Выбор токоограничивающего реактора. Расчет электрической нагрузки трансформатора
Задача 1
Выбрать токоограничивающий реактор на кабельной линии электростанции в целях ограничения токов короткого замыкания до величины, указанной в таблице вариантов, таблица 1.1. Выбор реактора на отходящей кабельной линии осуществить в предположении, что секционный выключатель QB- включен.
При выборе реактора учесть подпитку точки короткого замыкания К2 генераторов и от системы.
Дано:
Максимально рабочий ток кабельной линии Ip max 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 прямой последовательности, на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема замещения прямой последовательности.
реактор трансформатор генератор напряжение
Производим выбор оборудования с расчетом индуктивных сопротивлений 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 К2 при 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, должно быть не менее 65-70% от номинального напряжения установки.
Потеря напряжения в рабочем режиме:
В нормальном режиме работы потеря напряжения в реакторе, как правило, не должна быть выше 1−1,5%.
Выбранный реактор соответствует всем нормам.
Задача 2
Выбрать сборные шины распредустройства 6 или 10 кВ по данным приведенным в таблице вариантов. Выбранные шины проверить на действие КЗ.
Дано:
Номинальное напряжение установки Uн – 6,3 кВ.
Максимальная рабочая мощность нагрузки Sp max 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 100х10 продолжительный допустимый ток 2860 А.
Произведем проверку по нагреву длительно допустимым током в нормальном режиме.
при расположении шин плашмя К1 = 0,95 при ширине полосы < 60мм. и с учётом поправки на температуру воздуха, отличной от принятой ; , тогда
Условие выполняется.
Расположим шины плашмя и определим момент инерции:
Минимальное расстояние между осями опорных изоляторов вдоль фазы:
Принимаем расстояние между осями опорных изоляторов вдоль фазы 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 механическое напряжение 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 проводников прямоугольной формы:
Рассчитаем междуполосное усилие по формуле (24):
Пролет рассчитывают по двум формулам и принимают меньшее значение.
где − расстояние между осями полос, см; −Па – модуль упругости;− междуполосный момент инерции, .
где − 2,318 масса полосы на единицу длины, .
Из двух полученных по формулам (25) и (26) значений принимается наименьшее .
Момент, изгибающий полосу определяем из выражения:
Момент сопротивления (шины в пакете всегда расположены на ребро.)
Напряжение в материале шин от междуполосных сил взаимодействия:
Шины являются механически прочными, если соблюдается условие
где − допустимое механическое напряжение 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 200 С.
Начальная температура шины:
По кривым для определения конечной температуры шин при КЗ:
где:
По назначению Ак находим, что при КЗ шины нагреваются до 90С, что допустимо, т.к.
>
Проверим шины на тепловой импульс:
где:
Минимально возможное сечение проводника, отвечающее требованию 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 они являются термически стойкими.
Задача 3
Рассчитать эл. нагрузки и ток трехфазного КЗ на шинах 10кВ ГПП в наиболее тяжелом режиме. Выбрать трансформатор ГПП, рассчитать потери в них. 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 по методу 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 - коэффициента разновременности максимума по реактивной нагрузке.
Расчетный коэффициент реактивной мощности равен:
Поэтому необходимо скомпенсировать реактивную мощность до значения = 0.25;
Выбираем батареи конденсаторов стандартной мощности для внутренней установки типа КРМ (УКЛ 56) – 10,5 кВ - 4000 в количестве 6 штук, суммарной мощностью 24000 квар, тогда с учётом КУ:
Найдем рабочий ток:
Мощность силовых трансформаторов определим по формуле (39). Число трансформаторов принимаем равным 2. Мощность трансформаторов выбирают с учетом коэффициента загрузки, равным 0,65÷0,7 в нормальном режиме. Таким образом, 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 трансформатор проверяется по допустимой перегрузке (при отключении одного из трансформаторов) по выражению:
где – коэффициент перегрузки трансформатора. не должен превышать значение 1,4, т.е 1,4∙ ≥ . Такая перегрузка трансформатора допускается в течение пяти дней по шесть часов, при этом возможно отключение части ЭП, относящихся к III – й категории.
Определяем потери в трансформаторах:
где: – коэффициент изменения потерь, изменяющихся в пределах 0,02÷-0,12, зависящий от места присоединения трансформаторов. Для трансформаторов ГПП или ПГВ, принимается равным 0,05. - реактивные потери холостого хода:
Потери активной мощности:
Рассчитав потери мощности в трансформаторах определяют расчётную нагрузку на стороне высокого напряжения трансформатора:
Таблица 1. Расчет электрических нагрузок.
|
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 тока КЗ 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; Iвк ном=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 из времени срабатывания резервной защиты.
Выбранный выключатель соответствует всем нормам.
Литература
1. Электрическая часть 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 для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат, 1989
3. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть станций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
4. Переходные процессы в системах электроснабжения: Учебник/ В. Н. Винославский, Г. Г. Пивняк, Л. И. Несен и др.; Под ред. В. Н. Винославского.— К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989.— 422 с.
5. Программа и методические указания к самостоятельной работе по курсу "Электромагнитные переходные процессы" для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 8.090603 "Электротехнические системы электропотребления"/ Составил: В.В. Нестерович. – Мариуполь: ПГТУ, 2004. – 25с.
