Курсовая работа по переходным процессам в электротехнических системах на тему Расчет токов КЗ в энергосистеме

ВВЕДЕНИЕ

Электроснабжение промышленных предприятий представляет собой сложную систему, отказ которой может привести к значительным экономическим потерям и нарушениям технологических процессов. Одной из наиболее серьезных аварийных ситуаций в электрических сетях является короткое замыкание (КЗ), сопровождающееся резким увеличением токов и глубоким снижением напряжения. Эти процессы создают не только термические и динамические нагрузки на оборудование, но и могут нарушить устойчивость работы энергосистемы в целом.
В связи с этим расчет токов короткого замыкания является обязательным и критически важным этапом проектирования, эксплуатации и модернизации систем электроснабжения. Его результаты лежат в основе выбора и проверки электрооборудования на электродинамическую и термическую стойкость, настройки устройств релейной защиты и автоматики, что в конечном итоге определяет надежность и безопасность всей электроустановки.
Целью данной курсовой работы является углубление и закрепление теоретических знаний, а также приобретение практических навыков расчета токов короткого замыкания в системах электроснабжения промышленных предприятий. В работе комплексно решаются задачи расчета как симметричных (трехфазных), так и несимметричных видов КЗ, что позволяет получить полное представление о переходных процессах в различных точках сети.
Для достижения поставленной цели в работе решается ряд задач:
Расчет параметров схемы замещения и определение сопротивления внешней сети.
Определение сверхпереходных токов КЗ от системы и синхронных двигателей с оценкой их влияния.
Расчет ударного тока короткого замыкания.
Вычисление токов КЗ в сетях низкого напряжения 380/220 В с учетом активных сопротивлений элементов.
Расчет периодической составляющей тока несимметричного КЗ в произвольный момент времени.
Построение векторных диаграмм токов и напряжений в заданной ветви для наглядной интерпретации результатов несимметричного режима.
Расчеты выполняются с использованием метода относительных единиц для сетей выше 1000 В и метода именованных единиц для сетей до 1000 В, в соответствии с действующими руководящими указаниями и методиками.

1 Расчет несимметричного короткого замыкания
Построение семы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей

Для расчета несимметричного короткого замыкания необходимо составить схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей. Расчет выполняется в относительных единицах при базисных условиях. В качестве базисной мощности принято Sб = Sk=1500 МВА. Базисные напряжения на каждой ступени выбраны равными средним номинальным напряжениям: Uб = Uср.ном.
Базисная мощность: S_"б" =1500" МВА"
Базисные напряжения:
U_("б" I)=230" кВ"
U_("б" II)=115" кВ"
U_("б" III)=37" кВ"
U_("б" IV)=15,75" кВ"
U_("б" V)=10,5" кВ"
Расчет сопротивлений элементов схемы замещения прямой последовательности:
Формула для ЛЭП:
X_*=x_"уд" ⋅l⋅S_"б" /(U_"ср.ном" ^2 )

Таблица 1.1 – Расчёт сопротивлений ЛЭП прямой последовательности
Линия U_"ср" , кВ x_"уд" , Ом/км l, км Расчётная формула X_*, о.е.
W1 230 0,4 80 0,4⋅80⋅1500/〖230〗^2 0,9075
W2 230 0,4 80 0,4⋅80⋅1500/〖230〗^2 0,9075
W3 230 0,4 90 0,4⋅90⋅1500/〖230〗^2 1,0215
W4 115 0,4 100 0,4⋅100⋅1500/〖115〗^2 4,5360
W5 115 0,4 60 0,4⋅60⋅1500/〖115〗^2 2,7216
W6 115 0,4 40 0,4⋅40⋅1500/〖115〗^2 1,8144
W7 115 0,4 55 0,4⋅55⋅1500/〖115〗^2 2,4948

2. Расчёт сопротивлений ЛЭП нулевой последовательности
Формула для ЛЭП нулевой последовательности:
X_(*0)=x_"уд.0" ⋅l⋅S_"б" /(U_"ср.ном" ^2 )

Таблица 1.2 – Расчёт сопротивлений ЛЭП нулевой последовательности
Линия U_"ср" , кВ x_"уд.0" , Ом/км l, км Расчётная формула X_(*0), о.е.
W1 230 1,3 80 1,3⋅80⋅1500/〖230〗^2 2,9494
W2 230 1,3 80 1,3⋅80⋅1500/〖230〗^2 2,9494
W3 230 1,4 90 1,4⋅90⋅1500/〖230〗^2 3,5750
W4 115 1,3 100 1,3⋅100⋅1500/〖115〗^2 14,7420
W5 115 1,2 60 1,2⋅60⋅1500/〖115〗^2 8,1648
W6 115 1,25 40 1,25⋅40⋅1500/〖115〗^2 5,6813
W7 115 1,2 55 1,2⋅55⋅1500/〖115〗^2 7,4844

3. Расчёт сопротивлений трансформаторов
Формула для трансформаторов:
X_*=(U_"к" %)/100⋅S_"б" /S_"ном"

Таблица 1.3 – Расчёт сопротивлений трансформаторов
Трансформатор S_"ном" , МВА U_"к" % Расчётная формула X_*, о.е.
T1 64 11 11/100⋅1500/64 2,5781
T2 64 11 11/100⋅1500/64 2,5781
T3 16 11,5 11,5/100⋅1500/16 10,7813
T4 100 10,5 10,5/100⋅1500/100 1,5750
T5 25 11,5 11,5/100⋅1500/25 6,9000

4. Расчёт сопротивлений генераторов
Формула для генераторов:
X_*=X_d^''⋅S_"б" /S_"ном"

где S_"ном" =P/cos⁡ϕ
Таблица 1.4 – Расчёт сопротивлений генераторов
Генератор P, МВт cos⁡ϕ S_"ном" , МВА X_d^'', о.е. Расчётная формула X_*, о.е.
G1 180 0,85 211,76 0,212 0,212⋅1500/211,76 1,5015
G2 63 0,8 78,75 0,136 0,136⋅1500/78,75 2,5905

5. Расчёт сопротивлений системы
Формула для системы:
X_*=S_"б" /S_"кз"
При S_"кз" =1500" МВА" :
X_*=1500/1500=1,0" о.е."

ЭДС системы: E_*=1,0" о.е."
6. Схемы замещения обратной и нулевой последовательностей
Обратная последовательность:
Сопротивления всех элементов (кроме синхронных машин) принимаются равными прямым.
Для генераторов:
G1: X_(2*)=1,22⋅X_d^''=1,22⋅0,212=0,2586" о.е."
G2: X_(2*)=0,96⋅X_d^''=0,96⋅0,136=0,1306" о.е."
Нулевая последовательность:
Учитываются только те элементы, через которые может протекать ток нулевой последовательности.
Для трансформаторов:
T1, T2 (Yo/∆): X_(0*)=X_(1*)
T3 (Yo/Yo): X_(0*)=X_(1*)
T5 (Yo/∆): X_(0*)=X_(1*)

Рисунок 1.1 – Схема замещения прямой последовательности
Схема замещения обратной последовательности изображена на рисунке 1.2.