ВКР Данилов16. Модернизация ячеек закрытого распределительного устройства напряжением 6 кВ
![]()
|
2. Расчёт и выбор оборудования2.1 Расчёт токов короткого замыканияРасчёт 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: В максимальном режиме сопротивление энергосистемы минимально, то есть рассматривается режим когда ток трёхфазного короткого замыкания максимален. 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 ![]() ![]() 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 ![]() ![]() Определяем сопротивление элементов схемы замещения: Сопротивление системы определяется по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Активное сопротивление трансформатора определяется по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Параметры необходимые для расчета сопротивление: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Полное сопротивление трансформатора определяется по формуле: ![]() где ![]() ![]() Параметры необходимые для расчета сопротивление: ![]() ![]() ![]() Индуктивное сопротивление трансформатора определяется по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() Определяем результирующее сопротивление до места короткого замыкания К–1: Полное результирующее сопротивление ( ![]() ![]() ![]() Реактивное результирующее сопротивление трансформатора определяется по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Активное результирующее сопротивление трансформатора равно активному сопротивлению трансформатора: ![]() Полное результирующее сопротивление трансформатора определяется по формуле: ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем периодическую слагающую тока короткого замыкания на шинах 110 и 6 кВ. Периодическая слагающая тока короткого замыкания определяется по формуле: ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Периодическая слагающая тока короткого замыкания трансформатора определяется по формуле: ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем мощность короткого замыкания К–1. Мощность короткого замыкания определяется по формуле: ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Мощность короткого замыкания трансформатора определяется по формуле: ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем приведенный ток короткого замыкания на стороне 6,6 кВ. Приведенный ток короткого замыкания определяется по формуле: ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 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: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Активное сопротивление кабельной линии определяется по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 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: ![]() где ![]() ![]() Результирующее активное сопротивление линии определяется по формуле: ![]() где ![]() ![]() Результирующее сопротивление линии до места короткого замыкания К–2 определяется по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() Определяем периодическую слагающую тока короткого замыкания К–2: ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем мощность короткого замыкания К–2. ![]() ![]() ![]() ![]() 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: ![]() ![]() ![]() 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: ![]() ![]() ![]() Активное результирующее сопротивление до места короткого замыкания равно: ![]() ![]() Определяем полное результирующее сопротивление до места короткого замыкания: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Реактивное результирующее сопротивление трансформатора определяется по формуле: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Активное результирующее сопротивление трансформатора равно активному сопротивлению трансформатора: ![]() Определяем полное результирующее сопротивление трансформатора: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 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»
2.1 Расчёт уставок и трансформаторов токаРасчёт 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: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 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: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 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: ![]() где ![]() 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: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() 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 ![]() ![]() 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 ![]() ![]() 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. ![]() ![]() 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: ![]() 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
2.2Выбор и проверка выключателейВыключатели 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 ![]() где ![]() 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
Выбранный выкдючатель соответсвует условиям выбора, способен обеспечить переключение под нагрузкой, выдержать ударный ток. |