Основы использования программного комплекса ETAP для расчета режимных параметров и токов короткого замыкания электроэнергетической системы

Лабораторные работы

По курсу

 

 «РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ»

 

 

Москва            Издательство МЭИ               2020

Содержание

Назначение и краткая характеристика. 3

Содержание работы.. 3

Исходные данные. 3

Задание на составление предварительного отчета. 8

Методические указания к составлению предварительного отчета. 8

Задание на работу в лаборатории. 8

Задание на составление исполнительного отчета. 9

Методические указания к выполнению лабораторной работы.. 9

К п.1 задания на работу в лаборатории. 9

К п.2 задания на работу в лаборатории. 15

Power Grid (электроэнергетическая система) 15

Transmission Line (линия электропередач) 17

2-Winding Transformer (двухобмоточный трансформатор) 21

3-Winding Transformer (трехобмоточный трансформатор) 26

Cable (кабель) 29

Synchronous Generator (синхронный генератор) 32

Induction Machine (асинхронный двигатель) 36

Static Load (статическая нагрузка) 38

К п.3 задания на работу в лаборатории. 40

Расчет нормального режима. 40

Расчет ТКЗ. 40

Контрольные вопросы.. 44

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ETAP ДЛЯ РАСЧЕТА РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Назначение и краткая характеристика

Работа включает в себя расчетную и экспериментальную части, нацеленные на обучение пользователей произведению расчетов токов короткого замыкания (далее ТКЗ) с использованием модуля Short-Circuit Analysis программного комплекса ETAP, закрепления знаний по расчетам ТКЗ с упором на учет различных влияющих фактором, таких как подпитка КЗ от асинхронных машин.

Содержание работы

1. Выполнение предварительного отчета к лабораторной работе.

2. Расчет токов КЗ по ГОСТ, используя модуль Short-Circuit Analysis ПК ETAP.

Исходные данные

Система:

Вариант	, кВ	, МВА			, с
I	110	552,52	2,9	1,49	0,045
II	220	2210,10	5,8	2,98	0,045
III	110	1657,57	8,7	5,96	0,045
IV	220	4420,19	11,6	4,47	0,045

ВЛ:

Вариант	Марка	Опора	l, км
I	AC 150/24	У 110–1	200
II	AC 150/24	ПБ 110–5	150
III	AC 240/32	У 220–3	50
IV	AC 240/32	П 220–3	100

Генератор:

Вариант	Тип	, кВ	МВт		КПД, %						, с
I	ТВФ-100-2	10,5	100	0,8	98,4	0,191	0,278	1,92	0,167	0,097	6,5
II	ТВС-32-2УЗ	10,5	32	0,8	98,3	0,153	0,260	2,648	0,187	0,074	10,4
III	ТЗВ-110-2	10,5	110	0,8	98,4	0,189	0,271	2,040	0,230	0,106	6,7
IV	ТВФ-63-2	10,5	63	0,8	98,3	0,139	0,224	2,20	0,22	0,092	8,7

Повышающий трансформатор:

Вариант	Тип	, МВА	, кВ	, кВ	, %	, %	, кВт	, кВт	Схема соединения обмоток
I	ТДЦ-160000/110-У1	160	121	10,5	11,0	0,35	65	450	Yн/D-11
II	ТДЦ-80000/220-У1	80	242	10,5	11,0	0,30	60	280	Yн/D-11
III	ТДЦ-160000/110-У1	160	121	10,5	11,0	0,35	65	450	Yн/D-11
IV	ТДЦ-125000/110-У1	125	242	10,5	11,0	0,55	90	380	Yн/D-11

Трансформатор собственных нужд:

Вариант	Тип	, МВА	, кВ	, кВ	, %	, %	, кВт	, кВт	РПН	Схема соединения обмоток
I	ТРДНС-32000/15-У1	32	10,5	6,3	12,7	0,6	24,5	145	± 8 х 1,5%	D/D-D-0-0
II	ТРДНС-25000/15-У1	25	10,5	6,3	10,5	0,3	20,0	115	± 8 х 1,5%	D/D-D-0-0
III	ТРДНС-32000/15-У1	32	10,5	6,3	12,7	0,6	24,5	145	± 8 х 1,5%	D/D-D-0-0
IV	ТРДНС-25000/15-У1	25	10,5	6,3	10,5	0,3	20,0	115	± 8 х 1,5%	D/D-D-0-0

 

Вариант	Тип	, %	, %	, %	, %	, %	, %	, %
I	ТРДНС-32000/15-У1	12,7	23	40	13,80	11,86	24,46	21,22
II	ТРДНС-25000/15-У1	10,5	19	30	11,45	9,80	20,24	17,28
III	ТРДНС-32000/15-У1	12,7	23	40	13,80	11,86	24,46	21,22
IV	ТРДНС-25000/15-У1	10,5	19	30	11,45	9,80	20,24	17,28

Резервный трансформатор собственных нужд:

Вариант	Тип	, МВА	, кВ	, кВ	, %	, %	, кВт	, кВт	РПН	Схема соединения обмоток
I	ТРДН-32000/110-У1	32	115	6,3	10,5	0,28	25,0	160	± 9 х 1,78%	Yн/D-D-11-11
II	ТРДН-25000/220-У1	25	230	6,6	11,5	0,20	22,0	120	± 12 х 1,00%	Yн/D-D-11-11
III	ТРДН-32000/110-У1	32	115	6,3	10,5	0,28	25,0	160	± 9 х 1,78%	Yн/D-D-11-11
IV	ТРДН-25000/220-У1	25	230	6,6	11,5	0,20	22,0	120	± 12 х 1,00%	Yн/D-D-11-11

 

Вариант	Тип	, %	, %	, %	, %	, %	, %	, %
I	ТРДН-32000/110-У1	10,5	19,5	30	11,2	10,2	20,4	19,2
II	ТРДН-25000/220-У1	11,5	21,0	28,0	12,0	11,0	21,0	19,0
III	ТРДН-32000/110-У1	10,5	19,5	30	11,2	10,2	20,4	19,2
IV	ТРДН-25000/220-У1	11,5	21,0	28,0	12,0	11,0	21,0	19,0

 

 

Асинхронный двигатель:

Вариант	Тип	, кВ	, кВт	, А	КПД, %
I	ДАЗО4-450Y-6МУ1	6	630	75	94,7	0,85	6,5
II	ДАЗО4-400Y-4МУ1	6	500	58,5	94,8	0,87	7
III	ДАЗО4-450Y-4МУ1	6	800	92	95	0,88	7
IV	ДАЗО4-400Y-6МУ1	6	400	48	94,2	0,85	6,5

Понижающий трансформатор:

Вариант	Тип	, МВА	, кВ	, кВ	, %	, %	, кВт	, кВт	Схема соединения обмоток
I	ТМГ-1600/6-У1	1,60	6	0,4	6,0	0,16	1,50	19,0	D/Yн -11
II	ТМГ-630/6-У1	0,63	6	0,4	5,5	0,3	0,83	7,8	D/Yн -11
III	ТМГ-1600/6-У1	1,60	6	0,4	6,0	0,16	1,50	19,0	D/Yн -11
IV	ТМГ-1000/6-У1	1,00	6	0,4	5,5	0,21	1,15	10,8	D/Yн -11

Кабели:

Вариант	l, м	S, мм^2
I	200	95	0,9		0,0778
II	300	120	1,0		0,00024
III	350	150	1,18		0,0002
IV	400	185	1,25		0,00016

Нагрузка:

Вариант	, МВт	, МВт	, кВт	, кВт
I	5,0	3,15	730	600
II	0,8	1,5	150	200
III	5,5	4	580	750
IV	1,8	2,8	200	520

 

Рисунок 1 – Схема электрической станции

Задание на составление предварительного отчета

1. Привести схему сети и исходные данные;

2. Привести схему замещения и промежуточные расчеты для параметров схемы замещения;

3. Произвести расчет ТКЗ в максимальном и минимальном режимах в точках К1, К2, К2’, К3 (смотри рисунок 1) в соответствии с вариантом задания и с учетом положения РПН, где К2’ – точка короткого замыкания при питании от резервного трансформатора собственных нужд;

4. Заполнить таблицу с расчетами ТКЗ:

Таблица 1 – Расчет ТКЗ

Точка КЗ	Рассматриваемый режим	Вид КЗ	Значение тока КЗ, кА

Примечание: в схеме замещения учитываются только индуктивные составляющие комплексного сопротивления.

Методические указания к составлению предварительного отчета

Рекомендации по составлению схемы замещения и расчету ТКЗ приводится в следующих трудах:

1. Небрат И.Л., Полесицкая Т.П. Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты: учебное пособие. – СПб.: ПЭИПК, 2008.

2. Руководящие указания по релейной защите. – Вып. 11: Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110 – 750 кВ. – М.: Энергия, 1979.

Задание на работу в лаборатории

1. В соответствии с рисунком 1 собрать схему в ПК ETAP;

2. В соответствии с заданным вариантом задать параметры элементов схемы;

3. Произвести расчёт ТКЗ в ПК ETAP и сформировать комплексный отчет;

4. Сравнить результаты, полученные при расчете ТКЗ в ETAP, с полученными при теоретическом расчете при составлении предварительного отчета и сделать заключение.

Задание на составление исполнительного отчета

Исполнительный отчет должен включать:

1. Титульный лист;

2. Предварительный отчет;

3. Скриншот схемы сети в ПК Etap;

4. Скриншоты, отражающие ход выполнения работы в лаборатории, в том числе скриншоты заполненных полей настроек оборудования в соответствии с вариантом;

5. Отчеты ТКЗ, сформированные в ПК Etap;

6. Сводная таблица расчетными ТКЗ и полученными в ПК Etap:

Таблица 2 – Сводная таблица ТКЗ

Точка КЗ	Рассматриваемый режим	Вид КЗ	Значение тока КЗ (расчетное), кА	Значение тока КЗ (Etap), кА	Погрешность

7. Вывод.

Cable (кабель)

Рисунок 22 – Cableвкладка Info

1. Длина кабеля и допуск;

2. Выбор готового кабеля из библеотеки ETAP;

3. Тип подключения: трехфазное/однофазное;

4. Эквивалентное число проводников, приходящихся на одну фазу;

Рисунок 23 – Cableвкладка Physical

5. Состав и порядок слоев кабеля (проводник, изоляция, экран, броня и т.п.);

6. Настройки слоев и их физических параметров;

7. Масса кабеля;

Рисунок 24 – Cableвкладка Impedance

8. Выбор способа задания параметров сопротивления кабеля библиотека/расчетный/ручной;

9.  Параметры сопротивления кабеля прямой и нулевой последовательности;

10. Базовые минимальная и максимальная температуры кабеля.

Расчет нормального режима

Для расчета нормального режима необходимо перейти во вкладку Load Flow (п.1). Далее необходимо зайти в Study Case (п.2) и задать необходимые параметры расчета режима, а также выбрать решатель, величину шага и количество итераций (п.3). В п.6 выбрать величины и их единицы измерения, которые будут отображены на схеме, нажать на п.4 для расчета режима и в случае необходимости сформировать отчет п.5.

Рисунок 33 – Load Flow

Расчет ТКЗ

Short Circuit

Для анализа ТКЗ в Etap имеется модуль Short Circuit (п.1). Для настроек необходимо перейти в Study Case (п.2), выбрать шины на которых возникает КЗ. Во вкладке Standart необходимо выбрать стандарт, по которому будет производиться расчет ТКЗ, наиболее приближенным к стандартам РФ является стандарт ANSI. Далее необходимо выбрать в каком режиме максимальном – п.4 или минимальном п.5 будет производиться расчет ТКЗ. Для формирования отчета необходимо перейти в п.6.

Рисунок 34 – Short Circuit

В п.7 выбираются отчеты, отображающие перетоки по ветвям при соответствующем КЗ на выбранных шинах (LG – Line to Ground, LL – Line to Line, LLG -–Line to Line to Ground, последний отчет отвечает за трехфазные КЗ). Во вкладке Summary (п.8) можно выбрать отчет, отображающий величину тока КЗ на поврежденной шине. В п.9 выбирается формат отчета.

Рисунок 35 – Short Circuit формирование отчета

StarZ

В StarZ (п.1) также можно производить анализ ТКЗ, но данный модуль больше предназначен для анализа релейной защиты, в том числе дистанционной защиты. Также данный модуль позволят производить анализ в течении времени и выводить графики.

В Study Case (п.2) выполняются базовые настройки:

3. Задание шага и максимальное количество итераций для симуляции защиты;

4. Выбор места КЗ;

5. Выбор вида КЗ;

6. Задание шага и максимальное количество итераций решателя ТКЗ;

7. Выбор режима.

В п.8 отображается характеристика устройства, в том числе характеристики дистанционной защиты и сопротивления объектов. Нажав на п.9 запускается расчетный модуль. В п.10 можно построить график для заданных настроек. В п.11 отображается последовательность срабатывания защит и работа выключателей. В п.12 можно сформировать отчет.

Рисунок 36 – StarZ

Рисунок 37 – StarZ Study Case

Контрольные вопросы

1. Какие изменения вносит в тематическое исследование Short-Circuit Analysis выбор в области настройки Transformer Tap положения Adjust Base kV?

a. Только в этом случае производится предварительный расчет параметров установившегося режима, предшествующий непосредственному расчету аварийного режима с целью вычисления напряжений ступеней по номинальным отпайкам;

b. только в этом случае производится предварительный расчет параметров установившегося режима, предшествующий непосредственному расчету аварийного режима с целью вычисления напряжений ступеней с учетом положения/-ий РПН или/и фиксированных отпаек;

c. в расчете учитываются положения отпаек трансформаторов (как фиксированных, так и РПН) c целью вычисления по данным значениям напряжений ступеней и сопротивлений трансформаторов как проходных многополюсников (если необходимо);

2. С какой целью в окнах задания параметров многих элементов имеются области настройки допусков по различным параметром (длине, температуре, напряжению короткого замыкания на выводах и т.д.)?

a. Учет возможных отклонений в сторону утяжеления в расчетах как продолжительного нагрузочного, так и аварийного режимов;

b. учет возможных отклонений в сторону утяжеления в расчетах только аварийного режима;

c. гибкая подстройка параметров элементов в зависимости от условий расчета аварийного режима, утяжеление в продолжительном нагрузочном режиме работы.

3. Чем определяется индуктивное сверхпереходное сопротивление асинхронного двигателя в режиме КЗ и его ЭДС?

4. От чего зависит влияние асинхронного электродвигателя на ток в месте КЗ в начальный момент времени? Как учитываются в расчетной схеме асинхронные электродвигатели в момент КЗ?

5. Чем определяется сверхпереходное сопротивление асинхронного двигателя и почему?

6. В каких режимах отстраивается ток срабатывания отсечек без выдержки времени защит нулевой последовательности параллельных линий?

7. Возможна ли циркуляция токов нулевой последовательности на ступени СН при КЗ на ВН и почему (схема сети в лабораторной работе)?

8. Чем определяется соотношение значений токов КЗ К(1)и К(1,1) в одной и той же точке сети?

9. Какое значение тока КЗ используется для расчета уставок устройств релейной защиты? Как учитываются влияющие факторы, такие как: апериодическая составляющая тока и переходное сопротивление?

 

Лабораторные работы

По курсу

 

 «РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ»

 

 

Москва            Издательство МЭИ               2020

Содержание

Назначение и краткая характеристика. 3

Содержание работы.. 3

Исходные данные. 3

Задание на составление предварительного отчета. 8

Методические указания к составлению предварительного отчета. 8

Задание на работу в лаборатории. 8

Задание на составление исполнительного отчета. 9

Методические указания к выполнению лабораторной работы.. 9

К п.1 задания на работу в лаборатории. 9

К п.2 задания на работу в лаборатории. 15

Power Grid (электроэнергетическая система) 15

Transmission Line (линия электропередач) 17

2-Winding Transformer (двухобмоточный трансформатор) 21

3-Winding Transformer (трехобмоточный трансформатор) 26

Cable (кабель) 29

Synchronous Generator (синхронный генератор) 32

Induction Machine (асинхронный двигатель) 36

Static Load (статическая нагрузка) 38

К п.3 задания на работу в лаборатории. 40

Расчет нормального режима. 40

Расчет ТКЗ. 40

Контрольные вопросы.. 44

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ETAP ДЛЯ РАСЧЕТА РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ