Расчёт мощности ДГ систем надёжного питания

 Расчёт мощности ДГ целесообразно вести в табличной форме. Расчёт приведён в таблице 6.1

Очередь пуска	Механизм	Рдв.н.(кВТ)	Рпотр.(кВТ)	соsφ пуск	Рпуск.(кВТ)	Установившая мощность	Пусковая мощность	Время включ
1	Эквивалентный трансформатор надежного питания АБП	1000	800	0,3	1500	800	1500	0
2	Насос технической воды на ОРДЭС	1250	1170	0,22	2080	1970	2880	10
3	Насос подачи бора высокого давления	55	45	0,89	126	2015	2096	5
4	Насос аварийного впрыска бора	800	625	0,89	1372	2640	3468	5
4	Насос аварийного расхолаживания	800	625	0,89	1372	3265	4012	5
4	Аварийный питательный насос	800	625	0,89	1372	3890	4637	5
5	Насос технической воды ответственных потребителей	630	498	0,88	1020	4388	4910	10
6	Насос промконтура	110	89	0,86	197	4477	4585	20
6	Рециркуляц система охлаждения бокса	110	89	0,86	197	4566	4674	20
6	Рециркуляц система охлаждения центр зала	110	89	0,86	197	4655	4763	20
7	Рециркуляц система охлаждения шахты аппарата	110	89	0,86	197	4744	4852	20
8	Насос организованных протечек	75	61	0,85	150	4805	4894	20
9	Сплинкеный насос	500	397	0,87	798	5202	5603	30
10	Пожарный насос	250	222	0,31	550	5424	5752	40

 

В качестве автономного источника выбираем дизель-генераторную станцию АСД – 5600, которая состоит из дизеля 78Г и синхронного генератора СБГД – 6300 – 6МУЗ

Номинальные данные генератора

- Активная мощность: Р=5600 кВт

- Напряжение: U=6300 В

- Ток статора: I=723 А

- Частота вращения n=1000 об/мин

 Генератор обеспечивает пуск асинхронных двигателей, который сопровождается внезапным увеличением нагрузки до 150% . Вместе с тем генератор в любом тепловом состоянии обеспечивает длительные нагрузки: 10% - 1ч., 25% - 15 мин., 50% - 2 мин.,

 

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ГЛАВНОЙ СХЕМЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Общие положения

Расчёты токов КЗ производятся для выбора или проверки параметров электрооборудования, а так же для выбора или проверки уставок релейной защиты и автоматики.

Основная цель расчёта состоит в определении периодической составляющей тока КЗ для наиболее тяжелого режима работы сети.

Учёт апериодической составляющей производят приближенно, допуская при этом, что она имеет максимальное значение в рассматриваемой фазе.

Расчёт тока КЗ с учётом действительных характеристик и действительного режима работы всех элементов энергосистемы состоящей из многих электрических станций и подстанций, весьма сложен. Поэтому вводят ряд допущений, упрощающих расчёты и не вносящих существенных погрешностей:

- фазы ЭДС в

сех генераторов не изменяются в течение времени КЗ (отсутствует качание генераторов);

- не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависимыми от тока индуктивные сопротивления всех элементов КЗ цепи;

- пренебрегают намагничивающими токами трансформаторов;

- не учитывают ёмкостные проводимости элементов КЗ цепи на землю;

- считают, что трёхфазная система напряжений симметрична;

- влияние нагрузки на ток КЗ учитывают приближенно;

- при вычислении токов КЗ пренебрегают активным сопротивлением, если х/r > 3;

- обязательно учитывают R при определении постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ - Т_а.

Эти допущения существенно упрощают расчёты причём приводят к некоторому преувеличению токов КЗ (≤10%), что считается допустимым.

Расчёт токов при трёхфазном КЗ выполняется в следующем порядке:

-для рассматриваемой части энергосистемы составляется расчётная схема; по расчётной схеме составляется электрическая схема замещения. путём постепенного преобразования приводят схему замещения к наиболее простому виду так, чтобы каждый источник питания или группа источников, характеризующихся определённым значением результирующей ЭДС ,были связаны с точкой КЗ одним результирующим сопротивлением х_рез.

Используя методы расчёта электрических схем (узловых потенциалов, контурных токов, типовых кривых) определяют ток короткого замыкания в заданном месте схемы.

Рис 7.1 Расчетные зоны по токам КЗ для блочной электростанции

Рис. 7.2 Схема замещения блочной электростанции

 

Расчет

1. Исходные данные (параметры элементов схемы):

Энергосистема: ВН – S_К1=17000МВА, U_ВН=750кВ;

СН – S_К2=13000МВА, U_СН=330кВ;

ЛЭП – ВН – W1…W4, ℓ_вн = 210км, Х_{уд вн}=0,28 Ом/км.

- СН – W5…W9, ℓ_сн = 60км, Х_{уд сн}=0,4 Ом/км.

Блочные трансформаторы:

ВН – Т1,Т2,Т3,Т4®ОРЦ-417000/750, U_К1=14%;

СН – Т5,Т6,Т7, Т8,Т9®ТНЦ-1250000/330, U_К2=14,5%;

Автотрансформатор связи:

АОДЦТН 330000/750/330, U_К4=11,5%.

Генераторы:

G1…G9 ® ТВВ-1000-2У3; S_Н1=1111МВА; cosj=0,9;

P_Н1=1000МВт, U_н=24кВ, =0,382, =0,269.

Трансформаторы собственных нужд:

ТРДНС-63000/35; и_К5=12,7%.

2. Определение параметров схемы замещения в о.е. для зоны I (КЗ на шинах 750кВ или 330)

Выбираем в качестве базисных U_б=750кВ и S_б=1000МВА.

Базисный ток:

 

 

Сопротивления генераторов в о.е.:

 

 

Сопротивление блочных трансформаторов:

- на стороне ВН

- на стороне СН

   

 

Суммарное эквивалентное сопротивление генераторов и блочных трансформаторов:

На стороне ВН

 

На стороне СН  

Сопротивление автотрансформатора связи типа АОДЦТ-417000/750/330:

 

Где: .

.

 

Сопротивление линий электропередачи:

 

- на стороне ВН ,

- на стороне СН .

 

Сопротивление приемной системы:

 

- на стороне ВН ,

- на стороне СН .

 

Суммарное эквивалентное сопротивление ЛЭП и систем:

 

,

.

Сопротивления трансформаторов собственных нужд:

 

,

,

,

 

Сверхпереходные ЭДС электроэнергетических систем, находящихся на значительном удалении от расчетных точек КЗ принимаем равным . Сверхпереходные ЭДС генераторов:

 

 

где  так как принимается, что до короткого замыкания генераторы работали в номинальном режиме.

Эквивалентные ЭДС генераторов:

- на стороне ВН

- на стороне СН

Для определения токов КЗ в I расчетной зоне упрощенная схема замещения имеет вид

 

        

        

        

 

Рис. 7.3 Упрощенная схема замещения главной схемы АЭС с двумя ОРУ повышенного напряжения.

3. Расчет токов КЗ для I зоны

А) Расчет токов КЗ для точки К1 (на стороне ВН):

Потенциал в точке КЗ равен нулю - j₁=0.

Составление уравнения для узла j₂.

 

 

Подставляя численные значения величин, определенных ранее, получим

 

 

Начальные значения периодической составляющей тока КЗ по ветвям схемы:

 относительных единицах

 

;

 

- в именованных единицах при .

 Суммарное начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точке К1:

 

 

 Суммарное значение апериодической составляющей тока КЗ в точке К1 в момент отключения выключателя:

(каждая составляющая определяется по формуле):

 

.

 

Где t - время отключения тока КЗ,

t_р.з. – время срабатывания релейной защиты, t_р.з. = 0,01с.

t_с.в. – собственное время срабатывания выключателя, для I зоны

t=0,1-0,2 с; принимаем t=0,16;

Та – постоянная затухания апериодической составляющей тока КЗ; дается в справочниках [2] для различных цепей. В рассматриваемом случае

 

.

 

Определение ударных токов КЗ для зоны I:

 

Определение импульса квадратичного тока:

 

 А²с

Б) Расчет токов КЗ для точки К1^/ (на стороне СН):

 

Потенциал в точке КЗ равен нулю - j2=0. Составим уравнение для узла j1.

 

Начальные значения периодической составляющей тока КЗ по ветвям схемы:

- относительных единицах

 

;

 

- в именованных единицах при .

 

Суммарное начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точке К1`:

 

 

Суммарное значение апериодической составляющей тока КЗ в точке К1 в момент отключения выключателя: (каждая составляющая определяется по формуле):

 

.

 

Где t - время отключения тока КЗ,  t_р.з. – время срабатывания релейной защиты, t_р.з. = 0,01с. t_с.в. – собственное время срабатывания выключателя, для I зоны t=0,1-0,2 с; принимаем t=0,16; Та – постоянная затухания апериодической составляющей тока КЗ; дается в справочниках [2] для различных цепей. В рассматриваемом случае:

 

.

 

Определение ударных токов КЗ для зоны I:

 

 

Определение импульса квадратичного тока

 А²с

 

4. Расчет токов короткого замыкания для зоны III

А) Расчет токов КЗ для точек КЗ и КЗ^/ (на стороне ВН):

На стороне ВН

 

 

 

 

Рис 7.4 Схема замещения для цепи тока зоны III на стороне ВН

 

Составляем систему уравнений по методу узловых потенциалов, принимая, что в точке КЗ потенциал равен нулю (j₃=0 или j^/₃=0).

При коротком замыкании на выводах генератора (точка К3) в точку КЗ пойдут через выключатель Q1 токи от всех других источников, кроме тока КЗ от генератора рассматриваемой цепи.

 

 j₃ = 0.

 

Подставляем численные значения величин и определяем j₁ и j₂ , а затем и токи КЗ.

 

 

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ от всех источников системы, кроме генератора рассматриваемой цепи будет равно

 

 

Принимаем для зоны III базисное значение тока  получим значение периодической составляющей тока КЗ в именованных единицах:

 

 

При коротком замыкании на участке выключатель Q1 – блочный трансформатор через выключатель пойдет ток в точку КЗ только от генератора рассматриваемой цепи:

- в относительных единицах

- в именованных единицах

Следовательно, для случая КЗ получим

- для КЗ^/

Определение ударных токов КЗ для зоны III:

Определим импульс квадратичного тока

 А²с

Б) Расчет токов КЗ для точек КЗ и КЗ^/ (на стороне СН):

На стороне СН

 

Рис 7.5 Схема замещения для цепи тока зоны III на стороне СН

 Составляем систему уравнений по методу узловых потенциалов, принимая, что в точке КЗ потенциал равен нулю (j₃=0 или j^/₃=0).

При коротком замыкании на выводах генератора (точка КЗ) в точку КЗ пойдут через выключатель Q1 токи от всех других источников, кроме тока КЗ от генератора рассматриваемой цепи.

 

 

 j₃ = 0.

 

 Подставляем численные значения величин и определяем j₁ и j₂ , а затем токи КЗ.

 

 

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ от всех источников системы, кроме генератора рассматриваемой цепи будет равно

 

значение периодической составляющей тока КЗ в именованных единицах:

 

При коротком замыкании на участке выключатель Q1 – блочный трансформатор через выключатель пойдет ток в точку КЗ только от генератора рассматриваемой цепи:

- в относительных единицах

- в именованных единицах

Следовательно, для случая КЗ получим

- для КЗ^/

Определение ударных токов КЗ для зоны III:

Определим импульс квадратичного тока

 А²с

5. Расчет токов короткого замыкания для VI зоны

А) Расчет токов КЗ для точек К6 и К6^/ (на стороне ВН):

 

 

        

        

        

        

        

        

    Рис. 7.6 Схема замещения для цепи тока зоны VI на стороне ВН

Определение недостающих параметров новой схемы замещения:

 

 

Параметры эквивалентного асинхронного двигателя, включенного на одну секцию С.Н. нормальной эксплуатации:

- ЭДС эквивалентного асинхронного двигателя принимается ;

- Сопротивление эквивалентного асинхронного двигателя в относительных единицах определяется  

где К_пЭАД = 6,3 – кратность пускового тона эквивалентного асинхронного двигателя, вычисленная как усредненное значение кратностей пусковых токов асинхронных двигателей, включенных на одну секцию С.Н. нормальной эксплуатации.

.

Приведение к базисным условиям

.

Мощность S_нАД эквивалентного асинхронного двигателя, включенного на одну секцию с.н. нормальной эксплуатации, выбирается из таблицы 2 (Расчетная нагрузка основного ТСН пункт 4.1) нагрузок рабочего трансформатора с.н. [2].

Составляем уравнения по методу узловых потенциалов и вычисляем потенциалы в точках j₁ и j₃ , приравнивая в точке КЗ j₄=0.

;

 j₁ = 1,035; j₃ = 1,049.

 

Определение начальных значений периодических составляющих токов КЗ, принимая за базисное значение тока на этой ступени:

 

 

Так как ток КЗ для случая К6^/ больше, чем для случая короткого замыкания в точке К6, все дальнейшие расчеты будут проводиться для этого случая.

Определение апериодической составляющей тока КЗ в момент отключения короткого замыкания. Принимая для зоны VI t = 0,3 с, можно найти:

 

Определение значения ударного тока КЗ для случая К6^/:

 

 

Значения Т_а и К_уд принимаются по таблицам справочников [2] для системы со сборными шинами 6…10кВ, где рассматриваются КЗ, через трансформаторы мощностью >63МВА в единице.

Определение периодической составляющей тока КЗ в момент отключения короткого замыкания.

 

кА

;

 

Определение импульса квадратичного тока

А²с

 

Б) Расчет токов КЗ для точек К6 и К6^/ (на стороне СН):

Рис. 7.7 Схема замещения для цепи тока зоны VI на стороне СН

Определение недостающих параметров новой схемы замещения:

 

 

Параметры эквивалентного асинхронного двигателя, включенного на одну секцию С.Н. нормальной эксплуатации:

ЭДС эквивалентного асинхронного двигателя принимается ;

Сопротивление эквивалентного асинхронного двигателя в относительных единицах определяется  где К_пЭАД = 6,3 – кратность пускового тона эквивалентного асинхронного двигателя, вычисленная как усредненное значение кратностей пусковых токов асинхронных двигателей, включенных на одну секцию С.Н. нормальной эксплуатации.

.

Приведение к базисным условиям

.

Мощность S_нАД эквивалентного асинхронного двигателя, включенного на одну секцию с.н. нормальной эксплуатации, выбирается из таблицы 2 (Расчетная нагрузка основного ТСН пункт 4.1) нагрузок рабочего трансформатора с.н. [2].

Составляем уравнения по методу узловых потенциалов и вычисляем потенциалы в точках j₁ и j₃ , приравнивая в точке КЗ j₄=0.

;

j2 = 1,051; j5 = 1,032.

 

Определение начальных значений периодических составляющих токов КЗ, принимая за базисное значение тока на этой ступени:

 

 

Так как ток КЗ для случая К6^/ больше, чем для случая короткого замыкания в точке К6, все дальнейшие расчеты будут проводиться для этого случая.

Определение апериодической составляющей тока КЗ в момент отключения короткого замыкания.

Принимая для зоны VI t = 0,3 с, можно найти:

Определение значения ударного тока КЗ для случая К6^/:

Значения Т_а и К_уд принимаются по таблицам справочников [2] для системы со сборными шинами 6…10кВ, где рассматриваются КЗ, через трансформаторы мощностью >63МВА в единице.

Определение периодической составляющей тока КЗ в момент отключения короткого замыкания.

кА

;

Определение импульса квадратичного тока

А²с

 

6. Расчет токов короткого замыкания для VII зоны на ВН.

Схема замещения аналогична схеме замещения для цепи в VI зоне. Отличие расчета токов КЗ в седьмой зоне состоит в том, что при КЗ на сборных шинах 6кВ или на любом присоединении КЗ, проходящий по этим шинам ток присоединения, будет суммарным: от системы и от асинхронных электродвигателей С.Н. , работающих кратковременно в генераторном режиме.

Следовательно, для зоны VII можно использовать уже найденные значения токов КЗ для VI зоны.

А) Расчет токов КЗ для VII зоны (на стороне ВН):

Периодическая составляющая тока КЗ в точке К7:

 

 

Апериодическая составляющая тока КЗ в точке К7 определяется для момента отключения короткого замыкания, которое происходит при t = 0,6с.:

 

 

Ударный ток короткого замыкания:

 

 

Определение импульса квадратичного тока

 

А²с

 

Б) Расчет токов КЗ для VII зоны (на стороне СН):

Для зоны VII можно использовать уже найденные значения токов КЗ для VI зоны.

Периодическая составляющая тока КЗ в точке К7:

 

 

 

Апериодическая составляющая тока КЗ в точке К7 определяется для момента отключения короткого замыкания, которое происходит при t = 0,6с.:

 

 

Ударный ток короткого замыкания:

 

 

Определим импульс квадратичного тока

 

А²с

 

Анализируя результаты расчета токов КЗ в рассматриваемом примере нетрудно заметить, что токи КЗ во всех зонах главной схемы АЭС весьма велики. Это затрудняет выбор коммутационных и защитных расчетов для каждой цепи с выключателем, поиска новых принципов и устройств защиты от токов КЗ и уменьшения их величины.