POLITECHNIKA WROCŁAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY Instytut Energoelektryki	Soroko Jacek	Rok studiów V Studia dzienne Semestr IX Rok Akademicki 2010/2011
LABORATORIUM PRACY SYSTEMÓW ELEKTROENERGETYCZNYCH
Data wykonania ćwiczenia 04.11.2010	Numer ćwiczenia: 5	Temat: Ograniczanie mocy zwarciowej w sieci elektroenergetycznej
Data oddania ćwiczenia: .

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest nabycie umiejętności stosowania metod ograniczania mocy zwarciowej w sieci elektroenergetycznej.

Opis ćwiczenia

Ograniczanie mocy zwarciowej stosuje się, aby aparatura łączeniowa w stacjach elektroenergetycznych była stanie wytrzymać przepływ prądu zwarciowego (przewody, łączniki itp.) i spowodować jego przerwanie (wyłączniki).

Ograniczanie mocy zwarciowej jest tożsame z ograniczaniem prądów zwarciowych. Uzyskujemy to stosując 3 najważniejsze sposoby:

• Ograniczanie mocy zwarciowej poprzez odpowiednie sekcjonowanie sieci.

W stacjach elektroenergetycznych stosuje się sekcjonowanie 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, zwiększenia impedancji obwodu zwarciowego i tym samym do zmniejszenia prądu zwarciowego początkowego i mocy zwarciowej. Generatory, transformatory i linie zasilające podłącza się do oddzielnych sekcji lub systemów szyn zbiorczych i w ten sposób rozcina się ich połączenia równoległe. Jednak sekcjonowanie sieci zmniejsza elastyczność i niezawodność przesyłu energii elektrycznej.

• Ograniczanie mocy zwarciowej poprzez wprowadzanie dodatkowych impedancji do obwodu zwarciowego.

1. Współcześnie w Polsce stosuje się transformatory 110 kV średnie napięcie o napięciu zwarcia podwyższonym do 18 % (produkcji ABB-Elta), co ogranicza prąd zwarciowy po wtórnej stronie transformatora. Zaleca się stosowanie takich transformatorów zamiast stosowania dławików zwarciowych. Transformatory o normalnej konstrukcji mają napięcie zwarcia 1112 %.

2. Odpowiednie wybranie napięć zwarcia dla poszczególnych par uzwojeń transformatora 3-uzwojeniowego. W transformatorze 3-uzwojeniowym najmniejszą reaktancją 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 współczynnik udziału w prądzie zwarciowym.

3. Moc zwarciowa na szynach średniego napięcia (6,3 22 kV) może być ograniczona przez zwiększenie impedancji na skutek podziału wtórnego uzwojenia średniego napięcia transformatora na dwa uzwojenia, każde o połowie mocy znamionowej uzwojenia pierwotnego. Dla polskich transformatorów napięcia zwarcia dla kolejnych par uzwojeń wynoszą 18/18/34 %.

4. Prąd zwarciowy jest ograniczany przez dławiki zwarciowe. Dławiki liniowe na napięcie 630 kV mają napięcie zwarcia najczęściej 4 %. Dławiki, instalowane między sekcjami szyn zbiorczych w stacjach, mają napięcie zwarcia 610 % . Reaktancja dławika, wyrażona w Ω, jest określona wzorem

,

gdzie

U_ND - napięcie znamionowe dławika,

- moc zwarciowa na szynach przed dławikiem (od strony zasilania),

- moc zwarciowa za dławikiem, tj. ograniczona tak, że <

• Ograniczanie mocy zwarciowej w sieci średniego i niskiego napięcia poprzez szybkie odłączanie obwodu zwartego

Szybkie odłączanie obwodu zwarciowego do zasilania umożliwiają bezpieczniki i ograniczniki prądu zwarciowego. Bezpieczniki przerywają prąd zwarciowy przed wystąpieniem prądu udarowego. Ograniczniki są w istocie bezpiecznikami, w których przerwanie obwodu zwarciowego następuje przez ładunek wybuchowy sterowany elektronicznie.

Dane wejściowe

function [wezly,gal,trafo,gen,Unk]=cw5dat

% Parametry w omach:

%

wezly ={

% naz_wezla Un_kV S"kdop,MV.A

'wezel 1 ' [ 110.00 3000];

'wezel 2 ' [ 110.00 3000];

'wezel 3 ' [ 110.00 3000];

'wezel 4 ' [ 110.00 3000];

'wezel 5 ' [ 110.00 2000];

'wezel 6 ' [ 30.00 200];

'wezel 9 ' [ 10.00 200];

'wezel 10' [ 10.00 500];

'wezel 11' [ 10.00 500];

'wezel 12' [ 10.00 700];

'wezel 13' [ 10.00 700];

'wezel 14' [ 220.00 20000];

};

Unk = 110; % wybrany poziom napiecia w kV do obliczania impedancji

%%

% Parametry linii w omach przeliczone na napiecie Unk dla skladowych 1

gal={

% wp1 wk1 R1,om X1,om

'wezel 1 ' 'wezel 2 ' [ 21.8000 87.2000 ];

'wezel 1 ' 'wezel 2 ' [ 21.8000 87.2000 ];

'wezel 2 ' 'wezel 3 ' [ 45.6000 91.2000 ];

'wezel 2 ' 'wezel 3 ' [ 45.6000 91.2000 ];

'wezel 3 ' 'wezel 5 ' [ 18.800 75.2000 ];

'wezel 3 ' 'wezel 5 ' [ 18.800 75.2000 ];

'wezel 5 ' 'wezel 4 ' [ 30.6000 61.2000 ];

'wezel 5 ' 'wezel 4 ' [ 30.6000 61.2000 ];

'wezel 3 ' 'wezel 4 ' [ 13.300 53.2000 ];

'wezel 3 ' 'wezel 4 ' [ 13.300 53.2000 ];

'wezel 1 ' 'wezel 4 ' [ 14.300 57.2000 ];

'wezel 1 ' 'wezel 4 ' [ 14.300 57.2000 ];

};

% Parametry transf. w omach przeliczone na napiecie Unk dla skladowej 1

trafo={

% wp1 wk1 R1,om X1,om

'wezel 2 ' 'wezel 10' [ 0.7806 26.7269 ];

'wezel 2 ' 'wezel 11' [ 0.7806 26.7269 ];

'wezel 3 ' 'wezel 12' [ 0.7947 25.1361 ];

'wezel 3 ' 'wezel 13' [ 0.7947 25.1361 ];

'wezel 5 ' 'wezel 6 ' [ 2.0062 67.2222 ];

'wezel 5 ' 'wezel 6 ' [ 2.0062 67.2222 ];

'wezel 14' 'wezel 4 ' [ 0.1565 7.1260 ];

'wezel 14' 'wezel 4 ' [ 0.1565 7.1260 ];

'wezel 1 ' 'wezel 9 ' [ 2.7932 44.6644 ];

};

% Parametry gener. w omach przeliczone na napiecie Unk dla skladowej 1

gen={

% wk X1,om

'wezel 10' 55.89 ;

'wezel 11' 55.89 ;

'wezel 12' 31.33 ;

'wezel 13' 31.33 ;

'wezel 14' 0.8415

;

};

Return

Przebieg ćwiczenia

Wyniki symulacji bez ograniczeń mocy zwarciowej

Dane galeziowe sieci dla skl. 1 w omach

Wybrany poziom napiecia Unk = 110.0 kV

Od wezla Do wezla R1,om X1,om

wezel 1 wezel 2 21.8000 87.2000

wezel 1 wezel 2 21.8000 87.2000

wezel 2 wezel 3 45.6000 91.2000

wezel 2 wezel 3 45.6000 91.2000

wezel 3 wezel 5 18.8000 75.2000

wezel 3 wezel 5 18.8000 75.2000

wezel 5 wezel 4 30.6000 61.2000

wezel 5 wezel 4 30.6000 61.2000

wezel 3 wezel 4 13.3000 53.2000

wezel 3 wezel 4 13.3000 53.2000

wezel 1 wezel 4 14.3000 57.2000

wezel 1 wezel 4 14.3000 57.2000

wezel 2 wezel 10 0.7806 26.7269

wezel 2 wezel 11 0.7806 26.7269

wezel 3 wezel 12 0.7947 25.1361

wezel 3 wezel 13 0.7947 25.1361

wezel 5 wezel 6 2.0062 67.2222

wezel 5 wezel 6 2.0062 67.2222

wezel 14 wezel 4 0.1565 7.1260

wezel 14 wezel 4 0.1565 7.1260

wezel 1 wezel 9 2.7932 44.6644

zero wezel 10 0.0000 55.8900

zero wezel 11 0.0000 55.8900

zero wezel 12 0.0000 31.3300

zero wezel 13 0.0000 31.3300

zero wezel 14 0.0000 0.8415

Inwersja macierzy admitancyjnej zwarciowej Z1 = inv(Y1) - wykonana

Wyniki obliczen zwarciowych dla wezlow

============================================================================

Unk = 110.00 kV - wybrany poziom napiecia obliczen impedancji

Wezel Unk, kV Rkk1,om Xkk1,om Sk,MV.A S"kD,MV.A

wezel 1 110.00 4.4756 18.1756 711.0620 3000.000

wezel 2 110.00 3.4584 15.7707 824.3833 3000.000

wezel 3 110.00 1.8065 8.8090 1480.1461 3000.000

wezel 4 110.00 0.2538 2.8307 4683.3079 3000.000

wezel 5 110.00 3.4742 13.0572 985.0846 2000.000

wezel 6 30.00 1.8716 36.8754 360.4811 200.000

wezel 9 10.00 7.2688 62.8400 210.4050 200.000

wezel 10 10.00 1.8031 25.3294 524.1504 500.000

wezel 11 10.00 1.8031 25.3294 524.1504 500.000

wezel 12 10.00 0.7241 16.6760 797.3994 700.000

wezel 13 10.00 0.7241 16.6760 797.3994 700.000

wezel 14 220.00 0.0043 0.7067 18834.5528 20000.000

=============================================

Sekcjonowanie szyn w węźle W4

Dane galeziowe sieci dla skl. 1 w omach

Wybrany poziom napiecia Unk = 110.0 kV

Od wezla Do wezla R1,om X1,om

wezel 1 wezel 2 21.8000 87.2000

wezel 1 wezel 2 21.8000 87.2000

wezel 2 wezel 3 45.6000 91.2000

wezel 2 wezel 3 45.6000 91.2000

wezel 3 wezel 5 18.8000 75.2000

wezel 3 wezel 5 18.8000 75.2000

wezel 5 wezel 4 30.6000 61.2000

wezel 5 wezel 4a 30.6000 61.2000

wezel 3 wezel 4 13.3000 53.2000

wezel 3 wezel 4a 13.3000 53.2000

wezel 1 wezel 4 14.3000 57.2000

wezel 1 wezel 4a 14.3000 57.2000

wezel 2 wezel 10 0.7806 26.7269

wezel 2 wezel 11 0.7806 26.7269

wezel 3 wezel 12 0.7947 25.1361

wezel 3 wezel 3 0.7947 25.1361

wezel 5 wezel 6 2.0062 67.2222

wezel 5 wezel 6 2.0062 67.2222

wezel 14 wezel 4 0.1565 7.1260

wezel 14 wezel 4a 0.1565 7.1260

wezel 1 wezel 9 2.7932 44.6644

zero wezel 10 0.0000 55.8900

zero wezel 11 0.0000 55.8900

zero wezel 12 0.0000 31.3300

zero wezel 13 0.0000 31.3300

zero wezel 14 0.0000 0.8415

Inwersja macierzy admitancyjnej zwarciowej Z1 = inv(Y1) - wykonana

Wyniki obliczen zwarciowych dla wezlow

*********************************************************************

Unk = 110.00 kV - wybrany poziom napiecia obliczen impedancji

Wezel Unk, kV Rkk1,om Xkk1,om Sk,MV.A S"kD,MV.A

wezel 1 110.00 4.6215 19.0144 680.1938 3000.000

wezel 2 110.00 3.6787 15.1959 851.3049 3000.000

wezel 3 110.00 -1.3013 -14.0561 942.8863 3000.000

wezel 4 110.00 0.6024 5.7656 2296.0408 3000.000

wezel 5 110.00 3.3387 12.4602 1031.8059 2000.000

wezel 6 30.00 1.8378 36.7261 361.9593 200.000

wezel 9 10.00 7.4147 63.6788 207.6151 200.000

wezel 10 10.00 1.9089 25.0683 529.4166 500.000

wezel 11 10.00 1.9089 25.0683 529.4166 500.000

wezel 12 10.00 -0.0340 9.6142 1384.4059 700.000

wezel 13 10.00 0.0000 31.3300 424.8324 700.000

wezel 14 220.00 0.0114 0.7951 16737.6900 20000.000

wezel 4a 110.00 0.6024 5.7656 2296.0408 3000.000

=============================================

Przekroczone wartości dopuszczalne mocy zwarciowej w węźle W6, W9, W10, W11, W12

Sekcjonowanie szyn w węźle W3, W4

Dane galeziowe sieci dla skl. 1 w omach

Wybrany poziom napiecia Unk = 110.0 kV

Od wezla Do wezla R1,om X1,om

wezel 1 wezel 2 21.8000 87.2000

wezel 1 wezel 2 21.8000 87.2000

wezel 2 wezel 3 45.6000 91.2000

wezel 2 wezel 3a 45.6000 91.2000

wezel 3a wezel 5 18.8000 75.2000

wezel 3a wezel 5 18.8000 75.2000

wezel 5 wezel 4 30.6000 61.2000

wezel 5 wezel 4a 30.6000 61.2000

wezel 3 wezel 4 13.3000 53.2000

wezel 3a wezel 4a 13.3000 53.2000

wezel 1 wezel 4 14.3000 57.2000

wezel 1 wezel 4a 14.3000 57.2000

wezel 2 wezel 10 0.7806 26.7269

wezel 2 wezel 11 0.7806 26.7269

wezel 3 wezel 12 0.7947 25.1361

wezel 3 wezel 3a 0.7947 25.1361

wezel 5 wezel 6 2.0062 67.2222

wezel 5 wezel 6 2.0062 67.2222

wezel 14 wezel 4 0.1565 7.1260

wezel 14 wezel 4a 0.1565 7.1260

wezel 1 wezel 9 2.7932 44.6644

zero wezel 10 0.0000 55.8900

zero wezel 11 0.0000 55.8900

zero wezel 12 0.0000 31.3300

zero wezel 13 0.0000 31.3300

zero wezel 14 0.0000 0.8415

Inwersja macierzy admitancyjnej zwarciowej Z1 = inv(Y1) - wykonana

Wyniki obliczen zwarciowych dla wezlow

*********************************************************************

Unk = 110.00 kV - wybrany poziom napiecia obliczen impedancji

Wezel Unk, kV Rkk1,om Xkk1,om Sk,MV.A S"kD,MV.A

wezel 1 110.00 4.4879 19.4846 665.6738 3000.000

wezel 2 110.00 3.1652 16.8030 778.4312 3000.000

wezel 3 110.00 2.3944 16.0948 817.9727 3000.000

wezel 4 110.00 0.4514 6.3316 2096.8468 3000.000

wezel 5 110.00 3.3341 13.8350 935.2805 2000.000

wezel 6 30.00 1.8366 37.0698 358.6121 200.000

wezel 9 10.00 7.2811 64.1490 206.1619 200.000

wezel 10 10.00 1.6601 25.7991 514.8437 500.000

wezel 11 10.00 1.6601 25.7991 514.8437 500.000

wezel 12 10.00 0.8419 18.9228 702.6905 700.000

wezel 13 10.00 0.0000 31.3300 424.8324 700.000

wezel 14 220.00 0.0056 0.8145 16341.5660 20000.000

wezel 4a 110.00 0.4553 6.3438 2092.7430 3000.000

wezel 3a 110.00 3.0463 14.9806 870.6651 3000.000

=============================================

Przekroczone wartości dopuszczalne mocy zwarciowej w węźle W6, W9, W10, W11, W12

Sekcjonowanie szyn w węźle W2, W3, W4

Dane galeziowe sieci dla skl. 1 w omach

Wybrany poziom napiecia Unk = 110.0 kV

Od wezla Do wezla R1,om X1,om

wezel 1 wezel 2 21.8000 87.2000

wezel 1 wezel 2a 21.8000 87.2000

wezel 2 wezel 3 45.6000 91.2000

wezel 2a wezel 3a 45.6000 91.2000

wezel 3a wezel 5 18.8000 75.2000

wezel 3a wezel 5 18.8000 75.2000

wezel 5 wezel 4 30.6000 61.2000

wezel 5 wezel 4a 30.6000 61.2000

wezel 3 wezel 4 13.3000 53.2000

wezel 3a wezel 4a 13.3000 53.2000

wezel 1 wezel 4 14.3000 57.2000

wezel 1 wezel 4a 14.3000 57.2000

wezel 2a wezel 10 0.7806 26.7269

wezel 2 wezel 11 0.7806 26.7269

wezel 3 wezel 12 0.7947 25.1361

wezel 3 wezel 3a 0.7947 25.1361

wezel 5 wezel 6 2.0062 67.2222

wezel 5 wezel 6 2.0062 67.2222

wezel 14 wezel 4 0.1565 7.1260

wezel 14 wezel 4a 0.1565 7.1260

wezel 1 wezel 9 2.7932 44.6644

zero wezel 10 0.0000 55.8900

zero wezel 11 0.0000 55.8900

zero wezel 12 0.0000 31.3300

zero wezel 13 0.0000 31.3300

zero wezel 14 0.0000 0.8415

Inwersja macierzy admitancyjnej zwarciowej Z1 = inv(Y1) - wykonana

Wyniki obliczen zwarciowych dla wezlow

*********************************************************************

Unk = 110.00 kV - wybrany poziom napiecia obliczen impedancji

Wezel Unk, kV Rkk1,om Xkk1,om Sk,MV.A S"kD,MV.A

wezel 1 110.00 4.8373 22.3891 581.0776 3000.000

wezel 2 110.00 6.5749 34.6844 377.0318 3000.000

wezel 3 110.00 2.2528 16.3977 804.1464 3000.000

wezel 4 110.00 0.4276 6.3989 2075.4086 3000.000

wezel 5 110.00 3.3161 13.8689 933.3883 2000.000

wezel 6 30.00 1.8321 37.0783 358.5323 200.000

wezel 9 10.00 7.6305 67.0535 197.2253 200.000

wezel 10 10.00 3.1224 33.9825 390.0292 500.000

wezel 11 10.00 3.0655 34.0098 389.7775 500.000

wezel 12 10.00 0.7957 19.0147 699.3718 700.000

wezel 13 10.00 0.0000 31.3300 424.8324 700.000

wezel 14 220.00 0.0047 0.8169 16293.5999 20000.000

wezel 4a 110.00 0.4326 6.4111 2071.3877 3000.000

wezel 3a 110.00 2.9494 15.2668 856.0003 3000.000

wezel 2a 110.00 6.6981 34.6224 377.4351 3000.000

=============================================

Przekroczone wartości dopuszczalne mocy zwarciowej w węźle W6

Sekcjonowanie szyn w węźle W2, W3, W4, W6

Dane galeziowe sieci dla skl. 1 w omach

Wybrany poziom napiecia Unk = 110.0 kV

Od wezla Do wezla R1,om X1,om

wezel 1 wezel 2 21.8000 87.2000

wezel 1 wezel 2a 21.8000 87.2000

wezel 2 wezel 3 45.6000 91.2000

wezel 2a wezel 3a 45.6000 91.2000

wezel 3a wezel 5 18.8000 75.2000

wezel 3a wezel 5 18.8000 75.2000

wezel 5 wezel 4 30.6000 61.2000

wezel 5 wezel 4a 30.6000 61.2000

wezel 3 wezel 4 13.3000 53.2000

wezel 3a wezel 4a 13.3000 53.2000

wezel 1 wezel 4 14.3000 57.2000

wezel 1 wezel 4a 14.3000 57.2000

wezel 2a wezel 10 0.7806 26.7269

wezel 2 wezel 11 0.7806 26.7269

wezel 3 wezel 12 0.7947 25.1361

wezel 3 wezel 3a 0.7947 25.1361

wezel 5 wezel 6 2.0062 67.2222

wezel 5 wezel 6a 2.0062 67.2222

wezel 14 wezel 4 0.1565 7.1260

wezel 14 wezel 4a 0.1565 7.1260

wezel 1 wezel 9 2.7932 44.6644

zero wezel 10 0.0000 55.8900

zero wezel 11 0.0000 55.8900

zero wezel 12 0.0000 31.3300

zero wezel 13 0.0000 31.3300

zero wezel 14 0.0000 0.8415

Inwersja macierzy admitancyjnej zwarciowej Z1 = inv(Y1) - wykonana

Wyniki obliczen zwarciowych dla wezlow

*********************************************************************

Unk = 110.00 kV - wybrany poziom napiecia obliczen impedancji

Wezel Unk, kV Rkk1,om Xkk1,om Sk,MV.A S"kD,MV.A

wezel 1 110.00 4.8218 22.4696 579.1713 3000.000

wezel 2 110.00 6.5647 34.7260 376.6162 3000.000

wezel 3 110.00 2.2831 16.5238 797.9230 3000.000

wezel 4 110.00 0.4102 6.4895 2046.9116 3000.000

wezel 5 110.00 6.6495 19.5161 645.5593 2000.000

wezel 6 30.00 8.6557 86.7383 152.6918 200.000

wezel 9 10.00 7.6150 67.1340 196.9970 200.000

wezel 10 10.00 3.1148 34.0171 389.6442 500.000

wezel 11 10.00 3.0605 34.0287 389.5675 500.000

wezel 12 10.00 0.8039 19.0538 697.9275 700.000

wezel 13 10.00 0.0000 31.3300 424.8324 700.000

wezel 14 220.00 0.0039 0.8204 16223.3917 20000.000

wezel 4a 110.00 0.4148 6.5161 2038.5139 3000.000

wezel 3a 110.00 3.0553 15.6060 836.9863 3000.000

wezel 2a 110.00 6.6829 34.6982 376.6707 3000.000

wezel 6a 30.00 8.6557 86.7383 152.6918 200.000

=============================================

Spełnione są warunki dopuszczalnej mocy zwarciowej

Rys.1. Schemat spełniający warunki ograniczenia mocy zwarciowej

Wnioski

Analizując wariant podstawowy, można zauważyć, że w 7 węzłach wartość dopuszczalnej mocy zwarciowej została przekroczona.

W celu ograniczenia mocy zwarciowej w węźle W4 zastosowano sekcjonowanie szyn. Do nowej szyny W4a podłączono linię L8, L10, L12 oraz transformator T8. Taka konfiguracja spowodowała że węźle W4, W13 dopuszczalna moc zwarciowa została ograniczona.

W celu ograniczenia mocy zwarciowej w pozostałych węzłach zastosowano sekcjonowanie szyn w węźle W3. Do nowej szyny W3a podłączono linię L5, L6, L9, L4 oraz transformator T4. Sekcjonowanie tej szyny zmniejszyło moc zwarciową w niektórych węzłach lecz nie spełniło warunków dopuszczalnej mocy zwarciowej.

Do ograniczenia mocy w pozostałych węzłach zastosowano jeszcze sekcjonowanie dwóch szyn w węzłach W2 i W6. Do nowo powstałej szyny W2a podłączono linię L2, L4 oraz transformator T10. Do szyny W6a podłączono transformator T6. Taka konfiguracja systemu pozwoliła zmniejszyć wartości mocy zwarciowych oraz spełnienie warunku ograniczenia mocy zwarciowej.