Расщепление обмоток трансформаторов

Расщепление обмоток трансформаторов ГПП или ПГВ происходит следующим образом. Мощность каждой вторичной обмотки напряжением 6-10 кВ составляет половину мощности трансформаторов. Поэтому её сопротивление в 2 раза больше, чем при отсутствии расщепления, и силы токов КЗ  за трансформатором соответственно снижаются.

 

Включение последовательно в цепь питания электрореактор групповое

Различают групповое реактирование всех отходящих линий и сборных шин напряжением 6…10 кВ включением реактора в цепь вторичной обмотки трансформатора ГПП; индивидуальное реактирование, когда реакторы включаются в цепь каждой отходящей линии; групповое реактирование цепи трансформатора, применяемое в тех случаях, когда нужно удвоить число секций шин подстанции. Такое реактирование имеет дополнительное преимущество, а именно:

 Благодаря электромагнитной связи ветвей сдвоенного реактора их сопротивление, при равенстве токов и в ветвях в 2…2,5 раза меньше, чем при различии этих токов.

Благодаря этому в нормальном режиме частично устраняется потеря напряжения в реакторе, что очень важно, так как требуется, чтобы потеря напряжения не превышала 3…4% от номинального напряжения. Выбор реактора состоит в определении его сопротивления , которое необходимо включить в данную цепь, чтобы снизить силу тока КЗ до заданного значения .

 

Примеры расчёта токов к.з.

Пример 1.

Определить сверхпереходный и установившийся токи КЗ с учётом переходных сопротивлений за кабелем, сечением 3х95х1х50 длиной 100 м с алюминиевыми жилами при питании от генератора, имеющего следующие данные: Решение:

Индуктивное сопротивление генератора определяем по выражению:

                              .

Сопротивление кабеля, по формуле: . Тогда:

.

Результирующее сопротивление до точки КЗ

   

Ток КЗ: .

при  э.д.с. нагруженного генератора . При , имеем . Тогда: . Учитывая, что номинальное напряжение генератора на 5% выше номинального напряжения сети, а также, что КЗ может возникнуть и при ненагруженном генераторе, можно принять (что обычно и делают) . Тогда:

   .

Ток КЗ при определяем методом спрямлённых характеристик. Таким образом.

 Определяем внешнее сопротивление: .

Сопротивление и э.д.с. генератора: ;

,

где ОКЗ – отношение установившегося тока КЗ на зажимах генератора при токе возбуждения холостого хода к номинальному току генератора. Его называют отношение короткого замыкания.

Определяем критическое сопротивление: .

Поскольку , имеем режим нормального напряжения. Принимая , имеем:

   .

Вычислим значения тока КЗ по методу расчётных кривых. Расчётное сопротивление по формуле: .

По справочным данным находим относительные значения тока КЗ:

      .

Определяем токи КЗ по формуле: ,

где   - суммарный номинальный ток работающих генераторов, приведённый к напряжению  ступени, где рассматривается КЗ, т.е. к напряжению 0,4 кВ.

Таким образом, рассчитанные токи значительно меньше рассчитанных ранее.

Следовательно, для генератора, имеющего , определение установившегося тока КЗ по расчётным кривым не допустимо, и ими пользоваться не следует.

 

Пример 2.

Определить ток однофазного КЗ на зажимах генератора и за кабелем для условий примера, рассмотренного выше (пример №3). Дополнительные параметры генератора: - сопротивления соответственно обратной и нулевой последовательностей генератора. Кабель имеет непроводящую оболочку.

 

Решение.

Определяем индуктивное сопротивление генератора токам прямой, обратной и нулевой последовательностей:

Для генератора .

Определяем суммарное сопротивление генератора при однофазном КЗ:

Определим сопротивление петли фаза-нуль кабеля:

, где - полное удельное сопротивление петли для кабеля.

Ток однофазного КЗ на зажимах генератора с учётом переходных сопротивлений:

;

Для металлического КЗ ( )

.

Ток однофазного КЗ за кабелем с учётом переходных сопротивлений

.

Ток металлического КЗ за кабелем:

.

Как видно эти токи практически одинаковы.

 

Пример 3. Рассчитать токи трехфазного короткого замыкания в системе электроснабжения, приведенной на рисунке.

Рисунок. Схема системы.

 

Параметры схемы.

Система: номинальное напряжение - U=35 кВ, ток трехфазного короткого замыкания I⁽³⁾ = 50 кА.

ЛЭП:  

Длина, км	r1, Ом/км	x1,Ом/км	x0, Ом/км
25	3,7	0,35	0,9

Трансформаторы Т1 и Т2:

Sн, МВА	Тип	Uвн,кВ	Uнн,кВ	uk,%	DRк, кВт	i0, %
40	ТД-40000/35	35	10,5	7,5	65	0,8

Синхронный генератор:

Мощность, кВА	Напряжение, кВ	Индуктивности (о.е.)
		xd	xq
25	10,5	1,19	0,715	0,241	0,15	0,167

Асинхронный двигатель:

Рн, кВт	Uн, кВ	cosjн	hн,%	sн,%	nн, мин-1	Iп/Iн
3200	10	0,915	95,8	0,5	2985	6,4	0,7	2,7

Нагрузка: Н1- 30 МВА, cosj = 0,8, Н2 – 50 МВА, cosj = 0,83.

Выполнить расчет:

- начального значения трехфазного тока короткого замыкания в точках к1 и к2 схемы;

- ударного тока короткого замыкания в точке к2 схемы.

Решение. 1. Определяем базисные величины для точек к1 и к2 схемы.

к1: S_б = 100 МВА, U_1б = 37 кВ, I _1б = S_б/ ×U_1б = 100/ ×37 = 1,56 кА.

к2: S_б = 100 МВА, U _2б = 10,5 кВ, I _2б = S_б/ ×U_2б = 100/ ×10,5 = 5,5 кА.

2. Составляем схему замещения и определяем параметры элементов схемы в базисных величинах.

 

 

Рис. 1. Схема замещения и параметры элементов.

 

 

Сопротивления элементов в относительных базисных величинах:

1:  о.е.

2:  о.е.

3,4: x_т = 0,01 u_к  = 0,01× 7,5  0.е.

5: x_н1 = 0,35 = 0,35  о.е.

6: x_н2 = 0,35  о.е.

7:  о.е.

8:  = 0,15  = 0,15  = 0,6 о.е.

ЭДС источников в относительных базисных величинах:

Е^*_с = Е_с/U_б1 = 35/37 = 0,946 о.е.

Е^*_н1 = Е^*_н2 = 0,85 × U_н / U_б = 0,85 × 10/10,5 = 0,81 о.е.

Е_адф= кВ.

В выражении для эдс:

 кА;

 Ом;

U_ф = 10/ = 5,78 кВ.

Е^*_{ад л} =5,48× /U_б2 = 0,904 о.е.

Е_{сг ф} =

=  кВ,

где:

 кА;  Ом;

U_ф = 6,07 кВ; cosj_н = 0,8, sinj_н =0,6.

Е_{сг л} = 6,65× /U_б2 = 1,09 о.е.

3. Расчет сверхпереходного тока кз в точке к1.

Преобразуем схему на рис.1:

             Рис.2а                                                    Рис.2б

На рис.2б:

x₁₂ = x₁ + x₂ = 0,093, x₃₅ = x₃ + x₅ = 1,18.

Сопротивления x₆₄, x₇₄, x₈₄ определим через коэффициенты токораспределения:

,

где:

 о.е.

где:

x_рез = x_экв + x₄ =0,266 + 0,16 = 0,426 о.е.

Начальное значение периодической составляющей трехфазного тока кз в точке к1:

×1,56 = 20,26 = кА

 

4. Расчет начального значения периодической составляющей тока в точке к2. При расчете тока кз в точке к2 влияние нагрузки Е_н1 можно не учитывать; тогда после преобразования схема замещения будет иметь вид (рис.4):

                                                     Рис. 4

 

Сопротивление x₁₄ = x₁+x₂+x₄=0,253.

 Начальное значение периодической составляющей трехфазного тока кз:

 

= 29,72 кА

 

5. Расчет ударного тока кз. Определим активные сопротивления элементов для расчетной схемы на рис.1.

1: r_c = 0;

2: r_л = 0,5 r₁ l 0,5 × 3,7 × 25 × 100/37² = 0,337о.е.

3,4: r_т = 0,0036 о.е.

6: r_н2 = x_н2 / 2,5 = 0,21 о.е.

7: r_ад = x²_ад /30 = 0,13 о.е.

8: r _сг = x²_d /15 = 0,04 о.е.

 Активное сопротивление x₁₄ для преобразованной схемы на рис.4:

x₁₄ = r₁₄ = r₂ + r₄ =0,34 о.е.

Постоянные времени и ударный коэффициент для каждой из ветвей на схеме рис.4:

Т₁₄ = x₁₄ / w×r₁₄ = 0,253 /314 × 0,34 = 0,024 c.

К_{уд 14} = (1+ ) = 1,65.

Т₆ = 0,58 / 314 × 0,21 = 0,088 c. К_{уд 6} = 1,89.

Т₇ = 4,03/ 314 × 0,13 = 0,098 c. К_{уд 7} = 1,902.

Т₈ = 0,6 / 314 × 0,04 = 0,0477 c. К_{уд 8} = 1,74.

Ударный токе в точке к2:

i_уд = I_{п0 i} К_{уд i} ) ×I_б2 = 116,59 кА.

Ответ:

В точке к1: I_п0 = 20,26 кА.

В точке к2: I_п0 = 29,72 кА, i_уд =116,59 кА.

Пример 4. Найти ток двухфазного короткого замыкания на землю для схемы системы, приведенной на рисунке.

Рисунок. Схема системы.

 

Параметры схемы:

Система: номинальное напряжение - U=35 кВ, ток трехфазного короткого замыкания I⁽³⁾ = 50,0 кА.

ЛЭП:  

Длина, км	r1, Ом/км	x1,Ом/км	x0, Ом/км
25	3,7	0,35	0,9

Трансформаторы Т1 и Т2:

Sн, МВА	Тип	Uвн,кВ	Uнн,кВ	Uk,%	DRк, кВт	i0, %
40	ТД-40000/35	35	10,5	7,5	65	0,8

Синхронный генератор (сопротивления в о.е.):

Мощность, кВА	Напряжение, кВ	xd	xq
25	10,5	1,19	0,715	0,241	0,15	0,167

Асинхронный двигатель:

Рн, кВт	Uн, кВ	cosjн	hн,%	sн,%	nн, мин-1	Iп/Iн
3200	10	0,915	95,8	0,5	2985	6,4	0,7	2,7

Нагрузка: Н1- 30 МВА, cosj = 0,8, Н2 – 50 МВА, cosj = 0,83.

 

Решение. 1. Определяем базисные величины для точки к1 схемы.

к1: S_б = 100 МВА, U_1б = 37 кВ, I _1б = S_б/ ×U_1б = 100/ ×37 = 1,56 кА.

2. Составляем схему замещения и определяем параметры элементов схемы в базисных величинах.

Рис. 1. Схема замещения и параметры элементов.

Сопротивления элементов в относительных базисных величинах:

1:  о.е.

2:  о.е.

3,4: x_т = 0,01 u_к  = 0,01× 7,5  0.е.

5: x_н1 = 0,35 = 0,35  о.е.

6: x_н2 = 0,35  о.е.

7:  о.е.

8:  = 0,15  = 0,15  = 0,6 о.е.

ЭДС источников в относительных базисных величинах:

Е^*_с = Е_с/U_б1 = 35/37 = 0,946 о.е.

Е^*_н1 = Е^*_н2 = 0,85 × U_н / U_б = 0,85 × 10/10,5 = 0,81 о.е.

Е_адф= кВ.

В выражении для эдс:

 кА;

 Ом;

U_ф = 10/ = 5,78 кВ.

Е^*_{ад л} =5,48× /U_б2 = 0,904 о.е.

Е_{сг ф} =

=  кВ,

где:

 кА;  Ом;

U_ф = 6,07 кВ; cosj_н = 0,8, sinj_н =0,6.

Е_{сг л} = 6,65× /U_б2 = 1,09 о.е.

3. Определяем эквивалентные сопротивление и эдс прямой последовательности для расчетной схемы, приведенной на рис.1.

Преобразуем схему на рис. 1:

             Рис.2а                                                    Рис.2б

Эквивалентная эдс и сопротивление прямой последовательности:

Е_э1 = = 0,065(10,75 × 0,946+ 0,847 ×1,18 + 1,72 × 0,58 +0,248 0,904+ 1,66 ×1,09) = 0,923 о.е.

y_э1 =  15,23 о.е.

 x_э1 = 0,065 о.е.

4. Составляем схему замещения обратной и нулевой последовательностей и определяем их эквивалентные сопротивления.

 

Рис.3. схема замещения обратной последовательности

 

x₂ = x₁ = 0,065 о.е.

 

Рис.4. Схема замещения нулевой последовательности.

x₀ = 0,08 о.е.

 

Результирующая схема для расчета несимметричного тока кз представлена на рис.5

 

Рис.5.

 

Для двухфазного кз на землю x _нэкв =  = 0,036 о.е.

Ток в аварийных фазах:

× × I_б =10,75 ×1,56 = 16,78 кА

Ответ: ток двухфазного кз на землю составляет 16,78 кА.