Учебное пособие: Электрооборудование станций и подстанций

Sт³

Предельная мощность каждого трансформатора СН должна быть не более 630 кВ×А.

При ТЭО допускается применение трансформатора 1000 кВ×А.

На всех 2-х трансформаторных подстанциях устанавливаются два трансформатора СН. Один трансформатор СН устанавливается на однотрансформаторных подстанциях 35…220 кВ с постоянным оперативным током без синхронных компенсаторов и воздушных выключателях с силовыми трансформаторами ТМ. Если на 1-ой трансформаторной подстанции установлен ВВ или трансформатор с системой охлаждения Д или ДЦ то предусматривается 2 трансформатора СН, один из которых присоединяется к местной сети 6…35 кВ. Для питания оперативных цепей подстанции может применяться переменный и постоянный ток. Постоянный оперативный ток применяется на всех подстанциях 330-750 кВ., на подстанциях 110…220 кВ с числом МВ-110 кВ или 220 кВ 3-х и более, на подстанциях 35…220 кВ с В.В.

Переменный оперативный ток применяется на подстанциях 35…220 кВ без выключателей на ВН. Возможно применение выпрямленного оперативного тока на подстанции 110 кВ с одним или двумя выключателями ВН.

Расчет токов КЗ

Для выбора электрооборудования аппаратов, шин, кабелей, токоограничивающих реакторов необходимо знать токи КЗ.

При этом достаточно уметь определить ток 3-х фазного КЗ в месте повреждения, а в некоторых случаях – распределение токов в ветвях схемы, непосредственно примыкающих к этому месту.

Расчет токов 3-х фазного КЗ выполняются в следующем порядке:

-  для рассматриваемой установки составляют схему;

-  по расчетной схеме составляют электрическую схему замещения;

-  путем постепенного преобразования приводят схему замещения к простому виду так, чтобы каждый источник питания или группа источников с регулирующей ЭДС были связаны с точкой КЗ одним сопротивлением Х результирующая (Х рез.);

-  определяют начальное значение периодической составляющей тока КЗ (Iпо), затем ударный ток КЗ (iу) и при необходимости - периодическую и апериодическую составляющие тока КЗ для заданного момента времени t.

Расчетная схема – это однолинейная схема электроустановки с указанием тех элементов и их параметров, которые влияют на значение тока КЗ и поэтому должны учитываться при выполнении расчетов. Расчетная схема эл. установки должна отражать нормальный режим работы. На ней намечаются точки КЗ – так, чтобы аппараты и проводники попадали в наиболее тяжелые условия работы. Исключением являются аппараты в цепи присоединений с реактором, выбираемые по току КЗ за реактором.

По расчетной схеме составляют схему замещения, заменяя электромагнитные связи электрическими. Источники вводят в схему замещения как ЭДС и сопротивления, остальные элементы – как сопротивления. Расчет токов КЗ можно вести как в именованных, так и в относительных единицах. В электроустановках до 1000 В обычно производят расчет в именованных единицах.

В электроустановках напряжением выше 1000 В принято все сопротивления короткозамкнутой цепи приводить к базисным условиям и выражать в относительных единицах. Базисную мощность (удобно 100 или 1000 МВ×А). За базисное принимается среднеэксплуатационное напряжение (Uср.) той ступени, на которой предполагается КЗ, согласно следующей шкале: 0,4; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 37; 115; 154; 230; 340; 515; 770 кВ.

Для каждой точки КЗ будут свои базисные напряжения и ток.

Для синхронных компенсаторов и генераторов

X*г=X¢¢d,

где X¢¢d – относительное сверхпереходное сопротивление по продольной оси, определяемое по справочникам;

Sном. – номинальная мощность генератора.

Для 2-х обмоточных генераторов

Х*Т=,

где Uк – напряжение КЗ%, определяемое по справочникам или паспортным данным.

Для 3-х обмоточных трансформаторов или АТ напряжение КЗ, приведенное к номинальной мощности трансформатора или АТ, даны для каждой пары обмоток: Uк вв-н, Uк в-с, Uк с-н%.

Схема замещения таких трансформаторов приведена на рис.6.2.

Относительное сопротивление лучей схемы, приведенных к базисным условиям можно определить по формулам:

Х*в=

Х*с=

Х*н=

Двухобмоточные трансформаторы с 2-мя или 3-мя расщепленными обмотками, вводят в схему замещения как индуктивные сопротивления (рис. 6.3) приведенные к базисным условиям. Сопротивления Хв и Хн схемы замещения определяют по уравнениям (40, 61) Рыжкова Л.Д., Козулин В.С. “Эл. оборудование станций и подстанций”. Если известно напряжение Uк в-н для 3-х фазного трансформатора с расщепленными обмотками, то Хв-н=

Для группы из однофазных трансформаторов с обмоткой НН, разделенной на 2-е ветви Хв=0, Хн1=Хн2=2Хв-н, а с обмоткой разделенной на три ветви:

Хв=0, Хн1=Хн2=3Хв-н.

Если же в каталоге на трансформаторы заданы напряжения Uк в-н и U’кн1-н2(последнее отнесено к номинальной мощности расщепленной обмотки Sном.н1=Sномн2=0,5Sном.), то

 ;

Хн1 = Хн2 = Х’н1 – Х’н1-н2; Хв = Хвн – 0,5Хн1-н2.

ВЛ и КЛ характеризуются удельными значениями индуктивных сопротивлений и емкостей проводимости, зависящими от номинального напряжения и конструкции линии передачи.

При проектировании можно использовать среднее значение удельных сопротивлений (Худ.) и проводимостей (Gуд.)

Таблица 4.Примерные сопротивления линий

Линии напряжением до 220 кВ включительно и 330 кВ-750 кВ длиной менее 150 км. входят в схему замещения как индуктивное сопротивление, относительное значение которого

,

где L – длина линии в км.

При большей длине линии напряжением 330 кВ и выше необходимо учитывать емкостную проходимость и применять П-образную или Т-образную схему замещения.

Для расчета токов КЗ на электрических станциях, необходимо располагать данными, характеризующими энергосистему.

Система может быть задана:

1.  Известна схема системы и параметры ее элементов – генераторов, трансформаторов, линий и др. Составляют полную схему замещения и ток КЗ от системы рассчитывают также, как и ток проектируемой установки.

2.  Известны суммарная мощность системы Sс ном. и результирующее сопротивление всех элементов системы Хс до некоторой точки, к которой присоединяют проектируемую установку. Находят относительное базисное сопротивление системы Х*с, ЭДС системы принимают постоянной, равной среднему эксплуатационному напряжению в узле присоединения. При расчетах в относительных единицах Е*с=1.

3.  Задано действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ от системы Iпс (в килоамперах) или так называемая мощность КЗ S”с (в МВ×А). В этом случае относительное сопротивление до заданной точки определяют как

;

4.  Известен тип выключателя, установленного или намечаемого к установке в данном узле энергосистемы. Считается, что ток трехфазного КЗ в этой точке равен номинальному току отключения выключателя Iоткл.ном.

Определяем ток КЗ в узле Iст. от станции, тогда максимально допустимый ток от системы может быть определен как Iоткл.- Iст. и относительное сопротивление системы

Х*с =

Сопротивления элементов схемы, приведенные к базисным условиям, наносятся на схему замещения. Для этого каждый элемент в схеме замещения обозначают дробью: в числителе ставят порядковый номер элемента, а в знаменателе – значение относительного индуктивного сопротивления.

Теперь необходимо определить результирующее сопротивление ХРЕЗ цепи КЗ для данной точки КЗ путем постепенного преобразования схемы.

Возможны следующие преобразования схемы:

Замена неполных сопротивлений, соединенных последовательно, эквивалентным

Замена нескольких сопротивлений, соединенных параллельно эквивалентным:

.

Соединение звездой с относительным сопротивлением лучей Х*1, Х*2, Х*3, может быть заменено эквивалентным соединением в треугольник по формулам:

Соединение звездой с относительным сопротивлением лучей Х*1, Х*2, Х*3, может быть заменено соединением в треугольник.

При преобразовании треугольника относительных сопротивлений в эквивалентную звезду пользуются допущениями:

Если принять ЭДС источников питания одинаковыми, то в схеме точки «m» и «n» будут равнопотенциальными.

При совмещении равнопотенциальных точек сопротивления одноименных элементов складываются как параллельные, и получают новую схему.

В результате преобразований схему приводят к одному из видов, удобных для расчета токов КЗ с учетом индивидуального изменений в отдельных лучах.

Обычно схему сводят к 2-3 лучам, выделяя в отдельные лучи разнотипные генераторы или однотипные генераторы с различной удаленностью относительно точки КЗ. Например, генераторы одной станции подсоединяют к РУ разных напряжений.

Результирующая сопротивления каждой схемы определяется по формулам:

·  для схемы а)

·  для схемы

б)

·  для схемы

в)

При разнотипных источниках можно вычислить результирующую ЭДС:

·  для схемы а,б)

·  для схемы в)

На схемах (б,в) приведены простейшие случаи питания точки КЗ от источников разнотипных или разноудаленных. Здесь источники непосредственно связаны с местом повреждения, поэтому ток КЗ можно определить отдельно от каждого источника! Ток в точке КЗ равен сумме токов от источников.

Для схемы (а) уже нельзя рассчитывать тока КЗ от каждого источника в отдельности, так как токи протекают в место повреждения через общее сопротивление Х*3. Необходимо эту схему преобразовать в n-лучевую так, чтобы результирующее сопротивление и токи распределения в лучах остались неизменными.

Для схемы (а) находим коэффициент распределения по лучам:

 или  

При этом должно выполняться равенство  Затем находят результирующее сопротивление лучей:

и таким образом приводят схему (а) к виду схемы (б).

Выбор конструкции РУ на подстанциях ВН, СН, НН

РУ называется электроустановка, предназначенная для приема и распределения электрической энергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства защиты, автоматики и измерений. На станциях и подстанциях обычно имеется РУ нескольких ступеней напряжения, связанные через трансформатор или АТ.

Существует два основных вида РУ – открытые и закрытые.

Закрытыми РУ называются РУ, оборудование которого расположено в здании. ЗРУ в основном применяются на напряжение 3…20 кВ. В электроустановках больших напряжений (35…220 кВ) применяются только при ограниченности площадей для РУ, при повышенной загрязненности атмосферы, вблизи морского побережья и в условиях Крайнего Севера.

Открытыми РУ (ОРУ) называется РУ, все или основное оборудование расположено на открытом воздухе. ОРУ применяется на напряжение 35…750 кВ, так как при этих напряжениях ОРУ обладает существенным преимуществом по сравнению с ЗРУ:

·  меньше объем строительных работ, существенная экономия строительных материалов (сталь, бетон);

·  меньшие капитальные затраты, сроки сооружения, опасность распространения повреждений (вследствие больших расстояний между аппаратами смежных частей);

·  хорошая обозреваемость;

·  удобство расширения и простота замены оборудования другим, даже с большими габаритами, а также возможность быстрого демонтажа и монтажа оборудования.

При напряжении выше 1000 В РУ должны быть оборудованы стационарными заземленными ножами (ЗН), которые обеспечивают заземление аппарата и остановки без использования переносных заземлений.

Ножи окрашиваются в черный цвет, а рукоятки их проводов – в красный цвет.

Разъединители 3 кВ и выше устанавливаются с одним или двумя стационарными заземляющими ножами (ЗН) сблокированными с основными ножами.

Электрические соединения в ОРУ должны выполняться, как правило, из алюминиевых или сталеалюминиевых проводов, полос, труб и шин продольного сечения из А и АС сплавов электротехнического назначения.

Сетчатые ограждения токоведущих частей и электрооборудования должны иметь высоту для ОРУ и открыто установленных трансформаторов 2 или 1,6 метра, а для ЗРУ и трансформаторо установленных внутри здания - 1,9 м; размер ячеек сетки не более 25х25 мм. Должно быть предусмотрено устройство запирания ОРУ на замок.

В РУ содержится большое число электрических аппаратов и проводников. Выбор и расчет токоведущих частей аппаратов и проводников любой электроустановки, от которой в значительной степени зависит надежность ее работы.

При выборе токоведущих частей необходимо выполнить ряд требований, вытекающих из условия работы.

Аппараты и проводники должны:

1.  Длительно проводить рабочие токи без чрезмерного повышения t0C;

2.  Противостоять кратковременному электродинамическому и термическому действию тока КЗ;

3.  Выдерживать механические нагрузки, создаваемые собственной массой связанных с ним аппаратов, а также усилий возникающих в результате атмосферных воздействий (ветра, гололеда).

4.  Удовлетворять требованиям экономичности электроустановки.

При работе электроустановки происходит нагрев электрических проводников, аппаратов, что является следствием потерь мощности в них. Составляющими этих потерь являются:

1.   Потери в токоведущих частях, обмотках, контактах;

2.  Потери от вихревых токов в металлических частях особенно ферромагнитных;

3.  Потери в магнитопроводах трансформаторов и электромагнитах;

4.   Потери в диэлектриках.

Рассматривая вопрос о допустимых температурах аппаратов и проводников, необходимо определить понятие о наблюдаемых температурах о температурах в наиболее нагретых точках аппаратов (машин).

Под наблюдаемыми температурами понимают температуры, найденные простым измерением. Они на 5…150С отличаются от температур в наиболее нагретых точках. Принято нормировать наблюдаемые температуры поскольку это удобно для практического использования (табл.5.)

Таблица 5. «Допустимые (наблюдаемые) температуры для аппаратов и проводников при длительной работе» (ГОСТ 7024-69)

В основу нормирования положены максимальные допустимые температуры в наиболее нагретых точках.

Уо = 0,6 руб/кВт×час –среднее значение удельного ущерба от недоотпуска эл. энергии.

Выбор и проверка электрических аппаратов подстанций

А) Выбор выключателей.

Выключатель является основным коммутационным аппаратом и служит для отключения и включения цепей в различных режимах работы.

Наиболее ответственной операцией является отключение токов КЗ и включения на существующие КЗ.

Выключатели должны надежно отключать любые токи:

·  нормального режима и КЗ, а также малые индуктированные токи и емкостные токи без появления при этом опасных коммутационных предохранителей.

Для сохранения устойчивой работы системы отключения КЗ должно производится как можно быстрее;

·  выключатель должен быть приспособлен для быстродействующей АПВ.

·  Конструкция выключателя должна быть простой, удобной для эксплуатации и транспортировки, он должен обладать высокой работоспособностью, взрыво и пожаробезопасностью.

ГОСТ 687-78 дает основные параметры выключателя:

1.  Номинальное напряжение,UНОМ.

2.  Номинальный ток, IНОМ.

3.  Номинальный ток отключения IОТКЛ. – наибольший ток КЗ (действующее значение периодической составляющей), который выключатель способен отключить при напряжении, равном наибольшему рабочему, при заданных условиях восстановленное напряжение и заданном цикле операций. Цикл операций зависит от того, предназначены ли выключателя для АПВ. Выключатели без АПВ должны выдерживать цикл О-180с-ВО-180с-ВО.

Выключатель предназначенный для однократного или 2-х кратного АПВ имеет циклы О-tб-ВО-15 мин-0- tб-ВО; О-tб-ВО-180с –ВО.

Здесь О- операция отключения;

ВО – операция включения и немедленного отключения;

tб – время бестоковой паузы при АПВ, с.

4.  Номинальное процентное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения в соответствии с ГОСТ 687-78

Время t от начала КЗ до расхождения контактов выключателя определяется из выражения:

t=tЗMIN + tС.В.

где tЗMIN – минимальное время действия релейной защиты, принимается равным 0,001 с;

tС.В – собственное время отключения выключателя по каталогу.

5.  Действующее значение периодической составляющей IДИН и амплитудные значения полного тока IMДИН, которые характеризуют электродинамическую стойкость выключателя. Эти токи выключатель выдерживает во включенном положении без повреждений, препятствующих его дальнейшей работе.

6.  Ток термической стойкости IТ – и время действия тока термической стойкости tТ.

7.  Номинальный ток включателя IВКЛ – наибольший ток КЗ, который выключатель способен включить без сваривания контактов и других повреждений. В каталоге задают действующее значение периодической составляющей IВКЛ и амплитудное значение полного тока IMВКЛ. Выключатели конструируют так, что IВКЛ³ IОТК.

8.  Время действия выключателя:

Собственное время отключения tС.В – промежуток времени от подачи команды на отключение до расхождения контактов выключателя;

·  Время отключения tО.В – промежуток времени от подачи команды на отключение до погасания дуги во всех фазах;

·  Время включения выключатели tВ.В – промежуток времени от подачи команды на включение до возникновения тока в цепи.

9.   Параметры восстанавливающего напряжения.

По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают следующие типы выключателей:

·  масляные объемные;

·  масляные малообъемные;

·  воздушные;

·  электромагнитные;

·  элегазовые;

·  автогазовые;

·  вакуумные.

К особой группе относятся выключатели нагрузки, рассчитанные на отключение токов нормального режима.

Выбор выключателей производят по следующим параметрам:

·  по напряжению электроустановки - UУСТ£UНОМ;

·  по длительному току IРАБ.Н£IНОМ; IРАБ.Н£IНОМ;

Проверка на электродинамическую стойкость выполняется по условиям IП0£IДИН; IУ£IМ.ДИН, где IП0 и IУ – расчетные значения периодической составляющей тока КЗ и ударного тока в цепи, для которой выбирается выключатель.

Выбрав выключатель по рассматриваемым параметрам, а следовательно, зная tС.В. находим t и для этого момента времени определяют периодическую (IПt) и апериодическую (IАt) составляющие тока КЗ.

Далее проверяют выключатель на ток отключения (IПt )£ (IОТК) и на возможность отключения апериодической составляющей (iАt). Определяют процентное содержание (iАt) в токе :

и проверяют выполнение условия b£bНОМ

Если условие (IПt )£ (IОТК) выполняется, а b>bНОМ (велика доля апериодического тока), то в соответствии с ГОСТ 687-78 допускается выбирать выключатель по полному току:

При выборе выключателей по включающей способности достаточно, чтобы были выполнены условия

IП0£IВКЛ; iУ£IМ.ВКЛ.

На термическую стойкость выключатель проверяют по расчетному импульсу квадратичного тока КЗ и найденным в каталоге значениям It и tt:

Расчетным видом КЗ для проверки на электродинамическую и термическую стойкость является 3х фазное КЗ.

В РУ генераторного напряжения электростанций находят применение масляные малообъемные выключатели при токах отключения до 100 кА.

В цепях мощных блоков устанавливают воздушные выключатели воздушные выключатели.В РУСН станций, подстанций 6…10 кВ находят применение малогабаритные масляные малообъемные выключатели. В сетях напряжение 110 кВ могут быть установлены масляные малообъемные, воздушные выключатели. Чем выше напряжение, тем больше оказывается преимуществ у воздушных выключателей, а в электроустановках напряжением 330 кВ и выше применяются только воздушные выключатели. Перспективным является применение элегазовых выключателей в элегазовых РУ на все напряжения.

Выбор выключателей рекомендуется производить в табличной форме.

Номинальный ток отключения выключателя IОТКЛ дан в (ГОСТ687-78) для допустимого значения восстанавливающегося напряжения.

Переходное восстанавливающееся напряжение (ПВН) – это напряжение появляющееся на контактах полюса выключателя после погасания в нем электрической дуги.

Процесс восстановления напряжения может быть апериодическим, одно, двух и многочастотным.

ГОСТ 687-78 нормирует для выключателей характеристики восстанавливающего напряжения. Они заданы в виде граничных линий, определяющих допустимые пределы изменения восстанавливающего напряжения в месте установки выключателя, и линий запаздывания, учитывающих процесс запаздывания процесса восстановления электрической прочности дугового промежутка, свойственное прежде всего воздушным выключателям.

Характеристики ПВН нормированы для токов отключения, составляющих 100, 60 и 30% номинального.

,

где Кпг – коэффициент первого гасящего полюса (нормированное отношение возвращающегося напряжения на первом гасящем полюсе выключателя к наибольшему фазному рабочему напряжению), принимается равным 1,5;

Ка – коэффициент превышения амплитуды, значение Ка нормированы в зависимости от тока отключения: Ка100 = 1,4; Ка60=Ка30=1,5.

Линия запаздывания располагается параллельно линии ПВН в начальном участке и определена параметрами U’=UC/3, ta=0.15t3. Дополнительными параметрами является допустимая скорость восстановления напряжения (СВН), которая определяется как UН=UC/t3. Значения параметров t3 и UН даны в таблице 6.

Таблица 6.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5