Построение модели коммутационных перенапряжений для системы электроснабжения электросталеплавильного производства

3.1 Расчет параметров исследуемой цепи и построение модели в программе Electronics Workbench

Для своих приёмников электросталеплавильные производства получают электроэнергию от энергосистемы. На их территории расположены от одной до нескольких ГПП и распределительных пунктов. Основными приемниками данного производства являются электродуговые сталеплавильные печи (ДСП). Питание печей производится переменным током от печных трансформаторных подстанций, на которых установлены печные трансформаторы типа ЭТЦПК. В основном применяются печные трехфазные трансформаторы с принудительным масляным охлаждением. От трансформаторов энергия подается в печи через короткую сеть. Она состоит из пакетов медных шин, водоохлаждаемых медных кабелей и медных труб, подводящих напряжение к электрододержателям. Питание печных подстанций осуществляется от шин 35 кВ ГПП по кабельным линиям. Исследуемая схема системы электроснабжения электросталеплавильного производства показана на рисунке 2. Ее исследуемая часть представлена на рисунке 3, а схема замещения – на рисунке 4. Определим параметры исследуемой цепи. Сначала найдем напряжение короткого замыкания каждой из обмоток трансформатора ТДТН-80000/110:

где U_кВ-Н, - напряжения короткого замыкания для обмоток В-Н,%; U_кВ-С - напряжения короткого замыкания для обмоток В-С,%; U_кС-Н – напряжения короткого замыкания для обмоток СН.,%.

Сопротивления трансформатора ТДТН 80000/110 приведенные к напряжению 37 кВ:

Ом;

Ом;

Ом.

Сопротивление трансформатора в схеме замещения, вследствие того, что x_трс=0, будет равно x_трв.

Индуктивность трансформатора ТДТН 80000/110:

Гн.

Максимальное индуктивное сопротивление печного контура составляет X_к=0,00751, Ом [44]. При этом индуктивность печного контура будет равна:

Гн.

Активное сопротивление печного контура соответствующее максимальному индуктивному сопротивлению составляет R_к = 0,000151, Ом [44].

Сопротивление системы приведенное к 35 кВ:

, (3)

где k- коэффициент трансформации.

Индуктивность системы:

. (4)

Активное и индуктивное сопротивление для кабельной линии и токопровода:

; (5)

, (6)

где R_п.л, погонное активное сопротивление кабельной линии или токопровода, Ом/км; X_п.л. - погонное реактивное сопротивление кабельной линии или токопровода, Ом/км.

Индуктивность для кабельной линии и токопровода:

. (7)

Емкость кабельной линии и токопровода для прямой и обратной последовательности:

; (8)

,

где - погонная емкость линии для прямой последовательности; - погонная емкость линии для нулевой последовательности.

ТДТН63000/110

ШАТ 80x10 l=20 м

ВБЦ-35

ОСБГ 2(3х120) l=475 м

ЭТЦПК-63000/35

110 кВ

авт

ДСП

Печной контур

Рисунок 2. Исследуемая часть схемы электроснабжения для

электросталеплавильного производства

~

~

~

C_2,1

C_1,0

L_4,4^/

R_4,4^/

L₄^//,₈

R₄^//,₈

L_5,4

R_5,4

E_m

C_8,0

L_8,9

R_8,9

Рисунок 3. Схема замещения исследуемой цепи

Емкость в нейтрали С_N четырехлучевой схемы замещения кабельной линии и токопровода:

. (9)

Кабели и токопровод представляются Т-образной схемой замещения. Параметры элементов расчетной схемы замещения для электросталеплавильного производства определяются из следующих соотношений:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

,

где - индуктивность трансформатора до выключателя, Гн; - индуктивность линии до выключателя, Гн; - активное сопротивление линии до выключателя, Ом; - емкость линии до выключателя, мкФ; - индуктивность трансформатора после выключателя, Гн; - индуктивность линии после выключателя, Гн; - активное сопротивление линии после выключателя, Ом; - емкость линии после выключателя, мкФ; R_к,– активное сопротивление печного контура,, Ом; L_к –индуктивность печного контура. Гн.

При составлении математической модели переходного процесса возникающего в цепи при коммутации ее выключателем в качестве расчетного подхода предпочтительно использовать операторный метод, так как он является наиболее рациональным и удобен для данной схемы. Расчет схемы осуществим согласно алгоритму:

- определим значения напряжения на конденсаторах и токов через индуктивности в момент срабатывания ключей;

- составим операторную схему замещения цепи, для после коммутационного режима используя таблицы соответствия;

- рассчитаем операторную схему и определим изображение искомой величины;

- используя формулы разложения или обратное преобразование Лапласа, находится оригинал искомой величины.

Расчет операторной схемы проводится с помощью метода узловых потенциалов, так как он более удобен для вычисления на ЭВМ. Сначала их нумеруем узлы схемы, которые могут иметь отличные друг от друга значения потенциалов. В качестве нулевого потенциала принимается потенциал земли. Далее задаются условно положительными направлениями тока в ветвях схемы. Сопротивление ключа для удобства обозначается R_K. Оно может принимать значения 0 (контакт замкнут) или ∞ (контакт разомкнут).

Для составления системы уравнений, из которой можно определить значения потенциалов в узлах схемы, необходимо найти взаимные и обратные проводимости узлов, а также узловые токи.

Заключение

В работе было проведено исследование коммутационных перенапряжений, возникающих в системе электроснабжения электросталеплавильного производства. Составлена схема замещения для исследуемого участка, приведена математическая модель и графические характеристики переходного процесса, возникающего в исследуемой цепи при срабатывании выключателя. Также в работе предложена математическая модель и алгоритм программы для расчета коммутационных перенапряжений с учетом среза тока и повторных зажиганий дуги (для последовательной RLC-цепи). В качестве мер защиты от перенапряжений в работе рассматривались ОПН и RC-цепочки. Однако применение RC-цепочек должно сопровождаться проверкой на модели, т.к. в некоторых случаях неудачный выбор параметров RC-цепи, как отмечается в литературных источниках, может привести к ухудшению режима коммутации цепи. В работе была проведена такая проверка, как видно из графиков подключение выбранных RC-цепочек позволило снизить как кратность перенапряжений, так и их частоту. Подключение RC-цепи и ОПН следует производить как можно ближе к защищаемому оборудованию.

Дата добавления: 2015-07-11