Курсовая работа по электротехнике на тему Расчёт сверхпереходных токов коротких замыканий

ВВЕДЕНИЕ
Электроэнергетическая система представляет собой сложный технический комплекс, включающий в себя процессы генерации, передачи, распределения и потребления электрической энергии. Современные энергосистемы характеризуются высокой степенью взаимосвязанности, наличием большого числа источников энергии, протяжённых линий электропередачи и разнообразных потребителей.
В процессе эксплуатации электроэнергетических систем неизбежно возникают аварийные режимы, наиболее опасным из которых является короткое замыкание (КЗ). Короткое замыкание представляет собой нарушение нормального режима работы электрической цепи, при котором происходит соединение токоведущих частей между собой или с землёй через малое сопротивление.
Возникновение короткого замыкания сопровождается рядом негативных последствий:
• резким увеличением токов в элементах электрической сети;
• значительным снижением напряжения в узлах системы;
• тепловым воздействием на проводники и оборудование;
• возникновением электродинамических усилий, способных вызвать механические повреждения.
Особую опасность представляет начальный момент короткого замыкания, в котором ток достигает максимального значения. Этот ток называется сверхпереходным током короткого замыкания. Он определяется параметрами генераторов, трансформаторов и внешней системы и играет ключевую роль при проектировании и эксплуатации электроэнергетических объектов.
Значение сверхпереходного тока короткого замыкания необходимо для решения следующих инженерных задач:
• выбора коммутационной аппаратуры (выключателей, разъединителей);
• проверки термической и динамической стойкости оборудования;
• расчёта и настройки устройств релейной защиты и автоматики;
• оценки надёжности и устойчивости электроэнергетической системы.
В связи с этим расчёт токов короткого замыкания является важнейшим этапом при анализе режимов работы энергосистем и проектировании электрических сетей.
Целью данной курсовой работы является определение сверхпереходных токов короткого замыкания для заданной электрической системы с использованием методов расчёта в именованных и относительных единицах.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить теоретические основы расчёта токов короткого замыкания.
2. Составить расчётную схему и схему замещения электрической системы.
3. Определить параметры элементов системы (генераторов, трансформаторов, линий).
4. Выполнить расчёт токов короткого замыкания в системе именованных единиц.
5. Выполнить расчёт токов короткого замыкания в системе относительных единиц.
6. Определить сверхпереходный ток короткого замыкания.
7. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.
Актуальность темы обусловлена тем, что в современных электроэнергетических системах требования к надёжности и безопасности эксплуатации постоянно возрастают. Ошибки в расчётах токов короткого замыкания могут привести к неправильному выбору оборудования, отказам защиты и, как следствие, к аварийным ситуациям.
Точный расчёт сверхпереходных токов короткого замыкания позволяет:
• повысить надёжность работы энергосистем;
• обеспечить безопасность эксплуатации оборудования;
• снизить вероятность аварий и повреждений.
Результаты данной работы могут быть использованы:
• при проектировании электрических сетей и подстанций;
• при выборе и проверке электротехнического оборудования;
• при настройке устройств релейной защиты;
• в учебной и инженерной практике специалистов электроэнергетики.
 
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1.1 Постановка задачи
В соответствии с заданием необходимо для начального момента времени t=0 аналитическим методом определить сверхпереходные токи короткого замыкания в системах именованных и относительных единиц. В методических указаниях указано, что расчёт выполняется по заданной электрической схеме, а параметры элементов системы выбираются по таблицам исходных данных.
Следует отметить, что в начальный момент КЗ электромагнитные процессы в генераторах и других вращающихся машинах ещё не успевают затухнуть, поэтому токи получаются наибольшими. Именно эти токи являются определяющими при выборе коммутационной аппаратуры, проверке термической и электродинамической стойкости оборудования, а также при настройке устройств релейной защиты и автоматики. Теоретические положения о расчёте токов короткого замыкания и составе расчётной схемы приведены в методических указаниях по дисциплине.
1.2 Краткая характеристика расчётной схемы
Расчёт выполняется для многозвенной электроэнергетической системы, в состав которой входят:
• система внешнего электроснабжения;
• турбогенераторы;
• гидрогенераторы;
• силовые трансформаторы и автотрансформаторы;
• воздушные линии электропередачи;
• узлы нагрузки;
• точка короткого замыкания К-2.
При расчёте сверхпереходных токов КЗ все элементы системы заменяются их реактивными сопротивлениями, приведёнными к одной ступени напряжения и к единой расчётной базе. Активными сопротивлениями на первом этапе расчёта, как правило, пренебрегают, поскольку при определении начального симметричного тока КЗ основную роль играют именно индуктивные сопротивления элементов сети. Для выполнения расчёта принимаются следующие допущения, соответствующие типовой методике расчёта токов короткого замыкания:
1. Электроэнергетическая система рассматривается как симметричная до возникновения аварии.
2. Расчёт выполняется для начального момента короткого замыкания t=0.
3. Активными сопротивлениями элементов на этапе определения начального тока КЗ пренебрегают.
4. Нагрузки в первом приближении на величину сверхпереходного тока КЗ существенно не влияют и в схему замещения вводятся в упрощённом виде либо не учитываются, если это допускается методикой.
5. Питающая система принимается источником неограниченной мощности с неизменным напряжением на шинах соответствующей ступени, что прямо указано в примере расчёта.
6. Генераторы учитываются их сверхпереходными реактивностями xd′′, так как именно они определяют начальную величину тока КЗ.
Эти допущения позволяют перейти от реальной схемы электроэнергетической системы к расчётной схеме замещения, удобной для аналитического вычисления токов короткого замыкания.