величина ударного коэффициента примерно такая же, что и у синхронных генераторов равновеликой мощности.

 

Оглавление

Введение................................................................................................ 4

1. Переходный процесс в простейших трехфазных цепях.................. 8

1.1 Трехфазное короткое замыкание в неразветвленной

цепи........................................................................................................ 8

1.2. Определение эквивалентной постоянной времени......................... 14

2. Система относительных единиц. Составление схем заме­щения...... 15

2.1. Система относительных единиц.................................................. 15

2.2. Составление схем замещения приведением параметров

всех элементов к одной ступени напряжения........................................ 18

3. Установившийся режим трехфазного короткого замыкания....... 26

3.1. Основные характеристики и параметры синхронной маши­ны 26

3.2. Упрощенный учет нагрузок......................................................... 32

3.3. Влияние автоматического регулирования возбуждения.... 3 2

3.4. Расчет установившихся токов короткого замыкания при
наличии АРВ в схеме с несколькими генераторами............................... 34

4. Начальный момент внезапного нарушения режима.......................... 35

4.1. Переходные ЭДС и индуктивное сопротивление синхронной
машины................................................................................................... 35

4.2. Сверхпереходные ЭДС и реактивности синхронной машины. 40

4.3. Характеристики двигателей и обобщенной нагрузки в
начальный момент короткого замыкания............................................. 44

4.4. Практический расчет начального сверхпереходного и
ударного токов трехфазного короткого замыкания............................ 46

⇐ Предыдущая123456

Поделиться: