Отчет Тпст

В комплект ФБ для ТП переменного тока помимо упомянутых выше блоков общего применения входят блоки шкафов управления РУ – 27,5 кВ, ячейка ввода 27,5 кВ, ячейка фидера КС 27,5 кВ, ячейка запасного выключателя 27,5 кВ, ячейка ДПР 27,5 кВ, ячейка трансформатора напряжения ТН 27,5 кВ, ячейка секционного разъединителя 27,5 кВ, ячейка компенсирующего устройства 27,5 кВ, блок конденсаторов компенсирующего устройства 27,5 кВ.

Монтаж оборудования.

Технология строительства и монтажа подстанции в модульном варианте существенно проще традиционной технологии: основная задача при этом — выгрузка модулей с железнодорожных платформ и установка их на постоянных основаниях. Фундаментами для установки модулей являются бетонные блоки, положенные на насыпь или гравий, или отработавшие свой срок шпально-рельсовые пути на щебеночном основании. Модули, как правило, располагаются в две нити параллельно подъездному железнодорожному пути. На самостоятельном фундаменте устанавливаются камеры реакторов отсоса, понижающие и тяговые трансформаторы.

Модули между собой и с отдельно стоящим оборудованием соединяются шинопроводами с гибкими компенсаторами в необходимых местах. Прокладка кабелей вне модулей осуществляется в наземных лотках или в лотках, устанавливаемых под модулями. Все это позволяет обеспечить пусковую готовность за 15-20 дней.

Внешний вид блочно-модульной подстанции приведен на рисунок 11.

Рис. 11. Внешний вид блочно-модульной подстанции

9. Расположение оборудования на плане подстанции.

Рассмотрим расположение оборудования на территории тяговой подстанции переменного тока (рис. 12).

11

Рис. 12 Расположение оборудования на территории тяговой подстанции переменного тока.

10.Оперативныепереключенияспомощьюкомпьютернойпрограммы.

Вданнойпрограммемогутпроизводятсяоперативныепереключенияв

РУ – 3,3 кВ, РУ – 10 кВ, РУ – 27,5 кВ, РУ – 110 кВ. Эта программа включает в себя организационные и техническиемероприятия.

Технические: оперативныепереключения, проверкаотсутствиянапряжения, наложение

заземления, вывешиваниеплакатов безопасности. Организационные: выдача наряда, допуск к работе.

По компьютерной программе «Оперативные переключения» выполнили работу по подготовке рабочего места для ревизии ВВ фидера №1 27,5 кВ с переводом питания данного фидера через запасной выключатель.

Для этого необходимо:

1.произвести необходимые отключения и принять меры, препятствующие подаче напряжения на место работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;

2.вывесить запрещающие плакаты на приводах ручного и на ключах (кнопках) дистанционного управления коммутационной аппаратурой;

3.проверить отсутствие напряжения на отключенных токоведущих частях;

4.заземлить отключенные токоведущие части включением заземляющих ножей и наложением переносных заземлений;

5.вывесить предупреждающие, предписывающие и указательные плакаты;

6.оградить, при необходимости, рабочие места и оставшиеся под напряжением токоведущие части, в ОРУ установить веревочное ограждение и проход к месту работы.

Перечисленные операции, кроме наложения переносных заземлений, может выполнять единолично допускающий на одном присоединении в устройствах выше 1000В, оборудованных блокировкой.

При отсутствии или неисправности блокировки все переключения выполняются в два лица по бланку переключений. В графе наряда «Отдельные указания» должна быть запись «Блокировка отсутствует (неисправна)».

12

Тема2: Исследованиепроцессовкороткогозамыканиявсистеме электроснабженияпостоянноготока.

Цельработы:

Исследование процесса КЗ на стороне выпрямленного напряжения тяговой подстанции постоянного тока и влияния параметров цепи КЗ на процессКЗ.

Порядоквыполненияработы:

1. На основании заданной электрической схемы тяговой подстанции постоянного тока (рис.13) составитьсхемузамещениядляцепиКЗвточкеКЗ.

Рис. 13 Упрощенная электрическая схема подстанции постоянного тока.

13

Схема должна содержать источник питания выпрямленного напряжения Ud0, внутреннее сопротивление подстанции рп/ст, сопротивление фидерной линии Rф, активное сопротивление и индуктивность сглаживающего реактора Rcp и Lcp, сопротивление отсасывающей линии RОTC, а также сопротивление контактной сети RKC и LKC и рельсов Rp и Lp. Все эти элементы представить на схеме замещения.

2.Упростить схему замещения, сложив последовательно включенные сопротивления рп/с,Rф, ROTC, Rcp в одно результирующее сопротивление. Сопротивление контактной сети и рельсов при этом не учитываем, т.к. КЗ происходитнепосредственноуподстанции.

3.Для полученной схемы, состоящей из Ud0, L и R по второму закону Кирхгофа составить математическую модель процесса iK(t).

4.Решить полученную математическую модель (ОДУ) различными методами - аналитическими (непосредственным интегрированием, операторным и классическим методами), численными (методом Эйлера и Рунге-Кутта 4-го порядка), а также виртуальным физическим моделированием (с помощью программного пакета Electronics Workbench).

5.По задаваемым преподавателем числовым значениям параметров получить зависимость iK(t), представив результат в числовом и графическом виде.

6.Рассмотреть влияние R и L цепи КЗ на процесс КЗ.

7.Рассмотреть процесс отключения КЗ быстродействующим выключателем постоянноготока.

Выполнениеработы 1. Общиеположения

Различные процессы, в том числе и короткие замыкания, можно исследовать различными способами:

1.натурным экспериментом;

2.с помощью физическоймодели;

3.путем математического моделирования.

Внастоящее время, в силу многих преимуществ в подавляющем большинстве случаев используется математическое моделирование. С его помощью будем исследовать поставленную задачу - процесс КЗ на стороне выпрямленного напряжениятяговойподстанции.

Как известно, математическое моделирование включает всебядва основных этапа: 1. получение(составление) математическоймодели; 2. решение полученнойматематическоймодели.

Реализуемэтиэтапыприменительнокпоставленнойзадаче.

2.Получениематематическоймодели

2.1Наоснованиизаданнойсхемы(рис.13), составляемсхемузамещения(рис. 14).

2.2 Упростим схему замещения, сложив последовательно включенные сопротивления , , , в одно результирующее сопротивление. Сопротивление контактной сети и рельсов при этом

не учитываем, т.к. КЗ происходит непосредственно у подстанции (рис. 15).

3. Составление математической модели процесса iK(t).

Для полученной схемы, состоящей из , и , по второму закону Кирхгофа составляем уравнение с целью определения . По второму закону Кирхгофа имеем:

Получили математическую модель, представляющую собой обыкновенное дифференциальное уравнение (ОДУ), т.к. в него входит производная искомой функции . Таким образом, 1-й

этап математического моделирования выполнен. Далее приступаем ко 2-му этапу — решению полученного ОДУ.

14

4. Решение полученной математическоймодели

Как известно, решить дифференциальное уравнение — значит найти такую функцию , которая тождественно удовлетворяет этому уравнению. Для решениядифференциальногоуравнения можноиспользоватьразличныеспособы:

1.непосредственное интегрирование;

2.операторный метод;

3.классический метод;

4.численные методы;

5. виртуальное физическое моделирование (с помощью программы схемотехнического моделирования — например Electronics Workbench).

Рассмотрим решение полученной математической модели с помощью всех этих методов, начавсначаласаналитическихметодов(1, 2, 3 способы).

4.1 Непосредственное интегрирование ПолученноеОДУсразделяющимисяпеременными, поэтому разделяемпеременные:

;

;

.

Проинтегрируем левую и правую части полученного уравнения после разделения переменных:

;	(K — постоянная интегрирования)

Потенцируя полученное уравнение, получим:

15

.

Найдем постоянную интегрирования К, используя начальные условия. Примем, что при , . Тогда из

имеем: .

В результате получаем:

;

;

, где— постоянная интегрирования.

4.2 Операторный метод Как известно из ТОЭ, суть операторного метода заключается в том, что дифференциальное

уравнение преобразуется в алгебраическое уравнение, которое решить можно относительно просто.

Для этого вводится новая переменная (оператор)		и искомая функция		является уже
функцией этого оператора, т.е.:		откуда получаем:
		.
Заметим, что функция	называется оригиналом, а		— изображением, т.е.

, где знак называют знаком соответствия.

Для перехода от изображения к оригиналу используется обратное преобразование Лапласа, Однако в литературе (например в ТОЭ и др.) уже приводятся таблицы большого числа

изображений и функций. Так, из таблицы для изображения

имеем оригинал

, где — постоянная времени цепи. Тогда окончательно получаем :

.

т.е. полученное решение аналогично выше приведенному.

4.3 Классический метод Запишем выше полученное ОДУ в виде:

.

В соответствии с классическим методом решение ОДУ представляется в виде суммы двух составляющих:

16

где — вынужденная составляющая искомой функции (так называемое частное решение исходного уравнения, получаемое при приравнивании производной к нулю), т.е.

;

— свободная составляющая искомой функции (так называемое общее решение однородного дифференциального уравнения, получаемого при приравнивании правой части нулю, т.е. .

В этом случае получаем , где k — постоянная интегрирования. Вынужденная составляющая определяется воздействующей функцией, т.е. напряжением

источника питания, и представляет собой ток в установившемся режиме цепи .

Свободная составляющая физически характеризует процесс в электрической цепи, в которой отсутствует внешнее воздействие (т.е. источник питания отключен). Протекающий при этом ток обусловлен магнитной энергией, запасенной в индуктивности цепи и носит затухающий

экспоненциальный характер	или
Таким образом, решение ОДУ будет иметь вид:

;

Постоянную интегрирования найдем из начальных условий — при, .

В этом случае , откуда имеем: ; в результате получаем выражение для тока КЗ:

.

т.е. решение аналогично выше полученным.

Прежде чем рассмотреть оставшиеся другие методы (4-й и 5-й), дадим качественную и количественную оценку полученному аналитическими методами выражению для тока КЗ:

Как видно из выражения для тока КЗ,	характер	определяется множителем	.
Используя математический пакет Mathcad,	рассмотрим	характер изменения функций	и

. Значения t примем равными 0, , , , , .

По полученным значениям построен график функций и (рис.16), из которого качественно видно, что ток КЗ в цепях постоянного тока изменяется по возрастающей экспоненте. Кстати, из приводимой там же таблицы значений функцийи видно,

что при t=(3-^5)x значения этих функций близки к 0

или 1

. В связи с этим, как

это принято в ТОЭ, длительность переходного процесса, которым также является ток КЗ, равна

.

17

t :=	0 ,0 + 0.05 .. 5
y1(t) := e−t		y2(t) := 1 − e−t		t	T
					τ
		y2(t)	=
y1(t)	=			Рис. 16 График функций		и
		0
	1	0.049
	0.951	0.095
	0.905	0.139
	0.861	0.181
	0.819	0.221	0.8					0.8
	0.779	0.259
	0.741	0.295
	0.705	0.33
	0.67	0.362	0.6					0.6
	0.638	0.393
	0.607	0.423	y1(t)					y2(t)
	0.577	0.451
	0.549	0.478	0.4					0.4
	0.522	0.503
	0.497	0.528
	0.472	0.551
	0.449	0.573	0.2					0.2
	0.427	0.593
	0.407	0.613
	0.387	0.632
	0.368	0.65	0					0
	0.35	0.667
			0	1	2	3	4	5
	0.333	0.683
						t
	0.317	0.699
	0.301

4.4 Численные методы.

Численные методы решения ОДУ основаны на конечных разностях, т.е. на замене дифференциалов конечными разностями.

Простейшим численным методом решения ОДУ является метод Эйлера. Суть его состоит в том, что на интервале t истинный ход интегральной кривой заменяется отрезком касательной в k-ой точке значения тока ik . В этом случае значение тока в k+1 точке ik+1 будет равно: ik+1 = ik + ik. В свою очередьнетрудно показать, что ik / t = tgα = dik /dt, т.е. ik = t( dik /dt).

В результате получаем:

ik + l= ik+ t (dik/dt)

Это и есть формула численного метода Эйлера для решения ОДУ. Погрешность численного метода Эйлера может быть уменьшена за счет уменьшения шага t.

Используя данную формулу и математический пакет Mathcad, можно рассчитать значения и построить график зависимости ik (t).

Для повышения точности решения ОДУ математический пакет Mathcad предлагает использовать метод Рунге-Кутта 4-го порядка в виде функции rkfixed (v, xl, x2, n, D). Решение происходит на интервале xl, х2 при фиксированном числе шагов п, причем правая часть уравнения записана вD, а начальныеусловия — В V.

18

Можно использовать также функцию Odesolve (x, b, steps), причем само уравнение записано в блоке Given, а начальные условия заданы в конце интервала интегрирования b.

Численный метод Эйлера для расчета токов КЗ (рис. 17)

k := 0.. 40				t := 0.01					tk := k t			i0 := 0
U := 3600				R := 0.1395					L := 0.011
i	:= i		+	t (U − R ik)
				L
k+1		k
								.	4
								3 10
			0
	0		0					2.5 .104
	1		3.273·103
	2		6.13·103
	3		8.626·103					2 .104
	4		1.08·104
	5		1.271·104
	6		1.437·104					1.5 .104
	7		1.582·104			ik
i =	8		1.709·104
	9		1.819·104					.	4
			4
	10							1 10
			1.916·10
	11		2·104
	12		2.074·104
	13		2.138·104					5000
	14		2.194·104
	15		2.243·104
	16		2.286·104						0
									0			0.1		0.2		0.3		0.4
	17		2.323·104
														t k
	18		2.356·104
	19		2.384·104								Рис.17 Зависимость тока КЗ от времени.
	20		2.409·104

Численный метод Рунге-Кутта 4-ого порядка (рис. 17)

U := 3600	R := 0.14	L := 0.008	i0 := 0
D(t,i) :=	U − R i	I := rkfixed(0,0,0.4,100,D)		n := 0.. 99
	L

4.5Решение дифференциальных уравнений с помощью Функции Оdesolve (в MATHCAD нет средств символьного решения дифференциальных уравнений)

Однако несмотря на то, что аналитическое выражение для этой функции не выводится, с ней можно выполнять математические преобразования, например, дифференцировать, умножать, делить и т.д.

Решение ОДУ дляполучения зависимости тока КЗ ik (t) приведенынарисунке 18.

19

Рис. 18 Решение дифференциального уравнения с помощью Функции Оdesolve

Для получения зависимости тока КЗ ik(t) с помощью виртуального физического моделирования используем программный пакет Electronics Workbench. Для этого составляем схему, аналогичную приведенной на рисунке 14, и задаем значение напряжения на шинах выпрямленногонапряженияподстанции, активногосопротивленияииндуктивности.

Результатытакогомоделированияпредставленынарисунке19 и20.2.

Рис. 19 Моделирование в Electronics Workbench.

20