Короткое замыкание в энергосистеме#
В данном уроке приведено описание простых шагов по моделированию короткого замыкания (КЗ) в трёхфазной одномашинной энергосистеме.
В данном уроке рассматривается задача, в которой осуществляется моделирование КЗ в энергосистеме с номинальным напряжением 220 [кВ]. Данный энергорайон включает в себя трёхфазный источник напряжения, ЛЭП и нагрузку. В результате расчета требуется определить ударное значение тока в фазе A после возникновения КЗ.
1. Создание и настройка проекта#
Для начала требуется создать новый проект и присвоить ему название, например, КЗ в энергосистеме.
На следующем шаге нужно произвести следующие настройки (см. рис. 1 ниже):
Значение |
|
|---|---|
Отключить |
|
2. Время моделирования |
0.1 [с] |
3. Шаг интегрирования |
0.05 [мс] |
4. Шаг дискретизации |
0.05 [мс] |
Рис. 1 Настройка проекта#
Примечание
Отключаем параметр, чтобы была возможность устанавливать время моделирования < 1[с]
Важно
В REPEAT VISION десятичные числа задаются через точку.
Приступим к выполнению основных шагов по созданию цепи, открыв библиотеку Электроника.
2. Создание трёхфазного источника напряжения#
Добавим блок №1 нашей цепи, для этого перенесем на рабочую область блок Трёхфазный источник напряжения.
Примечание
Этот блок представляет собой эквивалент энергосистемы, питающей данный энергорайон.
В свойствах блока №1 укажем (см. рис. 2 ниже):
Свойство |
Значение |
|---|---|
1. Номинальное линейное напряжение источника |
230000 [В] |
2. Внутреннее сопротивление фазы источника |
1 [Ом] |
3. Внутренняя индуктивность фазы источника |
Рис. 2 Свойства блока №1#
3. Создание ЛЭП 220 [кВ]#
Для моделирования ЛЭП 220 [кВ], которая предназначена для передачи электрической энергии и мощности к нагрузке, переносим блок №2 Трёхфазное последовательное сопротивление на рабочую область, зададим ему следующие свойства, а затем размещаем и соединяем блоки в соответствии с рис. 3 ниже.
Свойство |
Значение |
|---|---|
1. Используемые элементы |
RL |
2. Активное сопротивление фазы |
18.15 [Ом] |
3. Индуктивность фазы |
Рис. 3 Свойства блока №2 и его подключение в схему#
4. Добавление узлов#
Для возможности подключения нулевого потенциала источника напряжения и моделирования КЗ в конце линии добавим блок №3 Узел , для этого необходимо перенести одноимённый блок №3 на рабочую поверхность. Таких блоков нам понадобится 5, поэтому воспользуемся одним из способов их добавления:
Для этого необходимо перетащить блок №4 на рабочую область.
Для этого необходимо:
Выделить блок №3 ЛКМ;
Нажать сочетания кнопок
CTRL+CиCTRL+V.
Для блоков №3-6, которые подключаются к блокам №1 и №2 Трёхфазный источник напряжения иТрёхфазное последовательное сопротивление, необходимо указать значение свойства
Количество выходных портов- 2.Для блока №7, необходимого для создания КЗ, задаём значение свойства
Количество входных портов- 3 и поворачиваем его на 90⁰ против часовой стрелки.
Размещаем и соединяем блоки в соответствии с рис. 4:
Рис. 4 Свойства блоков №3-7 и их подключение в схему#
5. Создание нагрузки#
Для задания нагрузки со схемой соединения «звезда» на напряжении 220 [кВ] добавим блок №8 Трёхфазная последовательная нагрузка, соединённая звездой. Переносим одноимённый блок №8 на рабочую поверхность, в его свойствах укажем:
Значение |
|
|---|---|
1. Используемые элементы |
RL |
2. Номинальное линейное напряжение |
220e3 [В] |
3. Трехфазная активная мощность |
40e6 [Вт] |
4. Индуктивная мощность |
30e6 [ВАр] |
Затем размещаем и соединяем блок в соответствии с рис. 5:
Рис. 5 Свойства блока №8 и его подключение в схему#
6. Добавление нулевого потенциала#
Переносим одноимённый блок №9 Нулевой потенциал на рабочую область для заземления нулевых выводов источника напряжения и нагрузки на напряжении 220 [кВ], задания однофазного КЗ.
Нам понадобится три таких блока, для этого воспользуемся одним из способов, описанных выше.
Подключаем их к выходам блока №6, блока №8 и блока №7. Размещаем и соединяем блоки в соответствии с рис. 6:
Рис. 6 Присоединение блоков №9-11#
7. Добавление датчиков#
Для отображения сигналов напряжения фаз нагрузки и тока в линии добавим на рабочую область блоки №12-17 Датчик.
Блок - Трёхфазное последовательное сопротивление;
Параметр -
Ток фазы А, А.
Блок - Трёхфазное последовательное сопротивление;
Параметр -
Ток фазы B, А.
Блок - Трёхфазное последовательное сопротивление;
Параметр -
Ток фазы C, А.
Блок - Трёхфазная последовательная нагрузка, соединённая звездой;
Параметр -
Напряжение фазы А, В;Коэффициент усиления - 1e-3.
Блок - Трёхфазная последовательная нагрузка, соединённая звездой;
Параметр -
Напряжение фазы B, В;Коэффициент усиления - 1e-3.
Блок - Трёхфазная последовательная нагрузка, соединённая звездой;
Параметр -
Напряжение фазы C, В;Коэффициент усиления - 1e-3.
Примечание
Задание коэффициента усиления 1e-3 позволит получить на графиках напряжение в [кВ], что упростит восприятие результатов и ускорит их анализ.
Рис. 7 Свойства блоков №12-17#
Размещаем блоки в соответствии с рис. 8 :
Рис. 8 Подключение датчиков#
8. Добавляем графики для визуализации#
Переходим во вкладку
Визуализация(см. рис. 9 ниже);Добавляем два графика, дважды нажав на кнопку Добавить, расположенную в правом нижнем углу.
Рис. 9 Визуализация#
Затем необходимо выполнить по четыре шага для добавления каждого графика (см. рис. 10 ниже):
Добавляем один график для вывода сигнала блоков №12-14;
Добавим второй график для вывода сигнала блоков №15-17.
Рис. 10 Добавление графиков#
9. Моделирование однофазного КЗ#
Для моделирования однофазного КЗ необходимо добавить на рабочую область следующие блоки:
блок №18 Идеальный ключ для соединения токоведущих частей с землёй (при междуфазном КЗ – друг с другом);
блок №19 Постоянно-кусочная функция для управления блоком.
Выключим свойство Учёт демпферной цепи для блока №18 (см. рис. 11 ниже):
Примечание
С помощью изменения сопротивления ключа в замкнутом состоянии можно менять сопротивление в месте КЗ, что будет влиять на величину тока и напряжения при КЗ.
Рис. 11 Свойства блока №18#
Укажем следующие свойства для блока №19 (см. рис. 12 ниже):
Значение |
|
|---|---|
1. Вектор аргументов времени |
0; 0.04 [с] |
2. Вектор значений функции |
0; 1 |
3. Периодичность |
отключена |
Рис. 12 Свойства блока №19#
Расположите и соедините блок №18 и блок №19 в соответствии с рис. 13 для моделирования однофазного КЗ в фазе A :
Рис. 13 Присоединение блоков №18 и №19#
Запустите расчёт кнопкой «Запустить моделирование» 
Расчёт должен успешно завершиться следующим сообщением:
Расчет остановлен со стороны решателя. Достигнут лимит модельного времени.
На созданных ранее графиках теперь должны отобразиться результаты расчётов, которые приведены на рис. 14, рис. 15:
Рис. 14 График 1#
Рис. 15 График 2#
Примечание
Из полученных осциллограмм находим ударное значение тока в фазе A (максимальное мгновенное значение) при однофазном КЗ – 3853 [А].
10. Моделирование двухфазного КЗ#
Для моделирования двухфазного КЗ необходимо:
Подсказка
Для удобства отображения можно повернуть блок №21 на 90⁰ против часовой стрелки.
Также необходимо отключить связь с землёй (удалить связь между блоком №7 и блоком №10), т.к. в этом виде КЗ фазы замыкаются только друг на друга.
Расположите и соедините блок №20 и блок №21 в соответствии с рис. 16:
Рис. 16 Присоединение блоков №20 и №21#
Аналогично предыдущему пункту, запускаем моделирование. В визуализации появятся графики тока и напряжения в сети при двухфазном КЗ, которые приведены на рис. 17 и рис. 18:
Рис. 17 График 1 (двухфазное КЗ)#
Рис. 18 График 2 (двухфазное КЗ)#
Примечание
Из полученных осциллограмм находим значение ударного тока в фазе A при двухфазном КЗ – 3253 [А].
11. Моделирование трёхфазного КЗ#
Для моделирования трёхфазного КЗ необходимо:
Подсказка
Для удобства отображения можно повернуть блок №23 на 90⁰ против часовой стрелки.
Расположите и соедините блок №22 и блок №23 в соответствии с рис. 19:
Рис. 19 Присоединение блоков №22 и №23#
Аналогично пункту 9, запускаем моделирование. В визуализации появятся графики тока и напряжения в сети при трёхфазном КЗ, которые приведены на рис. 20 и рис. 21:
Рис. 20 График 1 (трёхфазное КЗ)#
Рис. 21 График 2 (трёхфазное КЗ)#
Примечание
Из полученных осциллограмм находим значение ударного тока в фазе A при трёхфазном КЗ – 3853 [А].
Подсказка
Для того, чтобы не загромождать схему, можно создать группу с блоками для моделирования КЗ. Для этого необходимо выполнить следующие шаги:
Выделить блоки №7, №10, №18, №20, №22 и блоки №19, №21, №23, зажав кнопку
SHIFT, предварительно соединив блоки №7 и №10, чтобы избежать создания лишних входных и выходных портов, рис. 22:
Рис. 22 Выделение блоков#
Рис. 23 Создание группы#
Полученную группу можно поворачивать для удобства, изменить имя (щёлкнув два раза по элементу
Группа [7]), а также добавить свойства (например, параметры блока Постоянно-кусочная функция и блока Идеальный ключ), рис. 24:
Рис. 24 Работа с группой#
Вы также можете попасть внутрь группы с помощью двойного щелчка ЛКМ, чтобы удалить/ добавить блоки/ связи между блоками.
12. Анализ результатов расчёта#
Результаты моделирования соответствуют теоретическим зависимостям – при КЗ в сети наблюдается кратное увеличение тока и снижение напряжения в повреждённой фазе. Значение ударного тока для фазы A при двухфазном КЗ оказалось меньше, чем при других видах КЗ, а напряжения повреждённых фаз равны между собой и не равны 0, что также соответствует теории.
13. Выводы#
В результате выполнения данного урока вы получили базовые знания для моделирования различных видов КЗ в энергосистеме. Вы научились:
задавать параметры блоков Трёхфазный источник напряжения; Трёхфазное последовательное сопротивление; Трёхфазная последовательная нагрузка, соединенная звездой; Идеальный ключ; Постоянно-кусочная функция;
использовать блок Постоянно-кусочная функция для управления блоком Идеальный ключ;
использовать блок Датчик для отображения сигналов блоков;
использовать блоки Идеальный ключ, Постоянно-кусочная функция, Узел, Нулевой потенциал для моделирования однофазного, двухфазного и трёхфазного КЗ.