Расчет токов короткого замыкания

Вычисление токов КЗ проводиться с целью:

• а) выбора электрических аппаратов;
• б) проверки устойчивости элементов схемы при электродинамическом и термическом действии токов КЗ;
• в) расчета релейной защиты.

Расчетным видом КЗ является трехфазное, т.к. это наиболее тяжелый вид КЗ, при котором имеют место большие значения сверхпереходного и ударного токов, чем при двухфазном и однофазном. Для вычисления токов КЗ составляется расчетная схема, включая все элементы, по которым протекают токи к выбранным расчетным точкам (сборные шины подстанции системы, РП). На схеме приводятся основные параметры оборудования, которые потребуются для дальнейшего расчета.

Выполним расчет токов трехфазного КЗ на сборных шинах п/ст. системы (точка К1) и РП1, РП2 гидроучастка (точка К2, точка К3). Связь с энергосистемой показана на рисунке 7.1.

На подстанции установлены два трансформатора мощностью по 25 МВ•А каждый со следующими параметрами: ТРДЦН 25 000/110, S_н=25 МВ•А, U_вн=115кВ, U_нн=10,5 кВ, ДР_кз=120 кВт, ДР_хх=30 кВт, U_{к. вн-нн}=20%, U_{к. нн-нн2}=30%, I_х=0,75%.

Принимаем, что ТЭЦ выполнена с ГРУ с генераторами ТВФ-100−2 (X_d''=0,183). Принимаем трансформаторы ТДЦ-125 000/110, S_н=125 МВ•А, U_н=115 кВ, U_нн=10,5 кВ, ДР_кз=400 кВт, ДР_хх=120 кВт, U_к=10,5%, I_х=0,55%.

Рисунок 7.1 — Схема питания предприятия

Расчетная схема приведена на рисунке 7.2.

Составляем схему замещения, в которой каждый элемент заменяем своим сопротивлением. Генераторы, трансформаторы, высоковольтные линии и короткие участки распределительных сетей представляем индуктивными сопротивлениями. Расчет токов КЗ выполняем в относительных единицах, при котором все расчетные данные приводим к базисным условиям.

Рисунок 7.2 — Схема замещения

Принимаем базисные величины: S_б = 1000 МВ•А, U_б = 10,5 кВ, тогда базисный ток:

кА.

Рассчитаем сопротивления всех элементов в относительных единицах.

Сопротивления генераторов находятся как:

. (7.1).

Сопротивление системы:

. (7.2).

Сопротивление двухобмоточного трансформатора:

. (7.3).

Для трансформатора с расщепленной обмоткой схема замещения состоит из двух лучей, сопротивления которых:

. (7.5).

. (7.6).

Сопротивления воздушных и кабельных линий:

(7.7).

где x₀ — удельное индуктивное сопротивление, Ом/км. x₀=0,4 Ом/км для ВЛ, x₀=0,08 Ом/км для ЛЛ;

l — длина линии, км.

Сначала выполним расчеты для точки К1, чтобы выбрать кабель от ГПП к РП1 и РП2. По формуле (7.1) сопротивления генераторов ТЭС:

Рисунок 7.2 Промежуточная схема замещения

.

По формуле (7.3) сопротивления блочных трансформаторов ТЭС:

.

Сопротивление трансформаторов ГПП по формуле (7.4):

.

Сопротивления линий:

.

.

Сопротивление системы:

Все сопротивления наносим на схему замещения (рисунок 7.2). (Сопротивления 16 и 17 мы получили с учетом расчета тока кз в точке К1).

Преобразуем схему замещения к виду рисунка 7.3 Для этого проведем все доступные простые преобразования — преобразуем параллельно и последовательно сложенные элементы.

Далее преобразуем схему замещения к виду рисунка 7.4.

Рисунок 7.3 — Промежуточная схема замещения

Далее просуммировав сопротивление 12 и 13, разбросаем их на сопротивления 22 и 23. Также суммируем сопротивления 18 и 9 так как соеденены последовательно и 10 с 11 сопротивлением.

.

.

Рисунок 7.4 — Промежуточная схема замещения

Рисунок 7.5 — Промежуточная схема замещения

Для того чтобы определить ток кз в точке К1 нужно изначально разложить сопротивление 15 на сопротивления 22 и 23 в итоге получим новые сопротивления 24 и 25.

Рисунок 7.6 — Промежуточная схема замещения

Ток короткого замыкание имеет две составляющие: от генераторов ТЭС и от системы.

. (7.8).

. (7.9).

. (7.10).

Ударный ток КЗ определяется по формуле:

. (7.11).

где k_у — ударный коэффициент.

Определяем ток установившегося КЗ в начальный момент времени и ударный ток для точки К1 по выражениям (7.8) и (7.11).

. кА.

. кА.

. кА.

. кА Аналогично производим расчет для остальных точек и результаты сводим в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 Расчет токов короткого замыкания.

Далее производим расчет токов короткого замыкания для расчета релейной защиты.

В пункте релейная защита и автоматика будет произведен расчет блока линия-трансформатор для ТП1.

Двухфазное КЗ на выводах 10кВ трансформатора Т1 цеховой ТП1.

Имеем схему замещения прямой последовательности для расчета тока КЗ на выводах 10кВ трансформатора цеховой ТП1.

Рисунок 7.7 — Схема замещения прямой последовательности при двухфазном КЗ на выводах 10кВ трансформатора цеховой ТП-1.

На рис. 7.7, Z_18 — сопротивление кабеля, питающего силовой трансформатор цеховой ТП-1 (l=0,267 км, ААШвУ 3×35−10, Х₀=0,095 Ом/км, R₀=0,894 Ом/км). Согласно формуле (7.7).

Х₁₈=0,0950,2 671 000/10,5²=0,23.

R₁₈=0,8940,2 671 000/10,5²=2,16.

Z₁₈=2,16+j0,23.

(о. е.).

Разобьем сопротивления на и.

Хэкв=4,25.

С₁=0,4.

С₂=0,6.

Z_рез=13,84.

=34,5 о. е.

=23,1 о. е Ток двухфазного короткого замыкания по [12]:

кА.

кА.

I_{к. з. (}²⁾ = I_{к. з. г} ⁽²⁾ + I_{к. з. с} ⁽²⁾ =1,46+2,06=3,52 кА.

Ток трехфазного КЗ на стороне 10кВ трансформатора цеховой ТП-1.

Схема замещения для расчета трехфазного КЗ на выводах 10кВ трансформатора цеховой ТП-1 показана на рис. 7.7 Тогда ток КЗ по (7.8), (7,9) равен:

кА.

кА.

+=1,69+2,4=4,07 кА Ток трехфазного КЗ на стороне 0,4 кВ трансформатора цеховой ТП-1.

Сопротивление системы в мОм до трансформатора определяем как:

(7.12).

где U_{ср. ном} — среднее номинальное напряжение сети высшего напряжения, кВ;

I_кз ^(3) — ток трехфазного КЗ на выводах высшего напряжения трансформатора, кА.

(мОм) Сопротивление х_с приводится к ступени низшего напряжения по выражению:

(мОм); (7.13), (мОм) Активное сопротивление трансформатора в мОм находим по выражению.

(7.14).

где Р_к — потери КЗ в трансформаторе, кВт.

S_н — номинальная мощность трансформатора, кВА;

U_н — номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, кВ.

(мОм) Индуктивное сопротивление трансформатора:

(7.15).

(мОм).

Ток трехфазного КЗ в кА на стороне 0,4 кВ трансформатора цеховой ТП-1 находим по выражению:

(7.16).

х = х_т+х_с =8,64+2,16=10,8 мОм.

21,2 (кА) Приведенное значение тока трехфазного КЗ на стороне 0,4 кВ трансформатора к стороне 10 кВ:

(7.17).

где n_т — коэффициент трансформации силового трансформатора.

n_т=10,5/0,4=26,25.

I_кз ⁽³⁾ =21 200/26,25=807,6 А.