1,1 Wsp. korekcyjny (x T1 u k /100): K 10 1,1. = 0.12, cos =0,9, U

Transkrypt

1 Laboratorium Pracy Systemów Eletroenergetycznych studia STS, 017/18 Ćwiczenie 5 Ograniczanie mocy zwarciowej w sieci eletroenergetycznej Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie ze sposobem modelowania sieci eletroenergetycznych do obliczeń prądów początowych i mocy zwarciowych oraz z wybranymi metodami ograniczania mocy zwarciowej w wielonapięciowym systemie eletroenergetycznym. Przygotowanie schematu zastępczego i parametrów Schemat analizowanego SEE wraz z parametrami elementów został podany w instrucji do ćw. 1. Schemat zastępczy SEE do obliczeń zwarć symetrycznych różni się istotnie od schematu tego systemu do obliczeń rozpływów mocy. Do najistotniejszych różnic należą m. in.: Pominięcie na schemacie do obliczeń zwarciowych odbiorów statycznych i parametrów poprzecznych gałęzi, Modelowanie generatorów i zewnętrznej sieci zasilającej za pomocą impedancji, względnienie współczynniów orecyjnych dla impedancji transformatorów i generatorów. Dodatowo, zaleca się, aby obliczenia dla prądów początowych i mocy zwarciowych realizowane były z wyorzystaniem jednoste mianowanych. W przypadu, gdy między miejscem wystąpienia zwarcia a elementem sieci występuje transformator jego impedancja powinna być przeliczona na odpowiedni poziom napięcia z uwzględnieniem przeładni transformatora. W ćwiczeniu przyjęto poziom napięcia równy 110 V. Jeśli między danym elementem a miejscem zwarcia występuje więcej transformatorów, a przeładnie tych transformatorów są różne, należy do przeliczania impedancji przyjąć ich uśrednioną wartość. Przyładowe obliczenia parametów elementów systemu dla sładowej symterycznej zgodnej (a =10) Linia L1: r' = 0.1 /m, x' = 0.4 /m, b'= S/m, l = (10 + a) = ( ) = 130 m. Rezystancja: R L = r'l = = 13 Ω, Reatancja: X L = x'l = = 5 Ω, Tranformator : S = (40+a/10) = (40+10/10) = 41 MVA, H = 115 V +/- 16%, L = 10.5 V, u = 11%, P cu = 180 W, 1,1 Wsp. orecyjny (x u /100): K 0,95 0,95 0, 9803, 1 0,6 x 1 0,6 0,11 Rezystancja: 3 Pcu H R K 0, , S S H u Impedancja: Z K 0, , 100 S Reatancja: X Z R , Generator G1: S G1 = 30+10/100 = 30,1 MVA; G = 10.5 V, x d = 0.1, cos =0,9, 10 1,1 Wsp. orecyjny: KG 1 0, 9955, 1 x sin 10,5 1 0,1 0,436 G d n 1

2 Laboratorium Pracy Systemów Eletroenergetycznych studia STS, 017/18 Reatancja : G 10.5 X G1,10 KG 1 xd 0, , S 30.1 H 115 Reatancja po stronie 110 V: X G1,110 X G1, L 10.5 Zewnętrzna sieć zasilająca S = a = MVA, Q Reatancja: Q X Q, , S Q LT5 10 Reatancja po stronie 110 V: X Q,110 X Q, HT 5 30 W przypadu transformatorów z regulowaną przeładnią przy przeliczaniu impedancji na inny poziom napięcia przyjąć przeładnie znamionowe tj. odpowiadające położeniu zerowemu odczepu. Sposoby ograniczania mocy zwarciowej Moc zwarciowa jest wyorzystywana do charaterystyi warunów zwarciowych w danym miejscu sieci eletroenegetycznej. Jej wartość oblicza się na podstawie wzoru: S 3 I. (1) gdzie: I prąd początowy zwarcia trójfazowego, napięcie znamionowe sieci w miejscu zwarcia. W rzeczywistości może zdarzyć się sytuacja, gdy w istniejącej lub projetowanej sieci eletroenergetycznej obliczone moce zwarciowe przeraczają dopuszczalne moce, tóre wyniają z ograniczonych możliwości przewodzenia i wyłączania prądów zwarciowych zastosowanych urządzeń i aparatury. Konieczne w taim przypadu staje się ograniczanie mocy (prądów) zwarciowych, co można uzysać przez zwięszenie impedancji wypadowej obwodu zwarciowego. Jej wartość musi spełniać warune: Z, () S gdzie: S, dop, dop dopuszczalna moc zwarciowa, c max współczynni napięciowy do obliczania masymalnego prądu zwarciowego (dla sieci W i jest on równy 1,1). Wśród sposobów ograniczania prądów zwarciowych wymienić można: Ograniczanie mocy zwarciowej poprzez odpowiednie secjonowanie sieci. W stacjach eletroenergetycznych stosuje się secjonowanie pojedynczego systemu szyn zbiorczych, podwójny, a nawet potrójny system szyn zbiorczych. Prowadzi to do zmniejszenia liczby połączeń równoległych pomiędzy miejscem zwarcia i źródłami prądu zwarciowego, zwięszenia impedancji obwodu zwarciowego i tym samym do zmniejszenia prądu zwarciowego początowego i mocy zwarciowej. Generatory, transformatory i linie zasilające podłącza się do oddzielnych secji lub systemów szyn zbiorczych i w ten sposób rozcina się ich połączenia równoległe. Jedna secjonowanie sieci zmniejsza elastyczność i niezawodność przesyłu energii eletrycznej. Ograniczanie mocy zwarciowej poprzez wprowadzanie dodatowych impedancji do obwodu zwarciowego. 1. Współcześnie w Polsce stosuje się transformatory 110 V/S o napięciu zwarcia podwyższonym do 18 %, co ogranicza prąd zwarciowy po wtórnej stronie transformatora. Zaleca się stosowanie taich transformatorów zamiast stosowania dławiów zwarciowych. Transformatory o normalnej onstrucji mają napięcie zwarcia 111 %.. Odpowiednie wybranie napięć zwarcia dla poszczególnych par uzwojeń transformatora 3- uzwojeniowego. W transformatorze 3-uzwojeniowym najmniejszą reatancję

3 Laboratorium Pracy Systemów Eletroenergetycznych studia STS, 017/18 rozproszenia ma uzwojenie ułożone pomiędzy dwoma pozostałymi. Jeżeli to uzwojenie będzie połączone z siecią zasilającą o najmniejszym źródle, to wtedy źródło silne połączone z pozostałymi uzwojeniami ma mniejszy współczynni udziału w prądzie zwarciowym. 3. Moc zwarciowa na szynach średniego napięcia (6,3 V) może być ograniczona przez zwięszenie impedancji na sute podziału wtórnego uzwojenia średniego napięcia transformatora na dwa uzwojenia, ażde o połowie mocy znamionowej uzwojenia pierwotnego. Dla polsich transformatorów napięcia zwarcia dla olejnych par uzwojeń wynoszą 18/18/34 %. 4. Prąd zwarciowy jest ograniczany przez dławii zwarciowe. Dławii liniowe na napięcie 6 30 V mają napięcie zwarcia najczęściej 4 %. Dławii, instalowane między secjami szyn zbiorczych w stacjach, mają napięcie zwarcia 610 %. Reatancja dławia, wyrażona w, jest oreślona wzorem: 1 1 X D 1,1 D, (3) S S1 gdzie: D - napięcie znamionowe dławia, S - moc zwarciowa na szynach przed dławiiem (od strony zasilania), S - moc zwarciowa za dławiiem, tj. ograniczona ta, że S < S 1. Znamionowy precentowy spade napięcia na dławi jest równy: 3 I D ud,% X D 100, (4) D gdzie: I D - prąd znamionowy dławia. Ograniczanie mocy zwarciowej w sieci średniego i nisiego napięcia poprzez szybie odłączanie obwodu zwartego, za pomocą bezpieczniów i ograniczniów prądu zwarciowego. Bezpiecznii przerywają prąd zwarciowy przed wystąpieniem prądu udarowego. Ogranicznii są w istocie bezpieczniami, w tórych przerwanie obwodu zwarciowego następuje przez detonajcę ładunu wybuchowego sterowaną eletronicznie. Przebieg ćwiczenia 1. W ramach przygotowania do zajęć należy opracować schemat zastępczy dla sładowej zgodnej i jego parametry dla systemu, tórego schemat ideowy i dane do obliczeń przedstawiono w ćw. 1. Parametry należy przeliczyć na poziom napięcia 110 V.. Przyjąć wartości mocy dopuszczalnych dla węzłów systemu indywidualnego ja w tab. 1: Tab. 1. Dopuszczalne moce zwarciowe w węzłach systemu Ozn. węzła n, V S,dop 1 'w1' 'w' 'w3' 'w4' 'w5' 'wg1' 'wg' 'w6' 'wsys' 'w7' 'wg3' 'wg4' , MVA 3. Przygotowanie danych w m_pliu na wzór danych, zawartych w przyładowym cw5dat.m. 3

4 Laboratorium Pracy Systemów Eletroenergetycznych studia STS, 017/18 4. Obliczenie programem omputerowym ogran.m mocy zwarciowych w poszczególnych węzłach. Porównanie wartości otrzymanej z wartością dopuszczalną dla poszczególnych węzłów. 5. Jeżeli dla danych szyn zbiorczych (węzła) obliczona moc zwarciowa przeracza wartość dopuszczalną, to należy zastosować jeden lub więcej sposobów ograniczenia tej mocy ja: secjonowanie szyn zbiorczych, podwyższenie napięcia zwarcia tranformatorów do 18%, zastosowanie dławiów zwarciowych liniowych i międzysecyjnych. 6. Dla zmodyfiowanego schematu systemu uwzględniającego zastosowane sposoby ograniczania mocy zwarciowych należy powtórzyć obliczenia. 7. Kontynuować obliczenia i modyfiacje uładu do czasu spełnienia warunu S dla wszystich szyn. S, dop Sprawozdanie Sprawozdanie powinno zawierać: schemat zastępczy dla sładowej zgodnej systemu indywidualnego dla wariantu podstawowego, parametry elementów schematu zastępczego w wariancie podstawowym (w formie tabeli), zestawione tabelarycznie wynii obliczeń omputerowych dla wariantu podstawowego, schemat uładu i wynii obliczeń z uwzględnieniem zastosowanych sposobów ograniczenia mocy zwarciowej spełniających oreślone w tab. 1 wymagania, wniosi z przeprowadzonych analiz. Pytania ontrolne 1. Omówić pojęcie mocy zwarciowej.. W jaim celu stosuje się ograniczanie mocy zwarciowej? 3. Omówić sposoby ograniczania mocy zwarciowych polegające na secjonowaniu sieci i wprowadzaniu dodatowych impedancji do sieci. Dodate Obliczenia wyonywane są za pomocą programu ogran.m. a podstawie danych węzłowych i gałęziowych generuje on macierz admitancyjną i impedancyjną systemu oraz oblicza moce zwarciowe. Wyorzystuje się przy tym fat, że impedancja własna danego węzła (element leżący na głównej przeątnej macierzy impedancyjnej odpowiadający danemu węzłowi) jest równa impedancji zastępczej (impedancji odwodu Thevenina) widzianej z węzła i. Moc zwarciowa w tym węźle równa jest: S, i. (5) Z Wartości impedancji w jednostach mianowanych () należy, przeliczyć na jeden poziom napięcia V. Dane wejściowe do obliczeń programem ogran.m zostały podzielone na cztery grupy: dane napięciowe podawana jest alfanumeryczna nazwa węzła, wartość napięcia znamionowego węzła [V], dopuszczalna moc zwarciowa w węźle [MVA] dane gałęzi liniowych : nazwa linii (masymalnie 8 znaów), nazwy węzłów(masymalnie 8 znaów), tóre linia łączy, rezystancja i reatancja dla sładowej zgodnej, nazwlini wp w R1 X1 w tej grupie wpisuje się też reatancje dławiów zwarciowych, tratując je jao elementy liniowe, dane gałęzi transformatorowych w postaci: nazwatra wp1 w1 R1 X1 nazwatra nazwa (masymalnie 8-znaowa) transformatora ii 4

5 Laboratorium Pracy Systemów Eletroenergetycznych studia STS, 017/18 wp1, w1 nazwy węzłów początowy i ońcowy(masymalnie 8 znaów), gałęzi transformatorowej dla sładowej zgodnej R1, X1 - impedancja transformatora dla sładowej zgodnej, dane generatorów w postaci: nazwagen wp1 Xg1 gdzie: nazwagen nazwa generatora (8 znaów),, wp1 oznacz nazwę węzła(8 znaów),, do tórego dołączony jest generator, drugim oniec do puntu wspólnego - zerowego, Xg1 - odpowiednia reatancja dla sładowej zgodnej. Przyjmuje się, że rezystancja generatora jest pomijalnie mała. waga: w nazwach węzłów i gałęzi masymalnie 8 znaowych rozróżniane są duże i małe litery. Przyładowy pli cw5dat.m z danymi dla SEE z ćw. 1 do ograniczania mocy zwarciowej dla a=0. function [wezly,gal,trafo,gen,n]=cw5dat % Parametry w omach: wezly ={ %nazwa_wez n_v SzD_MVA 'w1' ; 'w' ; 'w3' ; 'w4' ; 'w5' ; 'wg1' ; 'wg' ; 'w6' ; 'wsys' ; 'w7' 0 600; 'wg3' ; 'wg4' ; % n = 110; % wybrany poziom napiecia w V do obliczania impedancji % Parametry linii w omach dla sladowej 1 gal={ % n_gal n_wp1 n_w1 R1,om X1,om 'lin1' 'w1' 'w3' ; 'lin' 'w1' 'w3' ; 'lin3' 'w' 'w3' ; 'lin4' 'w' 'w3' ; 'lin5' 'w3' 'w4' ; 'lin6' 'w3' 'w4' ; 'lin7' 'w5' 'w3' ; 'lin8' 'w5' 'w3' ; 'lin9' 'w1' 'w4' ; 'lin10' 'w1' 'w4' ; 'lin11' 'w' 'w5' ; 'lin1' 'w' 'w5' ; 'lin13' 'w1' 'w' ; 'lin14' 'w1' 'w' ; 'lin15' 'w4' 'w5' ; 'lin16' 'w4' 'w5' ; 5

6 Laboratorium Pracy Systemów Eletroenergetycznych studia STS, 017/18 % Parametry transformatorow w omach dla sladowej 1 trafo={ %n_tr n_wp n_w R1,om X1,om 'tr1' 'w1' 'wg1' ; 'tr' 'w1' 'wg' ; 'tr3' 'w' 'w6' ; 'tr4' 'w' 'w6' ; 'tr5' 'w3' 'wsys' ; 'tr6' 'w3' 'wsys' ; 'tr7' 'w4' 'w7' ; 'tr8' 'w4' 'w7' ; 'tr 9' 'w5' 'wg3' ; 'tr10' 'w5' 'wg4' ; % Parametry generatorow w omach dla sladowej 1 gen={ %n_gen n_w X1,om 'Gen1' 'wg1' 5.900; 'Gen' 'wg' 5.900; 'Gen3' 'wg3' ; 'Gen4' 'wg4' ; 'Syst 0' 'wsys' 0.83; return Pli ograout.m z przyładowymi wyniami obliczania zwarć dla a=0 % function ogran % - czyta dane z pliu wybranego w onie dialogowym % - tworzy macierz admitancyjna zwarciowa Y1 w simensach % - oblicza macierz impedancyjna zwarciowa Z1 w omach % - wyznacza impedancje zastepcze zwarciowe wezlow w omach % - dla sladowej zgodnej % - oraz wyznacza moce zwarciowe w wezlach % ==================================================================== % % Pli ograout.m zawiera wynii wywolania funcji ogran.m % =================================================================== % Macierz impedancyjna zwarciowa Z1 w omach % Autor programu: Marian Sobierajsi & Miroslaw Labuze % Szczegoly przygotowania danych do obliczania macierzy impedancji % zwarciowych podane sa w instrucji % =================================================================== Dane galeziowe sieci dla sl. 1 w omach Wybrany poziom napiecia n = V azwa gal Od wezla Do wezla R1,om X1,om lin1 w1 w lin w1 w lin3 w w lin4 w w lin5 w3 w lin6 w3 w

7 Laboratorium Pracy Systemów Eletroenergetycznych studia STS, 017/18 lin7 w5 w lin8 w5 w lin9 w1 w lin10 w1 w lin11 w w lin1 w w lin13 w1 w lin14 w1 w lin15 w4 w lin16 w4 w tr1 w1 wg tr w1 wg tr3 w w tr4 w w tr5 w3 wsys tr6 w3 wsys tr7 w4 w tr8 w4 w tr 9 w5 wg tr10 w5 wg Gen1 zero wg Gen zero wg Gen3 zero wg Gen4 zero wg Syst 0 zero wsys Macierz admitancyjna zwarciowa Y1 - zostala utworzona Inwersja macierzy admitancyjnej zwarciowej Z1 = inv(y1) - wyonana Wynii obliczen zwarciowych dla wezlow ******************************************************************** * n = V - wybrany poziom napiecia obliczen impedancji Wezel n, V R1,om X1,om S,MV.A S"D,MV.A w w w w w wg wg w wsys w wg wg ==================================================================== 7