Расчет токов короткого замыкания, выбор оборудования и токоведущих частей при проектировании тепловой электростанции 1900 МВт, работающей на угле

5 Расчет т.к.з., выбор оборудования и токоведущих частей                                                                             

5.1 Определение расчетных условий к.з

Расчет токов короткого замыкания необходим для проверки коммутационных аппаратов на электродинамическую и термическую устойчивость.

Расчетные условия должны быть определены с должной точностью и с учетом реальных условий, в которых работает данная цепь. Они могут приниматься в пределах одного присоединения в зависимости от положения точки КЗ. Для сокращения объема вычислений используется тот факт, что в электроустановках существуют группы цепей, которые в отношении режима КЗ находятся примерно в одинаковых условиях. Это позволяет разбить схему электроустановок на зоны в которых устанавливаются те или иные общие расчетные условия. Данная  схема приводится  на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1- Расчётная электрическая схема

Первая зона: все цепи с напряжением 330 кВ (сборные шины, цепи автотрансформатора связи, цепи   блочных трансформаторов, цепи линий связи  с системой, цепи линий нагрузки) 

Расчетное время для определения токов к.з. , с,                             

,                                              (5.1)

где     собственное время отключения выключателя, с; 

минимальное время действия релейной защиты (при расчете токов  к.з допускается принимать =0,01с).

Время отключения к.з. ,с,  требуемое для оценки термической стойкости аппаратов при к.з.

,                                                     (5.2)

где   -время срабатывания основной р.з. с учетом АПВ (при расчете Вк -=0,1с);

-полное время отключения выключателя, с;         

На РУ 330 кВ намечается к установке выключатель ВГГ-330-40 с параметрами

0,06 с,

=0,08 c.

Тогда

0,06+0,01=0,07 c,

0,1+0,08=0,18 c.

Вторая зона: все цепи с напряжением 220 кВ (сборные шины, цепи автотрансформатора связи, цепи  блочных трансформаторов, цепи ПРТСН, цепи линий нагрузки).

На РУ 220кВ намечается к установке выключатель ВГТ-220-40 с  параметрами:

0,025 с,

= 0,04 c,

Тогда

0,025+0.01=0,035 c,

0,1+0,04=0,14 c.

Третья зона: ячейки КРУ с.н.

Намечается к установке выключатель ВВ/TEL-10-31,5  с  параметрами:

0,045 с,

= 0,055 c.

Тогда

0,045+0,01=0,055 c,

0,1+0,055=0,155 c.

5.2 Расчет параметров схемы замещения

При расчете параметров схемы замещения принимаются следующие упрощения:  расчет производится в относительных единицах, приведенных к базисным условиям; нагрузка не учитывается, в схеме замещения учитываются только индуктивные сопротивления, так как они больше активных в 100 раз.

Принимаются следующие базисные условия:  S_б=Sс=4500 МВА,  U_б =U_c=340 кВ.

Базисный ток I_б, кА, рассчитывается по формуле

I_б330 =                                                            (5.3)

I_б330 ==7,641 кА,

I_{б 220(330)} = =11,296 кА,

I_{б 6,3(330)} = =412,4 кА.

Сопротивление генераторов Х_G, о.е.,

Х_G  = Х ^˝_d Ч,                                                       (5.4)

где Х ^˝_d – значение сверхпереходного индуктивного сопротивления по продольной оси;

S_б – базисная мощность, МВА;

S_ном – номинальная мощность генератора, МВА;

Х_G1,2,3,4,7==2,486,

Х_G5,6==3,634.

Сопротивление ЛЭП связи с системой Х_W, о.е.,

Х_W= ,                                                           (5.5)

где Хо- удельное сопротивление линии, Ом/км;

l – длина линии, км;

ХW==3,79.

Сопротивление блочных трансформаторов Х_Т, о.е.,

Х_Т=                                                       (5.6)

где - напряжение короткого замыкания, %;

Х_Т1,2,3= =1,294,

Х_Т7,8= =1,98,

Х _Т6,9= =1,238.

Сопротивление обмотки ВН Х_ТВ4,5 , о.е., автотрансформаторов связи Т4 (Т5)

Х_ТВ4,5= ,                                                   (5.7)

где

UК.В4,5=0,5(U К.ВН+ U К.ВС-U К.СН) ,                                         (5.8)

UК.В4,5=0,5(74+9,5-60)=10,75,

Х _ТВ4,5= =2,016.

Сопротивление обмотки СН Х_ТС4,5 , о.е., автотрансформаторов связи Т4 (Т5)

Х_ТС4,5 = ,                                                (5.9)

где

UК.С4,5=0,5(U К.ВН+ U К.СН-U К.ВС),                                         (5.10)

UК.С4,5=0,5(9,5+60-74)=-2,25≈0,

Х _ТС4,5=0.

Сопротивление рабочего трансформатора с.н. блока 300 МВт по цепи ВН-НН₁ определяется по формуле

Х_Т16= Х_Т16.В+ Х_Т16.Н,                                                  (5.11)

где

Х_ТВ.16 =0,125                                                   (5.12)

Х_ТН.16 =1,75                                                     (5.13)

Х_Т16.В=0,125 =2,363,

Х_Т16.Н=1,75 =33,075,

Х_Т10=Х_Т16=2,363+33,075=35,438.

Сопротивление трансформаторов с.н. блока 200 МВт определяется по формуле (5.6)

Х_Т15= =28,125.

Сопротивление пускорезервного трансформатора с.н. определяется по формулам (5.11)-(5.13)

Х_Т18.В=0,125 =2,021,

Х_Т18.Н=1,75 =28,3,

Х_Т18=2,021+28,3=30,321.

Сопротивление системы Х_с, о.е.,

Х_С= Х_СНОМЧ,                                                                 (5.14)

где Х_СНОМ – номинальное реактивное сопротивление системы, отнесенное к мощности системы;

Х_С =4,21Ч =4,21.

ЭДС системы

Е_с = 1

ЭДС генератора Е_G, о.е.,

Е_G =

где  I0=1;U0=1-предполагается, что генераторы до к.з работали в номинальном режиме,  

Е_G1,2,3,6,7 = = 1,115,

Е_G4,5= = 1,112.

  Схема замещения приведена на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2-Схема замещения

Результаты расчета токов короткого замыкания, проведенного с помощью программы TKZ-3, приведены в таблице А приложения А.

5.3 Определение ударных токов, периодических и апериодических составляющих токов КЗ

5.3.1 КЗ в точке K1

5.3.1.1 Определение ударного тока

Ударные токи i_уд, кА, рассчитываются по формуле

i_уд =  ,                                                     (5.15)

где   – ударный коэффициент, определяемый по /8/;

I_Б – базисный ток, кА.

Ударная составляющая тока к.з. от генераторов 1-3 при К_УД=1,97 составляет

i_{уд.G1,G2,G3} =

Ударная составляющая тока к.з. от генераторов 4,7 при К_УД=1,78 составляет

i_уд.G4,G7 =

Ударная составляющая тока к.з. от генераторов 5,6 при К_УД=1,78 составляет

i_уд.G5,G6 =

Ударная составляющая тока к.з.  от системы при К_УД=1,78 составляет

i_уд.с =

Суммарный ударный ток к.з. , кА,

= i_уд.G1-G3+ i_уд.G4,G7+ i_уд.G5,G6+ i_уд.с,                                      (5.16)

18,84+6,04+4,0+3,15=32,03 кА.

5.3.1.2 Определение тока к.з. для любого момента времени переходного процесса

Токи КЗ для любого момента времени переходного процесса I_пτ, кА,

I_пτ = I_П0Ч,                                                   (5.17)

где  γ=  определяется по типовым кривым определения затухания периодической составляющей тока короткого замыкания.

Периодическая составляющая тока к.з. в именованных единицах I_П0i, кА, определяется по формуле

I_П0i =j∙I_(i*)∙ I_б330,                                                       (5.18)

где j – количество ветвей схемы с одинаковыми параметрами, шт;

I_(i*) – значение тока, протекающего по i-ой ветви, о.е..

Для системы точка к.з. является удаленной, поэтому

I_пτ.с= I_П0С,                                                                (5.19)

I_пτ.с= I_П0 = 1∙0,164∙7,641=1,25 кА.

Определение составляющей тока к.з. от генераторов G4 и  G7. Для определения тока КЗ для любого момента времени переходного процесса проводится проверка на удаленность точки к.з.

Периодическая составляющая тока к.з. от генераторов G4, G7 определяется по формуле (5.18)

I_П0G4,G7=2∙0,157^.7,641=2,4 кА.

Номинальный ток генератора 300 МВт, приведенный к напряжению 330 кВ, , кА, определяется по формуле

,                                                 (5.20)

кА.

Определяется отношение

.

Точка к.з. не удаленная, поэтому определяется γ

γ=0,98,

I_ПτG4,G7 =0,98∙2,4=2,35 кА.

Определение составляющей тока к.з. от генераторов G5, G6.  Для определения тока КЗ для любого момента времени переходного процесса проводится проверка на удаленность точки к.з.

Периодическая составляющая тока к.з. от генераторов G5,G6 определяется по формуле (5.18)

I_П0G5,G6=2∙0,104∙7,641=1,59 кА.

Номинальный ток генератора 200 МВт, приведенный к напряжению 330 кВ , определяется по формуле (5.20)

кА,

Определяется отношение       :

<2.

Точка к.з. удаленная, поэтому:

I_ПτG5,G6 =1,59 кА.

Определение составляющей тока к.з. от генераторов G1-G3.  Для определения тока КЗ для любого момента времени переходного процесса проводится проверка на удаленность точки к.з.

Периодическая составляющая тока к.з. от генераторов G1-G3 определяется по формуле (5.18)

I_П0G1,G2,G3 = 3∙0,295∙7,641=6,76 кА.

Определяется отношение

>2.

Точка к.з. не удаленная, поэтому определяется γ

γ=0,92,

I_ПτG1,G2,G3 =0,92∙6,76=6,22 кА.

Суммарное значение тока к.з. для любого момента времени I_пτå, кА,

I_пτå= I_пτс+ I_пτG1,G2,G3+ I_пτG5,G6+ I_пτG4,G7,                                      (5.21)

I_пτå=1,25+6,22+1,59+2,35=11,41 кА.

5.3.1.3 Определение апериодической составляющей тока к.з.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания i _aτ, кА,

i _aτ= .                                                      (5.22)

Апериодическая составляющая тока к.з. от системы при Т_ас=0,04 с /8/ составит

i _aτ.с= =0,31 кА.

Апериодическая составляющая тока к.з. от генераторов G1-G3 при Т_аг=0,32 с /8/  составит

i _aτ.G1-G3= =7,68 кА.

Апериодическая составляющая тока к.з. от генераторов Г4,Г7 при Т_аг=0,04 с /8/  составит

i _aτ.G4,G7= = 0,39 кА.

Апериодическая составляющая тока к.з. от генераторов Г5,Г6 при Т_аг=0,04 с /8/  составит

i _aτ.G5,G6= = 0,59 кА.

Суммарное значение апериодической составляющей тока к.з. , кА,

= i_aτ.с+ i_aτ.G1-G3+ i_aτG4,G7+ i_aτG5,G6,                                          (5.23)

0,31+7,68+0,39+0,59=8,97 кА.

5.3.2 КЗ в точке  К6

Периодическая составляющая тока кз , кА, от двигателей определяется