Замыкание на шинах генератора Г3

 

Общая характеристика места короткого замыкания (см. рис. 1.8):

- точка КЗ находится на шинах генератора Г3;

- к точке КЗ непосредственно примыкает нагрузка Н3;

- генераторы Г1 и Г2 соединены с точкой КЗ через сопротивления своих трансформаторов Х_Т1, Х_Т2 и Х_Т3;

- нагрузка, подключенная к шинам генераторов Г1 и Г2, не примыкает непосредственно к месту короткого замыкания и может быть отброшена;

- система С связана с точкой КЗ через две линии W₁ и W₂, W₃, а также общее с генераторами Г1 и Г2 сопротивление Х_Т3 трансформатора Т3;

- нагрузки Н4, Н5 и Н6, подключенные к шинам Ш5, также могут быть отброшены как находящиеся на большом электрическом удалении от точки КЗ.

При замене генераторов Г1 и Г2 одной эквивалентной ветвью сопротивлением реактора Х_LR можно пренебречь ввиду симметрии схемы подключения генераторов к шинам Ш4. Выполнив соответствующие преобразования, получим схему замещения, приведенную на рис. 1.10.

 

 

Рис. 1.10

 

5. Расчет начальных сверхпереходных токов в ветвях, примыкающих к точке КЗ.

Определяем базисный ток на ступени напряжения в месте расположения точки КЗ:

 кА.

 

Ток ветви генератора Г3 в начальный момент КЗ

 

 о.е.,  кА.

 

Начальный ток подпитки от асинхронной нагрузки Н3

 

 о.е.,  кА.

 

Суммарный ток от системы С и генераторов Г1, Г2

 

 o.e.,  кА,

где

 

X_Σ = X_э + Х_Т3 = 0,081 + 0,11 = 0,191;

 

 

Этот ток подтекает к точке КЗ через трансформатор Т3 от шин Ш4.

Считая, что потенциал в месте КЗ равен нулю, находим напряжение на шинах Ш4:

 

Ток ветви системы

 

.

 

Ток от генераторов Г1 и Г2, подключенных к шинам Ш4,

 

 

Этот ток распределен между генераторами равномерно:

 

.

 

Так как рассматриваемые токи в ветвях, примыкающих к шинам Ш4, относятся к ступени напряжения 230 кВ, то истинная величина токов в ветвях этой ступени напряжения равна

 

I_c = 2,956 ^. 0,503 = 1,487 кА;

 

 кА.

 

Ток в обмотке высшего напряжения трансформатора Т3, подключенной к шинам Ш4,

5,41^. 0,503 = 2,721 кА.

 

Чтобы определить токи в самом генераторе, необходимо найти базисное значение тока для ступени напряжения 10,5 кВ:

 

 кА,

тогда

 кА.

 

6. Расчет ударных токов в ветвях генераторов Г1, Г2 и Г3 проводим по формуле

 

Для генератора Г3 ударный коэффициент k_у берем из таблицы прил. 1П2 для мощности генератора  200 МВт:

 

 кА.

 

Генераторы Г1 и Г2 включены на точку КЗ через блочные трансформаторы, поэтому для этих генераторов значение ударного коэффициента принимаем как для блока генератор – трансформатор (см. прил. 1П2):

 

 кА.

 

Значение ударного тока от системы С до шин Ш1 (см. рис. 1.1)

 

 кА,

 

где k_уС = 1,72 – ударный коэффициент для системы, связанной с точкой КЗ воздушной линией напряжением 230…330 кВ (прил. 1П2).

Значения ударных токов используют для проверки шинных конструкций и аппаратов на динамическую устойчивость.

7. Определение периодической составляющей тока в месте КЗ для заданного момента времени t = τ выполняем с помощью расчетных кривых, построенных для типовых генераторов с АРВ.

Для отдельной ветви с генератором Г3 расчетное сопротивление равно

 

 

По расчетному сопротивлению и заданному времени τ = 0,1 с из семейства кривых I_*пkt = f(X_*расч) находим значение тока в относительных единицах (см. прил. 1П3): I_пkt = 3,2.

Найденное значение тока I_пkt = 3,2  сравниваем с током при t = 0:  I_пk0 = 4,2. Отношение I_пkt0/I_пkt показывает затухание начального сверхпереходного тока короткого замыкания. Ток I_пτ к моменту времени τ = 0,1 с, если он имел значение  кА, определим через найденное выше отношение

 кА.

Токи от системы С и от генераторов Г1, Г2 до точки КЗ имеют общее сопротивление Х_Т3. Для расчета токов в этих ветвях применим метод расчетных кривых по индивидуальному изменению. Заменять систему и генераторы одним источником нельзя, так как ветви системы и генераторов находятся в различных условиях по отношению к точке КЗ.

После отбрасывания нагрузки Н3, а также ветви генератора Г3, для которого ток уже определен, приходим к схеме замещения, рис. 1.11.

 

 

Рис. 1.11

 

Реактивности всех элементов выражены в о.е. при S_б = 200 МВА. Расчетные значения сопротивлений приводятся к номинальной мощности источника в начале ветви. Для источника Е₁₂ расчетное сопротивление будет равно

 

для ветви системы с источником U_c

 

 

С_I и С_II – коэффициенты распределения, равные доле участия группы I и II источников в общем токе КЗ, принимаемом условно за единицу С = 1:

 

 

где Х_э =

тогда С_I = 0,405;  C_II = 0,591;  X_Σ(б) = Х_э + Х_Т3 = 0,191; .

По расчетным кривым для турбогенераторов с АРВ (см. прил. 1П3) найдем ток от генераторов Г1 и Г2 до шин Ш4 и времени τ = 0,1 с (в о.е. при номинальных условиях источника и Е = 1,0):

 

I_пkτ12 = 1,46 (τ = 0,1; X_расч = 0,632),

для системы

I_пkτC = 2,6 (τ = 0,1; X_расч = 0,323).

 

Затем по расчетным кривым находим ток ветвей для τ = 0:

 

I_пk012 = 1,58 (τ = 0; X_расч. = 0,632);

 

I_пk0C = 3,1 (τ = 0; X_расч = 0,323).

 

Начальные сверхпереходные значения токов ветвей системы С и генераторов Г1 и Г2 на ступени напряжения 230 кВ определены ранее. С учетом затухания в момент времени 0,1 с находим значения токов этих ветвей в килоамперах:

 кА (по двум линиям W1 и W2-W3);

 кА (для каждого генератора).

Аналогично находим токи в генераторных ветвях до трансформаторов Т1 и Т2 для определения отключающей способности блочных выключателей.

Точка короткого замыкания КЗ на шинах Ш3 должна быть отключена с двух сторон: со стороны генератора Г3 и со стороны обмотки низшего напряжения трансформатора Т3.

Выполним расчет тока для проверки отключающей способности генераторного выключателя Q_3Г и выключателя Q_T3 трансформатора Т3 (рис. 1.12).

 

Рис. 1.12

Периодическая составляющая тока генераторов в момент времени τ = 0,1 с известна:

I_пτ = 23,41 кА.

 

Апериодическая составляющая тока при τ = 0,1 с

 

 кА,

 

где Т_а = 0,31 с - берется из таблицы прил. 1П2.

В момент отключения выключателя должно выполняться условие

 

I_пτ < I_откл.н,

 

где I_откл.н – номинальный ток отключения.

Второе условие касается относительного номинального содержания апериодической составляющей:

 

 

где β_н = f(τ), см. справочник [6].

Со стороны шин Ш4 через трансформатор Т3 к точке КЗ в момент t = τ = 0,1 с поступает ток

 

I_пτ = I_cτ + I_Г1Г2τ = 1,487 + 2 ^. 0,61 = 2,707.

 

Базисный ток на стороне генераторного напряжения 14,75 кВ равен 7,34 кА, тогда периодический ток I_T3 при КЗ в момент τ = 0,1 с

 

I_пτ = 2,707 ^. 7,34 = 19,87 кА.

 

Апериодический ток от двух источников: системы С и генераторов Г1, Г2 в точке КЗ в момент τ можно представить суммой

 

i_aτ = i_aτC + i_aτГ,

 

где

Здесь постоянные Т_ас = 0,03…0,04 с; Т_аГ = 0,26 с (см. прил. 1П2). Как видим, ток i_aτ от системы С, связанной с точкой КЗ воздушной линией 230 кВ, имеет сильное затухание, а ток от блоков генератор – трансформатор затухает незначительно. Суммарный ток

 

i_aτ = (1,75 +17,08) = 18,84 кА.

 

Периодический I_пτ = 19,87 кА и апериодический i_aτ = 18,84 кА токи используются для выбора (проверки) выключателя Q_T3 по отключающей способности (см. рис. 1.12). Вероятно, что время отключения τ = 0,1 с оказывается недостаточным, так как при этом β > β_н и аппарат выйдет из строя при размыкании цепи с такой большой апериодической составляющей тока КЗ.