ВКР Данилов16. Модернизация ячеек закрытого распределительного устройства напряжением 6 кВ

• Название: Модернизация ячеек закрытого распределительного устройства напряжением 6 кВ
• Дата: 02.03.2022
• Размер: 3.63 Mb.
• Имя файла: ВКР Данилов16.docx
• Тип: Документы; #379929
• страница: 3 из 6

2. Расчёт и выбор оборудования

2.1 Расчёт токов короткого замыкания

Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) выполняется для обоснования выбора оборудования подстанций и средств релейной защиты и автоматики. Из–за термического и электродинамического воздействия токов короткого замыкания возможны серьезные повреждения электрооборудования и проводников, ведущие к отказу основного оборудования электроустановок, авариям на электростанциях и подстанциях, а в худшем случае и к системным авариям.

Короткое замыкание, в основном, возникает вследствие нарушения изоляции токоведущих элементов в результате соприкосновения между собой. Вследствие замыкания может возникнуть электрическая дуга, которая может вызвать пожар, нарушить функционирование энергосистемы, привести к тяжелым системным авариям.

Схема замещения для расчета ток короткого замыкания составляется по расчетной схеме электрической сети. Все элементы сети заменяются соответствующими сопротивлениями и указываются ЭДС источников питания.

Расчётные условия энергосистемы:

1. 
   В максимальном режиме сопротивление энергосистемы минимально, то есть рассматривается режим когда ток трёхфазного короткого замыкания максимален.
   
2. 
   В минимальном режиме сопротивление энергосистемы максимально, то есть рассматривается режим когда ток трёхфазного короткого замыкания минимален.
   

Расчётные условия ПС 110/35/6кВ «ГПП–ФНТЗ» выбраны для минимального режима работы сети:

• 
  Сопротивление трансформатора Т–2 ПС 110/35/6кВ «ГПП–ФНТЗ» максимально, то есть рассматривается режим, когда он работает с максимальным высшим напряжением при установке РПН в крайнем «ПЛЮС» положении.
  

Производятся расчёт точки короткого замыкания К–1 на шинах 6 кВ ПС 110/35/6кВ «ГПП–ФНТЗ», точки К–2 на последней существующей опоре, точки К–3 на вводных шинах 6кВ подстанции НПСО и точки К–4 на трансформаторе подстанции НПСО. Принимается номинальное напряжение = 115 кВ для К–1, = 6,3 кВ для К–2, К–3, К–4.

Расчётная схема и схема замещения для расчета токов короткого замыкания точки К–1 представлены на Рисунке 1.

Рисунок 1 – Расчётная схема и схема замещения для расчета токов короткого замыкания точки К–1
Производим расчет точки короткого замыкания К–1.

Ток трехфазного короткого замыкания, на шинах 110 кВ ПС 110/35/6кВ «ГПП–ФНТЗ» взяты из данных АО «ЭСК ЧТПЗ» и составляют =12,400 кА, =4,800 кА. Технические данные трансформатора взяты из протокола оценки технического состояния приложение В.

Определяем сопротивление элементов схемы замещения:

Сопротивление системы определяется по формуле:

, (1)

где – сопротивление системы питания, Ом;

– среднее приведенное напряжение, кВ;

– ток трехфазного кроткого замыкания на шинах системы, кА.

,

.

Активное сопротивление трансформатора определяется по формуле:

, (2)

где – активное сопротивление, Ом;

– потери короткого замыкания, кВт;

– низшее напряжение трансформатора, кВт;

– номинальная мощность, мВА/

Параметры необходимые для расчета сопротивление:

=20 мВА; =137 кВт; = 115 кВт.

= .

Полное сопротивление трансформатора определяется по формуле:

, (3)

где – полное сопротивление, Ом;

– Напряжение короткого замыкания, %.

Параметры необходимые для расчета сопротивление:

=10,8%.

=

Индуктивное сопротивление трансформатора определяется по формуле:

, (4)

где – индуктивное сопротивление, Ом.

=71,271 .

Определяем результирующее сопротивление до места короткого замыкания К–1:

Полное результирующее сопротивление ( ) равно сопротивлению системы:

min = 13,832 Ом,

max = 5,354 Ом.

Реактивное результирующее сопротивление трансформатора определяется по формуле:

, (5)

где – реактивное результирующее сопротивление трансформатора, Ом.

min= ,

max= .

Активное результирующее сопротивление трансформатора равно активному сопротивлению трансформатора:

= 4,53 Ом

Полное результирующее сопротивление трансформатора определяется по формуле:

= , (6)

где – полное результирующее сопротивление трансформатора, Ом.

min= ,

max= = .

Определяем периодическую слагающую тока короткого замыкания на шинах 110 и 6 кВ.

Периодическая слагающая тока короткого замыкания определяется по формуле:

= , (7)

где – периодическая слагающая тока короткого замыкания, кА.

min = ,

max = .

Периодическая слагающая тока короткого замыкания трансформатора определяется по формуле:

= , (8)

где – периодическая слагающая тока короткого замыкания трансформатора, кА.

min = ,

max = .
Определяем мощность короткого замыкания К–1.

Мощность короткого замыкания определяется по формуле:

= , (9)

где – мощность короткого замыкания, кВА.

min = ,

max = .

Мощность короткого замыкания трансформатора определяется по формуле:

= , (10)

где – мощность короткого замыкания трансформатора, кВА

min = ,

max = .

Определяем приведенный ток короткого замыкания на стороне 6,6 кВ.

Приведенный ток короткого замыкания определяется по формуле:

= , (11)

где – приведенный ток короткого замыкания, кА.

min = ,

max = .

Расчётная схема и схема замещения для расчета токов короткого замыкания точек К–2, К–3, К–4 представлены на Рисунке 2.



Рисунок 2 – Расчётная схема и схема замещения для расчета токов короткого замыкания точки К–2,К–3,К–4

Производим расчет точки короткого замыкания К–2.

Определяем сопротивление элементов схемы замещения:

,

.

Первая часть линии проложена кабелем ААБл 3х240 протяжённостью 0,225 км с реактивным сопротивлением 0,071 Ом/км и активным сопротивлением 0,12 Ом/км.

Реактивное сопротивление линии определяется по формуле:

(12)

где – реактивное сопротивление проводника, Ом/км;

– длина линии, км;

– реактивное сопротивление линии, Ом.

.

Активное сопротивление кабельной линии определяется по формуле:

(13)

где – активное сопротивление линии, км;

– активное сопротивление проводника, Ом/км.

= = .

Вторая часть линии натянута кабелем СИП-3 1х120 протяжённостью 1,198 км с реактивным сопротивлением 0,278 Ом/км и активным сопротивлением 0,288 Ом/км.

Рассчитаем активное сопротивление второго участка линии:

.

Рассчитаем реактивное сопротивление второго участка линии:

= = .

Третья часть линии натянута кабелем А 1х50 протяжённостью 0,75 км с реактивным сопротивлением 0,36 Ом/км и активным сопротивлением 0,64 Ом/км.

Рассчитаем активное сопротивление третьего участка линии:

.

Рассчитаем реактивное сопротивление второго участка линии:

= = .

Определяем результирующее сопротивление до места короткого замыкания К2.

Результирующее реактивное сопротивление линии определяется по формуле:

, (14)

где – Результирующее реактивное сопротивление линии, Ом.

.

Результирующее активное сопротивление линии определяется по формуле:

, (15)

где – Результирующее активное сопротивление линии, Ом.

.

Результирующее сопротивление линии до места короткого замыкания К–2 определяется по формуле:

(16)

где – Результирующее активное сопротивление линии, Ом.

<sub>,

.</sub>

Определяем периодическую слагающую тока короткого замыкания К–2:

min = ,

max = .

Определяем мощность короткого замыкания К–2.

min = ,

min = .

Производим расчет точки короткого замыкания К–3, К–4.

Линии проектируется кабелем ААБл 3х95 протяжённостью 0,291 км с реактивным сопротивлением 0,078 Ом/км и активным сопротивлением 0,31 Ом/км.

Определяем реактивное сопротивление линии:

.

Определим активное сопротивление линии:

= = .

Определяем результирующее реактивное сопротивление линии:

.

Определяем результирующее активное сопротивление линии:

.

Технические данные трансформатора проектируемой подстанции предоставлены НПСО:

=0,25 мВА; =3,7 кВт; =4,5%.

Определяем активное сопротивление трансформатора:

= .

Определяем полное сопротивление трансформатора:

.

Определяем результирующее сопротивление до места короткого замыкания К–3, К–4.

Реактивное результирующее сопротивление до места короткого замыкания определяется по формуле:

. (17)





Активное результирующее сопротивление до места короткого замыкания равно:





Определяем полное результирующее сопротивление до места короткого замыкания:

min= ,

max= = .

Реактивное результирующее сопротивление трансформатора определяется по формуле:

. (18)

min= ,

max= .

Активное результирующее сопротивление трансформатора равно активному сопротивлению трансформатора:

= 6,747 Ом

Определяем полное результирующее сопротивление трансформатора:

min= ,

max= = .

Определяем периодическую слагающую тока короткого замыкания на шинах 6 и 0,4 кВ.

Точка К–3. Определяем периодическую слагающая тока короткого замыкания на шинах 6 кВ:

,

.

Точка К–4. Определяем периодическую слагающую тока короткого замыкания на трансформаторе:

,

.

Определяем мощность короткого замыкания К–3, К–4 .

Определяем мощность короткого замыкания:

,

.

Определяем мощность короткого замыкания трансформатора:

,

.

Определяем приведенный ток короткого замыкания на стороне 0,4 кВ.

,

.

Расчёт ячейки 22 «Регул» произведён аналогично. Расчёт вёлся для двух точек короткого замыкания. Первая точка К–5 располагается на шине 6 кВ ПС 110/35/6кВ «ГПП–ФНТЗ», вторая точка К–6 на вводе проектируемой подстанции заявителя.

Данные для проведения расчёта предоставлены заявителем и АО «ЭСК ЧТПЗ».

Итоговые значения приведены в таблице 2.
Таɪблицаɪ 2– Ячейки 22 «Регул»

Величина	Значение
	1,4 Ом
	1,8 Ом
	11,964 кА
	7,739 кА
	2,606 кА
	2,025 кА
	28 кА
	22 кА

2.1 Расчёт уставок и трансформаторов тока

Расчёт существующих уставок и трансформаторов тока заключается в их проверке на надёжность, селективность и чувствительность в условиях увеличения максимальной рабочей нагрузки сети, при подключении к ней максимальной суммарной нагрузки заявителя. Для ячейки 14 «Запрудный» подключается 928 кВт дополнительно к существующим 450 кВт максимальной мощности, общая мощность составит 1378 кВт.

Расчёт и выбор уставок и трансформаторов тока выполнен на основе данных АО «ЭСК ЧТПЗ», а так же расчётов полученных в предыдущих разделах.

Определим номинальный ток соответствующий максимальной мощности подключённой нагрузки.
Номинальный ток определяется по формуле:

(19)

где – номинальный ток, А;

– мощности нагрузки, кВт;

– напряжение сети.

согласно данным АО «ЭСК ЧТПЗ» равен 0,93.



Существующий трансформатор тока ТПОЛ-10 100/5 не может обеспечить работу при максимальных рабочих нагрузках. В качестве замены выбран трансформатор ТПОЛ-10 200/5 соответствующий максимальным рабочим нагрузкам и обладающий такими же габаритными размерами.

Уставки максимальной токовой защиты (МТЗ) необходимо проверить:

• 
  на условие не срабатывания при максимальных рабочих нагрузках, в силу их увеличения при подключении новой нагрузки;
  
• 
  на условие согласования срабатывания с защитными уставками потребителя;
  
• 
  на условие чувствительности к токам КЗ.
  

Проверим условие не срабатывания при максимальных рабочих нагрузках.

Уставка тока срабатывания МТЗ по условиям нагрузки выбирается таким образом, чтобы защита надёжно работала при повреждениях, и в тоже время не действовала при максимальном токе нагрузки.

Ток срабатывания защиты определяется по формуле:

, (20)

где – ток срабатывания защиты, А;

– коэффициент самозапуска;

– коэффициент возврата реле;

– коэффициент отстройки реле, учитывающий его погрешность.



Существующая уставка, на основе реле РТ40/10 (160А), не может обеспечить выполнение условия не срабатывания при максимальных рабочих нагрузках (221,3А больше 160А). В качестве замены выбрана уставка РТ40/50(500А) соответствующая максимальным рабочим нагрузкам и обладающая такими же габаритными размерами.

Проверим условие чувствительности к токам КЗ.

В соответствии с требованиями ПУЭ коэффициент чувствительности МТЗ должен быть не менее 1,5 в конце основной защищаемой зоны и не менее 1,2 в конце зоны дальнего резервирования.

Минимальное значение тока 2-х фазного КЗ в зоне защиты определяется по формуле:

(21)

где – минимальное значение тока 2-х фазного КЗ, A.

Определим минимальное значение тока 2-х фазного КЗ для точки К–2:



Определим минимальное значение тока 2-х фазного КЗ для точки К–3:



Определим минимальное значение тока 2-х фазного КЗ для точки К–4:



Коэффициент чувствительности защиты определяется по формуле:

(22)

где – коэффициент чувствительности защиты;

– ток срабатывания реле, А;

– коэффициент трансформации тока.

взят из технических данных реле РТ40/50(500А).

Коэффициент трансформатора тока взят из технических данных трансформатора ТПОЛ-10 200/5.

Определим коэффициент чувствительности защиты для точки К–3:



Определим коэффициент чувствительности защиты для точки К–3:



Определим коэффициент чувствительности защиты для точки К–4:



Условие чувствительности к токам КЗ, для реле РТ40/50(500А), в конце основной защищаемой зоны соблюдаются

Условие чувствительности к токам КЗ, для реле РТ40/50(500А), конце зоны дальнего резервирования. соблюдаются для Для условие не соблюдается, однако согласно пункту 3.2.17 ПУЭ допускается не резервировать КЗ за трансформатором.

Проверим условие согласования срабатывания с защитными уставками потребителя.

МТЗ яч. 14 «Запрудный» ПС 110/35/6кВ «ГПП–ФНТЗ» необходимо согласовать по времени с плавкой вставкой ПКТ-102-6-50-31,5 находящейся в энергоустановке потребителя.

При согласовании времени срабатывания предохранителя с временем срабатывания МТЗ на базе реле РТ40/50(500А) должна обеспечивается ступень селективности сек, так же ступень селективности при токе срабатывания вышестоящей защиты.

На рисунке 3 на карту селективности нанесены время-токовые характеристики срабатывания МТЗ ячейки 14 «Запрудный» ПС 110/35/6кВ «ГПП–ФНТЗ» и предохранителя ПКТ-102-6-50-31,5.



Рисунок 3 – Карта селективности

Как видно из рисунка 3 селективность защит яч. «Запрудный» и энергоустановок потребителя соблюдается, замена реле ЭВ-113 не требуется.

Расчёт для яч. 22 «Регул» произведён аналогично:

К ячейке 22 «Регул» подключается 450 кВт дополнительно к существующим 400 кВт максимальной мощности, общая мощность составит 850 кВт.

Определим номинальный ток соответствующий максимальной мощности подключённой нагрузки.

согласно данным АО «ЭСК ЧТПЗ» равен 0,93.



Хотя существующий трансформатор тока ТПОЛ-10 100/5 может обеспечить работу при максимальных рабочих нагрузках, будет произведена замена, так как существующий трансформатор загружен более чем на 85 процентов. В качестве замены выбран трансформатор ТПОЛ-10 150/5 соответствующий максимальным рабочим нагрузкам и обладающий такими же габаритными размерами.

Проверим условие не срабатывания при максимальных рабочих нагрузках.



Существующая уставка, на основе реле РТ40/10 , способна обеспечить выполнение условия не срабатывания при максимальных рабочих нагрузках, но необходима его перенастройка на 160А (141,65А меньше 160А).

Проверим условие чувствительности к токам КЗ.

Коэффициент чувствительности МТЗ рассматриваем только в конце основной защищаемой зоны, так как полных данных по проектируемой подстанции НПСО не предоставлено.

Определим минимальное значение тока 2-х фазного КЗ в зоне защиты:



Определим коэффициент чувствительности защиты:

взят из технических данных реле РТ40/10(160А).

Коэффициент трансформатора тока взят из технических данных трансформатора ТПОЛ-10 150/5.



Условие чувствительности к токам КЗ, для реле РТ10/50(160А), в конце основной защищаемой зоны соблюдаются

В качестве релейной защиты установлены реле тока РТ40/50 на ячейке «Запрудный», реле тока РТ40/10 на ячейке «Регул», реле времени на обеих ячейках остаётся ЭВ-113. Значения, настроенные для ячейки 14 «Запрудный» и 22 «Регул» представлены в таблице 3.

Таɪблицаɪ 3– Карта уставок после замены

Наименование	Трансформаторы тока		Максимальная токовая защита
	Тип	Коэффициентом трансформации	Ток срабатывания защиты, А	Ток срабатывания реле, А	Время, с
«Запрудный»	ТПОЛ-10	200/5	500	4,8	0,5
«Регул»	ТПОЛ-10	150/5	160	6,3	0,5

2.2Выбор и проверка выключателей

Выключатели являются важнейшими коммутационными аппаратами. Они предназначены для включения и отключения электрических присоединений. Эти операции выключатели должны совершать как в нормальном режиме, так и при коротких замыканиях, когда ток превосходит нормальное значение в десятки и сотни раз. Выключатели снабжаются приводами для автоматического и неавтоматического управления. Требования, предъявляемые к выключателям, заключаются в следующем:

- надежная работа;

- малое время отключения;

- безопасность для окружающих;

- малые габариты и масса;

- простота монтажа;

- бесшумность работы;

- сравнительно невысокая стоимость.

Все эти требования воплощены в вакуумном выключателе ВВ/TEL-10. АО «ЭСК ЧТПЗ» уже не первый год сотрудничает с его производителем и имеет обширный, положительный опыт эксплуатации и обслуживания данного оборудования.

В основе конструктивного решения выключателя лежит использование пофазных электромагнитных приводов с «магнитной защёлкой», механически связанных общим не несущим нагрузку, валом-синхронизатором. Параллельно соединённые катушки электромагнитных приводов фаз выключателя при выполнении команд подключаются к предварительно заряженным конденсаторам в блоках управления. Такая конструкция позволила достичь высокого коммутационного ресурса, малого энергопотребление по шинам оперативного напряжения (заряд и поддержание в параметрах конденсаторных ёмкостей «ВКЛ», «ОТКЛ»), необслуживаемости на протяжении всего срока эксплуатации. Выключатель представлен на рисунке 4.



Рисунок 4 – ВВ/TEL-10

Рассчитываем ударный ток короткого замыкания

(23)

где – ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени цепи

короткого замыкания определяется по справочнику.





Расчёт для яч. 22 «Регул» произведён аналогично:

Рассчитываем ударный ток короткого замыкания





Расчёт соответствия выключателя произведён только для ячейки «Запрудный», так как её требования являются либо превосходящими, либо идентичными требованиям ячейки «Регул».

Для выбора выключателя все расчетные данные заносим в таблицу 4.

Таɪблицаɪ 4– Выбор выключаɪтеля

Раɪсчетные даɪнные	Условия выбора	Каɪтаɪложные даɪнные выключателя
= 6кВ		= 10кВ
= 142,5А		= 1000 А
=34кА		=51кА
=31кА		=51кА

Выбранный выкдючатель соответсвует условиям выбора, способен обеспечить переключение под нагрузкой, выдержать ударный ток.