Контрольная работа: 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 I_{p max} 600 А.

Номинальная мощность генераторов Р_н 30 МВт.

Номинальный коэффициент мощности генераторов cos φ 0.92

Номинальное напряжение установки U_н 6,3 кВ.

Величина ограничения мощности КЗ S_кз 250 МВА.

Время действия защиты присоединения t 1,0 с.

От системы в точке К1 S_кз 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: U_н – 10 кВ, I_н – 4000, Х_р – 0,105 Ом, I_дин – 97 кА, I ²_терм – 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 U_н – 6,3 кВ.

Максимальная рабочая мощность нагрузки S_{p 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 t_з 0,8 с.

Число часов использования максимума нагрузки Т_max 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 А_к 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 Р_н 20000 кВт

 сторонней нагрузки 0,7

S_кз 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.

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; U_н=10 кВ; I_{вк ном}=3150 А;

I_{ном откл}=31,5 кА; I_динам=80 кА; I_терм=31,5 кА/3 с; t_откл=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.