Анализ работы подстанции Южная с исследованием надежности
| Сдавался/использовался | Липецкий государственный технический университет, кафедра электрооборудования, преподаватель Шпиганович Алла Александровна, "отл". 2000г. |
| Загрузить архив: | |
| Файл: ref-10712.zip (356kb [zip], Скачиваний: 201) скачать |
МИНИСТЕРСТВООБЩЕГОИ ПРОФЕСИОНАЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ
ЛИПЕЦКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедраэлектрооборудования
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА
кдипломномупроекту поспециальности18.13.00. – «Внутризаводскоеэлектрооборудование»на тему:
|
|
____________________________________________________________________
|
|
Студент____________________________________________________________
|
группа ______________________________________________________________
|
|
____________________________________________________________________
(ученоезвание, степень,фамилия,имя, отчество,подпись)
|
по _______________________________________________________________
|
|
по _________________________________________________________________
(наименованиераздела, ученоезвание,степень, фамилия,имя,отчество, подпись)
|
по _________________________________________________________________
(наименованиераздела, ученоезвание,степень, фамилия,имя,отчество, подпись)
____________________________________________________________________
Рецензент ___________________________________________________________
(ученоезвание,степень, фамилия,имя,отчество, подпись)
____________________________________________________________________
Дипломныйпроект рассмотреннакафедре идопущенк защите в ГАК___
|
|
____________________________________________________________________
(ученоезвание, степень,фамилия,имя, отчество,подпись)
ЗАДАНИЕ
РЕФЕРАТ
Вработерассмотрены вопросыпроверочногорасчета объектаэлектроснабженияи сравненияполученныхрезультатов среальносуществующей подстанцией«Правобережная».В специальнойчастирассмотрены вопросыэффективностиприменения устройстврелейнойзащиты иавтоматики.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
В настоящеевремяэлектрическая энергияявляетсянаиболее широко используемойформойэнергии. Этообусловленоотносительной легкостьюееполучения, преобразования,передачина большоерасстояниеи распределениямеждуприемниками. Огромнуюрольв системахэлектроснабженияиграют электрическиеподстанции — электроустановки,предназначенныедля преобразованияираспределения электрическойэнергии.ВРоссии,как ивдругих западныхстранах,для производстваираспределения электрическойэнергиииспользуют трехфазныйпеременныйток частотой50 Гц.Применение трехфазноготокачастотой 50 Гцобусловленобольшей экономичностьюсетейи установоктрехфазноготока посравнениюссетямиоднофазного переменноготока,а такжевозможностьюприменения вкачествеэлектроприводанаиболее надежных,простыхи дешевыхасинхронныхэлектродвигателей.
В качествеобъектаисследования выбранаподстанция«Правобережная».Данная подстанциявходитв составОАО«Липецкэнерго – ЛЭС»и расположенавюго-западной частигородаЛипецка. Подстанция,какобъект электроснабжения,быласпроектированаи построенадляснабжения электрическойэнергиейопределенного количестваприемников.Запрошедшеевремя произошлоизменениеколичества приемников,а,следовательно,и уровнянагрузок.Поэтому оборудованиеустареломорально итехнически.На ОАО«Липецкэнерго – ЛЭС»рассматриваетсявопрос модернизацииданнойподстанции путемзаменыустаревшего оборудованияна более новоеисовершенное, атакжеустановки новойавтоматизированнойсистемы релейнойзащиты,автоматизации иуправления.Для этогонеобходимповторный расчетподстанциис учетомвсехпроизошедших запоследнеевремя изменений.
Для обеспечениянадежнойи бесперебойнойработы,как подстанции,таки энергосистемы,большоезначение имеютустройства релейной защитыи автоматики.Поэтомупри проектировании,изготовлениии эксплуатацииустройстврелейной защитыиавтоматики уделяетсябольшоевнимание обеспечениенадежнойработы данныхустройств.Высокая надежностьсистемырелейной защитыиавтоматики достигаетсяприсочетании высокойнадежностиотдельных элементовснадлежащим техническимобслуживанием.Основную частьустройстврелейной защитыиавтоматики вРоссиисоставляют аналоговыеэлектромеханическиеустройства. Приэтомнадежность системрелейнойзащиты иавтоматикидостигает 99,5%.Этодостигается за счетоптимальной структурысистемрелейной защитыиавтоматики ивысокихтрудозатрат персоналанатехническое обслуживание.Согласно«Сводному годовомуотчетуо работеустройстврелейной защитыиавтоматики» ОАО «Липецкэнерго»количествоустройств релейнойзащитыи автоматики,проработавших25 летиболее, составляетоколо29% отобщегоколичества устройстврелейнойзащиты иавтоматики.Вследствие моральногоифизического износаустройстврелейной защитыиавтоматики увеличилисьтрудозатратыперсонала, которыенаправленынаподдержаниенадежности этихустройствна должномуровне.
В настоящеевремяв западныхстранахширокое распространениеполучилимикропроцессорныесистемы защиты,контроляи управления,которыеимеют равныеилилучшие показателинадежностии меньшиетрудозатратына техническоеобслуживаниепо сравнениюссистемами нааналоговыхустройствах. Поэтомунеобходимовнедрение микропроцессорныхсистемрелейной защитыиавтоматики.
Целью даннойработыявляется проверочныйрасчетобъекта электроснабженияисравнение полученныхрезультатовс реальносуществующейподстанцией, рассмотрениесуществующейсистемы релейнойзащитыиавтоматикии определениеееэффективности.
1. ПРОВЕРОЧНЫЙРАСЧЕТОБЪЕКТА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1. Влияние окружающей среды на работу подстанции «Правобережная»
Вданномпроекте вкачестве объектаэлектроснабжениярассматриваем подстанцию«Правобережная».Она работаетв системе совместносдругимиподстанциями этогожекласса. Работавтаком режимепозволяетосуществлять дополнительное резервированиепотребителейи значительноповышаетнадежность ихэлектроснабжения.Подстанция «Правобережная»получаетэнергию ввидетрехфазного токачастотой50 Гц полиниинапряжением 220 кВдлиной11,9 км отподстанции«Борино – 500».Затем энергияпреобразуетсяна напряжения110 кВ,35 кВ и10 кВи распределяется соответствующимэлектроприемникам.
Подстанция«Правобережная»находится вюго-западнойчасти городаЛипецка.Липецкая областьрасполагаетсяв среднейполосес умерено – континентальным климатом.Колебаниетемпературы втечениегода неоченьзначительны исоставляют20 – 300С.При этомсреднегодовойуровень осадковвобласти составляет550 – 600 мм,а количествогрозовыхднейвгоду — 40 – 60.Давление ветравсреднем не превышает35 Н/м.Толщина ледяногопокровапри обледенениипроводови другихоткрытыхконструкций составляет3 мм.Надежность работыосновногоэлектрооборудованиязависит отусловийвнешней среды.Наработу различныхэлектротехническихустройств оказываютвлияниеразличные факторы:удары,вибрация, перегрузки,перепадытемпературы, электрическиеимагнитные поля,влажность,песок, вызывающиекоррозиюжидкости игазы,солнечная радиация.Вгороде расположенкрупныйметаллургическийкомбинат АО «НЛМК».Работакомбината сопровождаетсяповышеннымсодержанием пыли,взвешенныхтвердых частицихимических примесей.Изхимических примесейнаибольшуюконцентрацию имеютокислысеры иазота.Это приводиткнеобходимости использованиядвойнойизоляции идругихмер пообеспечениюнеобходимого уровняизоляции.Обслуживающемуперсоналу необходимоприниматьряд мерпообеспечению нормальнойработыоборудования. Книмотносятся: протиркакерамическихизоляторов, профилактикаидругие операции.Поэтомупри выбореосновногоэлектрооборудованиянеобходимо принятьвовнимание то,чтоподстанция работаетвнепосредственнойблизости открупногометаллургическогокомбината.
1.2. Выборместорасположения
Подстанция«Правобережная»,как илюбаядругая подстанция,являетсяважным звеномсистемы электроснабжения.Такимобразом, выбороптимальногоместорасположения подстанцииявляется однимизважных этаповпроектированиялюбой системы электроснабжения. В самом началерасчетасоставляется списоквсехобъектов, которыеполучаютэнергию отданнойподстанции, азатемнаносится напланих расположение.Крометого, необходимознатьграфики активнойиреактивной нагрузоквсех приемниковэлектрическойэнергии. Прирациональномразмещении подстанциинаместности технико-экономические показателисистемыэлектроснабженияблизки коптимальным.Это позволяетснизитьзатраты приэксплуатации,так какприпередачи потериэлектрическойэнергии минимальны.Дляопределения месторасположенияподстанциипри проектированиисистемыэлектроснабжениястроится картограмманагрузок.
1.3. Картограмманагрузок
Картограмманагрузокпредставляет собойразмещенныена планеместностиокружности, причемплощади,ограниченные этимиокружностями,в выбранноммасштаберавны расчетнымнагрузкамобъектов электроснабжения.Длякаждого приемникаэлектрическойэнергии строитсясвояокружность, центркоторойсовпадает сцентромобъекта. Каждыйкругможет бытьразделенна секторы,соответствующиеосветительной,силовой, низковольтной, высоковольтнойнагрузкам.В этомслучаекартограмма нагрузокдаетпредставление нетолькоо величиненагрузок,но иихструктуре. Центрнагрузкиобъекта электроснабженияявляетсясимволическим центромпотребленияэлектрической энергии.Картограмманагрузок позволяетдостаточнонаглядно представитьраспределениенагрузок потерритории.Тогда, согласно[1]:
(1.1)
гдеPi– нагрузкаобъекта электроснабжения, кВт;
ri – радиусокружности,км;
т – масштабдля определенияплощадикруга, кВт/км2.
Изформулы(1.1) можнолегкоопределить радиусокружности:
(1.2)
Подстанция«Правобережная»получает питаниеподвухцепной линии220 кВ«Правобережная»длиной 11,9 км.Налинии 220 кВ«Правобережная»используются проводамаркиАСО – 300. Проводвыбранпо условиюобеспечениямеханической прочности,атакже наличиемв атмосферевредных веществ.Наподстанции осуществляется преобразованиеэлектрическойэнергии снапряжения220 кВ донапряжений110, 35и10 кВ. Преобразованная электрическаяэнергияпередается соответствующимприемникампо воздушнымикабельным линиям.Мощность,передаваемая повоздушными кабельным линиям, а также расстояния до приемников приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Мощностьприемниковэлектрической энергииирасстояния доних
Напряжение, кВ |
Приемник |
Мощность, кВ×А |
Расстояние, км |
|
110 |
Дон |
1898 + j339 |
70,2 |
|
Лебедянь |
156 + j220 |
72,0 |
|
|
СухаяЛубна |
613 + j284 |
30,0 |
|
|
Центролит |
55 + j18 |
6,9 |
|
|
Московская |
92 + j37 |
9,7 |
|
|
Бугор |
339 + j119 |
5,0 |
|
|
Вербилово |
587 + j0 |
32,5 |
|
|
35 |
Кирпичный завод |
5 + j4 |
1,0 |
|
ЛОЭЗ |
88 + j80 |
5,2 |
|
|
Борино |
202 + j94 |
15,3 |
|
|
Мясокомбинат |
202 + j133 |
3,0 |
|
|
10 |
КТП – 307 |
275 + j222 |
0,8 |
|
МСУ – 14 |
100 + j88 |
1,4 |
|
|
РП – 17 |
530 + j327 |
1,9 |
|
|
Брикетная |
47 + j45 |
1,0 |
|
|
БазаПСМК |
204 + j170 |
1,1 |
|
|
Телецентр |
33 + j5 |
0,5 |
|
|
Сырское |
15 + j15 |
1,2 |
|
|
ГРС |
86 + j17 |
0,9 |
|
|
Подгорное |
16 + j15 |
1,6 |
|
|
Совхоз50 лет Октября |
28 + j29 |
1,2 |
Данные помощностиприемников электрическойэнергиивзяты наАО «Липецкэнерго – ЛЭС»по результатамконтрольныхзамеров от16июня 1999года.Определим радиусокружностей,характеризующихмощность приемниковэлектрическойэнергии, поформуле(1.2):
Дляостальныхприемников расчетпроводитсяаналогично. Результатырасчета сведенывтабл. 1.2.
Таблица 1.2
Радиусыокружностей, характеризующихактивныеи реактивныемощностиприемников
|
Приемник |
rа, км. |
rр, км. |
|
Лебедянь |
3,151 |
3,742 |
|
Сухая Лубна |
6,247 |
4,252 |
|
Центролит |
1,871 |
1,070 |
|
Московская |
2,420 |
1,535 |
|
Бугор |
4,646 |
2,752 |
|
Вербилово |
6,113 |
0 |
|
Кирпичныйзавод |
0,101 |
0,505 |
|
ЛОЭЗ |
2,367 |
2,257 |
|
Борино |
3,586 |
2,446 |
|
Мясокомбинат |
3,586 |
2,910 |
|
КТП – 307 |
4,184 |
3,759 |
|
МСУ – 14 |
2,523 |
2,367 |
|
РП – 17 |
5,809 |
4,563 |
|
Брикетная |
1,730 |
1,693 |
|
БазаПСМК |
3,604 |
3,290 |
|
Телецентр |
1,449 |
0,564 |
|
Сырское |
0,997 |
0,997 |
|
ГРС |
2,340 |
1,040 |
|
Подгорное |
1,009 |
0,977 |
|
Совхоз50 лет Октября |
1,335 |
1,359 |
Теперь определимусловныйцентр электрическихнагрузок.Оннеобходимдля выборанаиболееоптимального месторасположенияобъектаэлектроснабжения.При проведениирасчетабудем считать,чтоэлектрические нагрузкираспределеныравномерно повсейплощади приемника,тогдацентр электрическихнагрузоксовпадает сцентромтяжести даннойсистемымасс. Координатыусловногоцентра активныхиреактивных нагрузок,согласно[1],определяютсяпо следующимобщимформулам:
(1.3)
(1.4)
Определяемусловныйцентр активныхэлектрическихнагрузок:
Расчетусловногоцентра реактивныхнагрузокпроводится аналогично.Тогдаусловный центрреактивныхнагрузок находитсявточке скоординатамих0,р. » 8,3и у0,р. » 15.Как видноизрасчета центрэлектрическихнагрузок накартограммепредставлен в видестабильнойточки. Вреальностиприемники работаютснагрузкой, котораяизменяетсяс течениемвремени.Поэтому нельзяговоритьо центреэлектрическихнагрузок, каконекоторой стабильнойточкина генеральном плане. В действительности можно говорить о зоне рассеяния центра электрических нагрузок, как о зоне, в которой с некоторой вероятностью должен находится объект электроснабжения.
Определимудельную(взвешенную) активнуюиреактивную мощностькаждогоприемника:
Для остальныхприемниковрасчет проводитсяаналогично.Результаты расчетапредставленыв табл. 1.3.
Таблица 1.3
Удельная (взвешенная) активная и реактивная мощность каждого приемника
|
Приемник |
Р’ |
Q’ |
|
1 |
2 |
3 |
|
Лебедянь |
0,028 |
0,097 |
|
Сухая Лубна |
0,110 |
0,126 |
|
Центролит |
0,010 |
0,008 |
|
Московская |
0,017 |
0,016 |
|
Бугор |
0,061 |
0,053 |
|
Вербилово |
0,105 |
0 |
|
Кирпичныйзавод |
0,001 |
0,002 |
|
ЛОЭЗ |
0,016 |
0,035 |
|
Борино |
0,036 |
0,042 |
Окончаниетабл. 1.3
|
1 |
2 |
3 |
|
Мясокомбинат |
0,036 |
0,059 |
|
КТП – 307 |
0,049 |
0,098 |
|
МСУ – 14 |
0,018 |
0,039 |
|
РП – 17 |
0,095 |
0,145 |
|
Брикетная |
0,008 |
0,020 |
|
БазаПСМК |
0,037 |
0,075 |
|
Телецентр |
0,006 |
0,002 |
|
Сырское |
0,003 |
0,007 |
|
ГРС |
0,015 |
0,008 |
|
Подгорное |
0,003 |
0,007 |
|
Совхоз50 лет Октября |
0,005 |
0,013 |
Теперь определимпараметрынормального законараспределениякоординат центраактивныхэлектрических нагрузок:
После нахождениязаконараспределения координатцентраактивных электрическихнагрузокопределим зонурассеяния.Для этогонеобходимоопределить радиусыэллипсазоны рассеяния.Приэтом примем,чтоточка скоординатамихиу попадет вэтотэллипс свероятностью Р(l) = 0,95. Тогда:
Зона рассеянияцентраактивных электрическихнагрузокпредставляет собойэллипс.Картограмма активныхнагрузокпредставлена нарис. 1.1.Расчет зонырассеянияцентра реактивныхэлектрическихнагрузок проводитсяаналогично.Результаты расчетасведеныв табл. 1.4.
Таблица 1.4
Параметрынормальногозакона распределениякоординатцентра реактивныхэлектрическихнагрузок
|
|
|
|
|
|
|
|
5,185 |
32,119 |
0,311 |
0,125 |
5,569 |
13,856 |
Зона рассеянияцентрареактивных электрическихнагрузок, также какизона рассеянияцентраактивных электрическихнагрузок,представляет собойэллипс.Картограмма реактивныхнагрузокпредставлена нарис. 1.2.
1.4. Выбор типа,числаи мощноститрансформаторов
Силовыетрансформаторы,которые устанавливаютсянаподстанциях, предназначеныдляпреобразованияэлектрической энергиисодного напряжениянадругое. Наиболееширокоераспространениеполучили трехфазныетрансформаторы,так какпотерив нихна12 – 15% ниже,арасход активныхматериалови стоимостьна20 – 25% меньше,чемв группетреходнофазных трансформаторовтакойжесуммарноймощности [3].При расчетахрекомендуетсявыбирать трехфазныетрансформаторы.В техслучаях,когда это невозможно,тоесть нельзяизготовитьтрехфазный трансформатороченьбольшой мощностиилисуществуют ограниченияпритранспортировке,допускается применениегруппиз двухтрехфазныхили треходнофазныхтрансформаторов.Выбор трансформаторовзаключается вопределенииих числа,типаи мощности.Косновным параметрамтрансформатораотносятся номинальныемощность,напряжение, ток;напряжениекороткого замыкания;токхолостого хода;потерихолостого хода икороткого замыкания.
Определениетипаи мощноститрансформаторовнеобходимо провестинаоснове технико-экономических расчетов.Выбортрансформаторовна
подстанции «Правобережная»проведемна основесравнениядвух вариантов.Расчетразделим надваэтапа. Напервомэтапе проведемтехническийрасчет, навтором — экономический.Экономический расчетпроведемв главе.
Вначалерасчета необходимоопределитькатегорию электроприемников,ккоторым необходимоподводитьнапряжение отподстанции.Подстанция «Правобережная»осуществляетэлектроснабжениепотребителей IиIIкатегории. Какизвестно,перебои вэлектроснабженииприемников IиIIкатегории могутпривестиктяжелымавариям с человеческимижертвами,выходу изстрояоборудования, нарушениютехнологическогоцикла икакследствие экономическиепотери,поэтому такиеперебоинедопустимы. Поэтомупривыборе типаичисла трансформаторовнеобходимоучитывать надежностьэлектроснабженияи возможностьрезервированияпри выходеоборудованияиз строя.Исходяиз этого,необходиморассматривать схемудвухтрансформаторнойподстанции, таккакона отвечаеттребованиямпо надежностиэлектроснабжения.На подстанции«Правобережная»вместо силовыхтрансформаторовустановлены автотрансформаторы.Посравнению ссиловымитрансформаторамитой жемощностиавтотрансформаторыобладают рядомпреимуществ:
- меньшийрасходмеди, стали,изоляционныхматериалов;
- меньшаямасса,а, следовательно,меньшиегабариты, чтопозволяетсоздавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей,чемтрансформаторы;
- меньшиепотерии большийкоэффициентполезного действия;
- болеелегкиеусловия охлаждения.
Наподстанцииустановлены триавтотрансформаторамощностью 125 МВ×Акаждый. Проверимправильностьих выбора.Приэтом будемсчитать,что работенаходятсядва автотрансформатора,атретий находитсяврезерве ииспользуетсядля плавкигололеда.Для правильноговыбораавтотрансформаторовнеобходимо определитьмаксимальнуюполную расчетнуюмощность.Эту мощностьопределимметодом упорядоченныхдиаграмм.Данный метод являетсявнастоящее времянаиболеешироко используемымприрасчетах системэлектроснабжения.Для определениямаксимальнойполной расчетноймощностинеобходимо определитьноминальнуюмощность приемников,которыеполучают электрическуюэнергиюс шин110 кВ,35 кВ и10 кВподстанции «Правобережная».Припроведении расчетанебудем учитыватьпотериэнергии влинияхэлектропередачи.Номинальная мощностьвсехприемников электрическойэнергииравна:
Дляопределениямаксимальной полнойрасчетноймощности необходимознатькоэффициент максимумаикоэффициент использования.Согласно[1],примемкоэффициент использованияравным0,5.Коэффициентмаксимума определимизграфика, представленногонарис. 1.5.
Тогдамаксимальнаяактивная расчетнаянагрузкаравна:
Средняяактивнаяи реактивнаянагрузказа наиболеезагруженнуюсмену равна:
×Ар.
Максимальнаяреактивнаярасчетная нагрузкаравна:
×Ар.
Теперь,знаямаксимальную расчетнуюактивнуюи реактивнуюнагрузку,определяем максимальнуюполнуюрасчетную нагрузку:
×А.
Средняярасчетнаянагрузка занаиболеезагруженную сменуравна:
×А.
Привыборетипа, числаимощности автотрансформаторовбудемрассматривать дваварианта.В первомвариантепредусмотрим установкудвухавтотрансформаторов,а вовтором — трех.Эти двавариантабудем рассматриватьодновременно.Тогда номинальнаямощность,согласно [1],автотрансформатораопределяется поформуле:
где Sн.т.п. – номинальная паспортная мощность автотрансформатора, кВ×А;
qс.г. – среднегодоваятемпература, 0С.
Среднегодоваятемпературав городеЛипецкеравна 50С.следовательно,номинальная мощностьавтотрансформатораравна номинальнойпаспортноймощности. Таккакподстанция «Правобережная»снабжаетэлектрической энергиейпотребителейIиIIкатегории,а такжеучитываянеобходимость 100%-ногорезервирования,номинальная мощностьодногоавтотрансформаторадля двухвариантовравна:
×А;
×А,
гдеn – количестворассматриваемыхавтотрансформаторов.
Даннаяноминальнаямощность соответствуетсегодняшнемураспределению нагрузок.Вдействительностиподстанция рассчитананапреобразованиеи распределениебольшеймощности. Выбортипа,числа имощностиавтотрансформаторов проведем по сегодняшним данным. По справочнику [2] выбираем для первого варианта два автотрансформатора типа АТДЦТН – 125000/220/110, а для второго варианта — три АТДЦТН – 63000/220/110.Мощность автотрансформаторов необходимоопределятьс учетомегоперегрузочной способности.Систематическаяперегрузка характеризуетсякоэффициентомзаполнения графика:
Допустимаянагрузкаавтотрансформаторав часымаксимумадля двухвариантовсоответственноравны:
×А;
×А.
Тогдакоэффициентзагрузки равен:
Определяемкоэффициентдопустимой перегрузки автотрансформаторазимой:
Таккакперегрузка не должнапревышать15%, тодлявсех вариантовпримем:
Суммарныйкоэффициенткратности допустимойперегрузкиравен:
Допустимаяперегрузкана автотрансформаторысучетом допустимойсистематическойперегрузки вноминальномрежиме равна:
×А;
×А.
Изприведенногорасчета следует,чтооба вариантаудовлетворяютпоставленным условиям.По этомутехническомурасчету выбираемвариант,предусматривающийустановку двух автотрансформаторов типа АТДЦТН – 125000/220/110. Установка трех автотрансформаторов типа АТДЦТН – 63000/220/110 технически нецелесообразна, так требует дополнительных затрат на транспортировку и монтаж. Окончательный вывод по выбору автотрансформаторов следует сделать после проведения экономического расчета.
1.5. Определениетоковкороткого замыкания
Определение токовкороткогозамыкания производитсядлявыбора ипроверкиэлектрическогооборудования подстанции,атакже дляпроектированияустройств релейнойзащитыи автоматики.Вэлектрических установкахмогутвозникать различныевидыкоротких замыканий,которыесопровождаютсярезким увеличениемтока.Все электрооборудование,котороеустанавливаетсяна объектеэлектроснабжения,должно бытьустойчивымк токамкороткогозамыкания ивыбиратьсясучетомэтих токов.Согласно[3],различаютследующие видыкороткихзамыканий:
- трехфазное,илисимметричное, когдатрифазы соединяютсямеждусобой;
- двухфазное — двефазысоединяются междусобой;
- однофазное — однафазасоединяетсяснейтральюисточника через землю;
- двойноезамыканиена землю — двефазысоединяются междусобойи сземлей.
Короткие замыканиявсети возникаютпоследующим основнымпричинам:
- повреждениеизоляцииотдельных частейэлектроустановок;
- неправильныедействияобслуживающегоперсонала;
- перекрытиятоковедущихчастей установок.
Расчеттоковкороткого замыканиясучетом действительныххарактеристики действительногорежимаработы всехэлементовобъекта электроснабжениявесьмасложен. Длярешениязадач, представленныхвданной работе,введемряд допущений,которыезначительно упростятрасчетыине внесут существенных погрешностей. К таким допущениям можно отнести:
- принимаем,чтофазы ЭДСвсехгенераторов неизменяютсявтечениевсего процессакороткогозамыкания;
- не учитываемнасыщениемагнитных систем,чтопозволяет считатьпостояннымии независящимиот токаиндуктивныесопротивления всехэлементов;
- пренебрегаемтокомнамагничиваниясиловых трансформаторов;
- неучитываемемкостные проводимостиэлементовкороткозамкнутойцепи наземлю;
- считаем,чтотрехфазная системаявляетсясимметричной;
- влияниенагрузкина токкороткогозамыкания учитываемприближенно.
Указанныедопущенияприводят кнезначительномупреувеличению токовкороткогозамыкания (погрешностьнепревышает 10%,чтодопустимо). Выбранноепоэтим значениемоборудование,будет иметьнекоторыйзапас потокукороткого замыкания.Прирасчете принимаем,чтосистема обладаетнеограниченноймощностью. Этопозволяетпринять допущения, представленные выше. Расчетная схема объекта электроснабжения представленана рис. 1.6.Подстанция«Правобережная»получает электрическую
Рис. 1.6. Расчетная схемаобъектаэлектроснабжения
энергиюнапряжением 220 кВполинии «Правобережная»длиной11,9 км. Врасчетене будемучитыватьотходящие линиинапряжением110 кВ, 35 кВи10 кВ. Расчетпроведемв относительныхединицах.Выбираем базиснуюмощностьравную Sб = 100 МВ×А.Весь расчет будемвестиотносительно этойбазисноймощности. Прирасчетенеобходимо учитывать,чтолиния напряжением220 кВявляется двухцепной.Согласноопытным даннымпогонноеиндуктивное сопротивлениелинии 220 кВ равно 0,4 Ом/км.Тогдаотносительное базисное сопротивлениелинииравно:
Для определения индуктивного сопротивления автотрансформаторовнеобходимо определитьнапряжениякороткого замыканиядлякаждой обмотки.Дляавтотрансформатора№1 этизначенияравны:
Аналогичнымобразомпроводим расчетдляостальных автотрансформаторов. Результатырасчетапредставлены втабл. 1.4.
Таблица 1.4
Результаты расчетадляостальных автотрансформаторов
|
Автотрансформатор№2 |
Автотрансформатор№3 |
|
|
ик,в |
8,06 |
16,25 |
|
ик,с |
0,36 |
–5,05 |
|
ик,н |
40,14 |
26,25 |
Теперьопределимотносительное сопротивление автотрансформаторов.Согласно[4]для трансформаторовиавтотрансформаторовотносительное базисноесопротивлениеравно:
Аналогичнымобразомопределяются относительныебазисныесопротивления другихавтотрансформаторови трансформаторов. Результатысведены втабл. 1.5.
Таблица 1.5
Относительные базисныесопротивленияавтотрансформаторовитрансформаторов
|
Автотрансформатор№2 |
Автотрансформатор№3 |
х*5 |
х*6 |
х*7 |
||||
|
х*3,в |
х*3,с |
х*3,н |
х*4,в |
х*4,с |
х*4,н |
|||
|
0,064 |
0,003 |
0,321 |
0,13 |
0 |
0,21 |
0,056 |
0,062 |
0,058 |
Теперь,знаяотносительные базисныесопротивлениявсех элементов,можноопределить токикороткогозамыкания всоответствующихточках. Схемазамещениядля расчетатоковкороткого замыканияпредставленана рис. 1.7.Тогда:
БазисныйтокIбпри базисномнапряженииUб = 230 кВравен:
|
230 кВ |
 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||
|
Рис. 1.7. Схема замещениядлярасчета токовкороткогозамыкания
Тогдатоккороткого замыканиявточке (к-1):
×А.
Длярасчетатока короткогозамыканияв точке(к-2)принимаем забазисноенапряжение Uб = 10,5 кВ. Всеотносительныебазисные сопротивления,необходимыедля расчета,следуетпривести кэтомубазисному напряжению.Тогдарезультирующееотносительное сопротивлениелинииэлектропередачинапряжением 220 кВравно:
Относительноебазисноесопротивление обмоткивысшегонапряжения автотрансформаторатакженеобходимо привестикбазисному напряжению37 кВ.Тогда:
Теперь,когдавсе необходимыеотносительныебазисные сопротивленияприведенык расчетномусопротивлению,определяем относительноерезультирующеесопротивление:
БазисныйтокIбпри базисномнапряжении37 кВ равно:
Токкороткогозамыкания вточке(к-2) равен:
×А.
Востальныхточках токкороткогозамыкания определяетсяаналогично.Расчет приведенвПриложении 1, арезультатысведены втабл. 1.6.
Таблица 1.6
Результаты расчета токакороткого замыкания
|
к-1 |
Iп(к-1) |
кА |
62,75 |
|
Iу(к-1) |
кА |
159,735 |
|
|
S(к-1) |
МВ×А |
24998 |
|
|
к-2 |
Iп(к-2) |
кА |
10,0 |
|
Iу(к-2) |
кА |
25,46 |
|
|
S(к-2) |
МВ×А |
641 |
Окончаниетабл. 1.6
|
к-3 |
Iп(к-3) |
кА |
45,64 |
|
Iу(к-3) |
кА |
116,18 |
|
|
S(к-3) |
МВ×А |
9091 |
|
|
к-4 |
Iп(к-4) |
кА |
12,19 |
|
Iу(к-4) |
кА |
31,03 |
|
|
S(к-4) |
МВ×А |
781 |
|
|
к-5 |
Iп(к-5) |
кА |
18,15 |
|
Iу(к-5) |
кА |
46,20 |
|
|
S(к-5) |
МВ×А |
330 |
1.6. Выборипроверка электрическихаппаратов
1.6.1. Проверкаэлектрическихаппаратов пономинальномутоку итокукороткого замыкания.Надежнаяработа любогообъектаэлектроснабженияобеспечиваетсятолько тогда,когдакаждый выбранныйаппаратсоответствует какусловиямноминального режима,таки условиямработыпри короткихзамыканиях.Поэтому электрооборудованиесначалавыбираем пономинальнымпараметрам, азатемосуществляем проверкунадействие токовкороткогозамыкания.
1.6.1.1. Выборипроверка выключателейвысокогонапряжения. Наподстанции«Правобережная»применяются выключателитипаУ – 220 – 10, МКП – 110 – 5,МКП – 35,ВМГ – 133 иВМП – 10.Выключатель являетсяосновнымаппаратом наподстанции,он служитдлявключения иотключенияцепи влюбыхрежимах: длительнаянагрузка,перегрузка, короткоезамыкание,холостой ход,несинхроннаяработа. Наиболеетяжелойоперацией являетсяотключениетрехфазного короткогозамыканияи включениенасуществующее короткоезамыкание.К выключателямпредъявляютсяследующие требования:
- надежноеотключениелюбыхтоков;
- быстротадействия,то естьнаименьшеевремя отключения;
- пригодностьдлябыстродействующегоавтоматическогоповторного включения;
- возможностьпофазного(пополюсного) управления;
- легкостьревизиии осмотраконтактов;
- взрыво-ипожаробезопасность;
- удобствотранспортировкии эксплуатации.
Выключателивысокогонапряжения выбираютсяпономинальному напряжению,току,номинальному токуотключения,по ударномутоку,по термическойустойчивости.Параметры выборавыключателейпредставлены втабл. 1.7.
Таблица 1.7
Параметрывыборавыключателей высокогонапряжения
|
Тип |
Расчетныйпараметр электрическойцепи |
Каталожныеданные оборудования |
Условиевыбора |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
У – 220 – 10 |
Uном, с, кВ |
220 |
Uном,, кВ |
220 |
Uном, с £ Uном |
|
Iном, с, А |
1000 |
Iном, А |
2000 |
Iном, с £ Iном |
|
|
Iкз, р, кА |
62,75 |
Iп, кА |
26,3 |
Iкз, р £ Iп |
|
|
Iу, р, кА |
159,735 |
Iу, кА |
82 |
Iу, р £ Iу |
|
|
Sкз, МВ×А |
24998 |
Sотк, МВ×А |
10000 |
Sкз £ Sотк |
|
|
МКП – 110 – 5 |
Uном, с, кВ |
110 |
Uном, кВ |
110 |
Uном, с £ Uном |
|
Iном, с, А |
1000 |
Iном, А |
1000 |
Iном, с £ Iном |
|
|
Iкз, р, кА |
45,64 |
Iп, кА |
18,4 |
Iкз, р £ Iп |
|
|
Iу, кА |
116,18 |
Iу, кА |
52 |
Iу, р £ Iу |
|
|
Sкз, МВ×А |
9091 |
Sоткл, МВ×А |
3500 |
Sкз £ Sотк |
|
|
МКП – 35 |
Uном, с, кВ |
35 |
Uном, кВ |
35 |
Uном, с £ Uном |
|
Iном, с, А |
300 |
Iном, А |
600 |
Iном, с £ Iном |
|
|
Iкз, р, кА |
12,19 |
Iп, кА |
12,5 |
Iкз, р £ Iп |
|
|
Iу, кА |
31,03 |
Iу, кА |
30 |
Iу, р £ Iу |
|
|
Sкз, МВ×А |
781 |
Sоткл, МВ×А |
350 |
Sкз £ Sотк |
|
|
ВМГ – 133 |
Uном, с, кВ |
10 |
Uном, кВ |
10 |
Uном, с £ Uном |
|
Iном, с, А |
200 |
Iном, А |
600 |
Iном, с £ Iном |
|
|
Iкз, р, кА |
18,15 |
Iп, кА |
20,0 |
Iкз, р £ Iп |
|
|
Iу, кА |
46,20 |
Iу, кА |
52 |
Iу, р £ Iу |
|
|
Sкз, МВ×А |
330 |
Sоткл, МВ×А |
100 |
Sкз £ Sотк |
Окончаниетабл. 1.7
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
ВМП – 10 |
Uном, с, кВ |
10 |
Uном, кВ |
10 |
Uном, с £ Uном |
|
Iном, с, А |
200 |
Iном, А |
600 |
Iном, с £ Iном |
|
|
Iкз, р, кА |
18,15 |
Iп, кА |
19,3 |
Iкз, р £ Iп |
|
|
Iу, кА |
46,20 |
Iу, кА |
52 |
Iу, р £ Iу |
|
|
Sкз, МВ×А |
330 |
Sоткл, МВ×А |
200 |
Sкз £ Sотк |
Наоснованиисравнения результатов,представленныхв табл. 1.7,спараметрами реальносуществующегона сегодняшнийденьэлектрооборудованияподстанции «Правобережная»видно,что частьоборудованияне подходитпоряду параметров.Поэтомуя предлагаю,наосновании [1], заменить выключатели У – 220 – 10 на выключатели серии С – 220 – 25 или ВМТ – 220Б, выключателиМКП – 110 – 5 — на выключателиУ – 110 – 2000 – 50.
1.6.1.2. Выбор ипроверкаразъединителейи отделителей.Разъединитель — этоконтактныйкоммутационныйаппарат, предназначенныйдляотключения ивключенияэлектрической цепибезтока илиснезначительнымтоком, которыйдляобеспечения безопасностиимеетмежду контактамивотключенном положенииизоляционныйпромежуток. Отделительвнешнене отличаетсяотразъединителя,но унегодля отключения имеется пружинный привод. Недостатком существующих конструкций отделителей является довольно большое время отключения (0,4 – 0,5 с). Проверка, установленный на подстанции разъединителей и отделителей, представлена в табл. 1.8.
Таблица 1.8
Параметрывыбора разъединителейиотделителей
|
Тип |
Расчетныйпараметр электрическойцепи |
Каталожныеданные оборудования |
Условиявыбора |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
РЛНД – 1 – 220/2000,РЛНД – 2 – 220/2000 |
Uном, с, кВ |
220 |
Uном, кВ |
220 |
Uном, с £ Uном |
|
Iном, с, А |
1000 |
Iном, А |
1000 |
Iном, с £ Iном |
|
|
Iкз, р, кА |
62,75 |
Iп, кА |
31 |
Iкз, с £ Iп |
|
|
Вк, кА×с |
108,9 |
Iтер, кА |
15 |
Вк £ I2тер× tтер |
|
|
tтер, с |
10 |
Окончаниетабл. 1.8
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
РЛНД – 1 – 110/1000,РЛНД – 2 – 110/1000 |
Uном, с, кВ |
110 |
Uном, кВ |
110 |
Uном, с £ Uном |
|
Iном, с, А |
1000 |
Iном, А |
1000 |
Iном, с £ Iном |
|
|
Iкз, р, кА |
45,64 |
Iп, кА |
31 |
Iкз, с £ Iп |
|
|
Вк, кА×с |
52,2 |
Iтер, кА |
15 |
Вк £ I2тер× tтер |
|
|
tтер, с |
10 |
||||
|
РЛНД – 1 – 35/600,РЛНД – 2 – 35/600 |
Uном, с, кВ |
35 |
Uном, кВ |
35 |
Uном, с £ Uном |
|
Iном, с, А |
300 |
Iном, А |
600 |
Iном, с £ Iном |
|
|
Iкз, р, кА |
12,19 |
Iп, кА |
31 |
Iкз, с £ Iп |
|
|
Вк, кА×с |
28,8 |
Iтер, кА |
12 |
Вк £ I2тер× tтер |
|
|
tтер, с |
10 |
||||
|
ОД – 220/1000 |
Uном, с, кВ |
220 |
Uном, кВ |
220 |
Uном, с £ Uном |
|
Iном, с, А |
1000 |
Iном, А |
1000 |
Iном, с £ Iном |
|
|
Iкз, р, кА |
62,75 |
Iп, кА |
31 |
Iкз, с £ Iп |
|
|
Вк, кА×с |
108,9 |
Iтер, кА |
15 |
Вк £ I2тер× tтер |
|
|
tтер, с |
10 |
Изтабл. 1.8видно,что установленноеоборудованиеполностью подходитпоусловиям эксплуатации.
1.6.1.3. Выбор
трансформаторовнапряжения.Трансформатор
напряженияпредназначендля
понижениявысокогонапряжения
достандартногозначения
100 Вили100/
Ви
дляотделенияцепей
измеренияирелейной
защитыотпервичных
цепейвысокогонапряжения.
Существуюттрансформаторынапряжения
различногоклассаточности.
Погрешность зависитот
конструкциимагнитопровода,магнитной
проницаемостисталии
отcosjвторичной
нагрузки.Наподстанции
«Правобережная»установленытрансформаторынапряжения
НКФ – 220,НКФ – 110и3НОМ
– 35. Трансформатор напряжения НКФ – 110
имеет двухстержневоймагнитопровод,на
каждомстержнекоторого
расположенаобмоткаВН,
рассчитаннаянаполовину
фазногонапряженияUФ/2.Таккак
общаяточкаобмотки
ВНсоединенас
магнитопроводом,тоон
поотношениюк земле
находитсяподпотенциалом
Uф/2.Трансформаторынапряжения
НКФ – 220состоятиз
двухблоков,установленных
одиннаддругим,
тоестьимеют
двамагнитопроводаи
четыреступеникаскадной
обмоткиВНс
изоляциейнаUф/4.Проведемвыбор
ипроверкутрансформаторовнапряжения.
Результатывыборасведем
втабл. 1.9.
Таблица 1.9
Выбортрансформаторовнапряжения
|
Типэлектрооборудования |
Расчетныйпараметрэлектрическойцепи |
Каталожныеданныеоборудования |
Условиевыбора |
||
|
НКФ – 220 |
Uуст, кВ |
220 |
Uном, кВ |
220 |
Uуст £ Uном |
|
НКФ – 110 |
Uуст, кВ |
110 |
Uном, кВ |
110 |
Uуст £ Uном |
|
3НОМ – 35 |
Uуст, кВ |
35 |
Uном, кВ |
35 |
Uуст £ Uном |
1.6.1.4. Выборсеченияпроводов воздушныхлиний.Воздушные линиипредназначеныдля передачиираспределения электрическойэнергиипо проводамнаоткрытом воздухе.Проводапри помощиизоляторовиарматурыприкрепляются копорамили кронштейнамназданиях исооружениях.При выборесеченияпроводов необходимоучитыватьряд техническихиэкономических факторов:
- нагревотдлительного выделениятепларабочим телом;
- нагревоткратковременноговыделения теплатокомкороткого замыкания;
- падениенапряженияв проводахвоздушнойлинии отпрохождениятока внормальныхи аварийныхрежимах;
- механическаяпрочность — устойчивостькмеханической нагрузке(собственныйвес, гололед,ветер);
- «коронирование» — фактор, зависящийотвеличины применяемогонапряжения,сечения проводаиокружающая среда.
Наподстанции«Правобережная»в основномприменяютсядвухцепные линии.Этосделано длятого,чтобы снизитьиндуктивноесопротивление линии.Уменьшениеиндуктивного сопротивлениялинииприводит куменьшениюпотерь мощностиприпередачи электрическойэнергии,что улучшаетэкономическиехарактеристики.Для защитылинииэлектропередачиот прямыхударовмолнии используютсягрозозащитныетросы сечением70 мм2для линий220 кВи50 мм2длялиний 110 кВ.
Выборсеченияпроводов линийэлектропередачипроводится поэкономическойплотности тока.Тогда,согласно [5]:
(1.5)
гдеIрасч – максимальныйрасчетныйток влинии, А;
jэк – экономическаяплотность тока, А/мм2.
Согласно[5], экономическаяплотностьтокаjэк дляалюминиевыхпроводов равна1,0 А/мм2.Для окончательноговыборанеобходимо проверитьпроводподопустимойпотери напряжения:
(1.6)
где
- активнаямощность, кВт;
- реактивнаямощность,
кВ×Ар;
- активноесопротивление
линии, Ом;
- индуктивноесопротивление
линии, Ом;
l – длиналинии, км;
U – напряжениесети, кВ.
Проверим правильностьвыборапроводов, используемыхнавоздушных линиях,отходящихот подстанции«Правобережная».Марки используемыхнаподходящих иотходящихвоздушных линияхпредставленыв табл. 1.10.
Таблица 1.10
Маркииспользуемыхпроводов насоответствующихлиниях
|
Правобережная |
Донская |
СухаяЛубна |
Центролит |
Московская |
Бугор |
Лебедянь |
Вербилово |
Кирпичныйзавод |
ЛОЭЗ |
Мясокомбинат |
Борино |
|
АСО – 300 |
АС – 185 |
АС – 185 |
АС – 185 |
АС – 185 |
АС – 185 |
АС – 185 |
АС – 185 |
АС – 95 |
АС – 95 |
АС – 95 |
АС – 95 |
Тогда, согласноформуле(1.6), потерянапряжениядля линии«Правобережная»напряжением 220 кВравна:
Теперь определимдопустимуюпотерю напряжениявлинии. Допускаетсяпотерянапряжения влиниине более5%.То есть:
Из расчетавидно,что потерянапряженияв линиименьшедопустимых величинDU£ DUдоп,следовательно данныйпроводподходит. Дляостальныхлиний расчетпроводитсяаналогично. Результатырасчетапредставлены втабл. 1.11.
Таблица 1.11
Потеринапряженияв воздушныелинии
|
Донская |
СухаяЛубна |
Центролит |
Московская |
Бугор |
Лебедянь |
Вербилово |
Кирпичныйзавод |
ЛОЭЗ |
Мясокомбинат |
Борино |
|
4278 |
2980 |
420 |
591 |
305 |
7153 |
1980 |
31,3 |
163 |
93,9 |
479 |
Теперь определимдопустимыепотери напряжениявлиниях напряжением 110 кВ и 35 кВ.При этом допускается потеря напряжения не более5%:
Из расчетавидно,что выбраннаямаркапровода навсехвоздушных линиях,кромелинии «Лебедянь»,таккак падениенапряженияменьше допустимогозначения.Для линии«Лебедянь»необходимо выбратьпроводбольшего сечения,либоуменьшить протекающийпопроводам номинальныйток.
По условияммеханическойпрочности на линияхэлектропередачинапряжением более1000 Вприменяются многопроволочныепровода.Необходимо выполнениеусловия:
(1.7)
однако проверкапоусловию (1.7)длялиний электропередачинапряжениемвыше 1000 Вкакправило непроизводится,так каквбольшинстве случаевзначениеFмин.мех.оказываются меньшетребуемыхподругимусловиям сечений.Условием,определяющим допустимостьиспользованиятого илииногосечения проводовлинийэлектропередачис точкизренияэкономически приемлемогоуровняпотерь мощностииэлектроэнергиина «корону»,являетсяограничение максимальнойнапряженностиэлектрическогополя наповерхностипроводов. В[5] приведеныминимальныесечения проводовдлявыполнения этогоусловия.Выбранные вышепроводадля воздушныхлинийнапряжением 220 кВ,110 кВи35 кВпревосходятминимальные допустимыезначения.Следовательно данныепроводаподходят.
1.7. Оценка уровнянадежностиподстанции «Правобережная»
Оценкауровня надежности электроэнергетических объектовявляетсяосновным вкомплексепредъявляемых книмтребований. Внекоторыхэнергетическихсистемах числоаварийдостигает несколькихдесятковв год,агодовой недоотпускэлектрическойэнергии врезультатеаварий — несколькомиллиардов киловатт-часов.Притакой высокойаварийностиоценка надежностиотдельныхвидов оборудованияиустановок ипоисквозможных путейповышениянадежности становятсяпервоочереднымизадачами. Сдругойстороны, оценивущерб,нанесенный потребителямперерывомэлектроснабжения,убытки, вызванныеаварийнымремонтом, атакжерасходы, связанныесповышением надежности,можноставить вопрособоптимальном уровненадежностиэлектроэнергетическихустановок. Свнедрениемновой техникипроблеманадежности основногооборудованиястановится однойизглавных.
Всеэлектроприемники,которые получаютэлектроэнергиюс шин110 кВ,35 кВ и10 кВподстанции «Правобережная»,понадежности электроснабженияотносятсякIиIIкатегории. Поэтомунеобходимообеспечить качественноеинадежное электроснабжениявсехприемников. Длякачественногои надежногоэлектроснабжениянеобходима безотказнаяработавсех элементов,установленныхна подстанции.Дляупрощения оценкисделаемследующее допущение:одновременноепоявление отказовдвух, а, тем более, несколькихэлементовпоследовательногоих соединения,вотношении надежностисчитаетсяневозможным;
Схемазамещения подстанции«Правобережная» для оценки надежностипредставлена на рис. 1.8. Оценка надежности будем проводить на основании классического метода расчета надежности. Данный метод выбран на основании того, что является простыми доступным для проведения расчета. Показатели надежности отдельных элементов получены на основании расчетов, представленных в [6], а также на основании данных полученных на предприятии. Показатели надежности отдельных элементов представлены в табл. 1.12 и табл. 1.13.
Таблица 1.12
Показатели надежноститрансформатораи масляноговыключателя
|
Трансформатор |
Внезапныеотказы |
|
27097,5 |
|
|
|
||
|
Постепенныеотказы |
|
45845 |
|
|
|
|
||
|
Вероятностьбезотказной работы |
|
|
|
|
Восстановление |
|
0,05 |
|
|
|
|
||
|
Выключатель |
Внезапныеотказы |
|
7903,6 |
|
|
|
||
|
Постепенныеотказы |
|
167598 |
|
|
|
|
||
|
Вероятностьбезотказной работы |
|
|
|
|
Восстановление |
|
0,04 |
|
|
|
|
 |
Рис. 1.8. Схемазамещения подстанции«Правобережная»относительно надежности
где1 – линия электропередачи;
2 – разъединитель;
3 – шины;
4 – масляныйвыключатель;
5 – отделитель;
6 – короткозамыкатель;
7 – трансформатор.
Таблица 1.13
Показатели надежности разъединителя, отделителя, короткозамыкателя и шин
|
Разъединитель |
Отказ |
|
42434,8 |
|
|
|
||
|
Восстановление |
|
0,1 |
|
|
|
|
||
|
Отделитель |
Отказ |
|
6821,8 |
|
|
|
||
|
Восстановление |
|
0,33 |
|
|
|
|
||
|
Короткозамыкатель |
Отказ |
|
5141,6 |
|
|
|
||
|
Восстановление |
|
0,18 |
|
|
|
|
||
|
Сборныешины |
Отказ |
|
12269,4 |
|
|
|
||
|
Восстановление |
|
0,3 |
|
|
|
|
Таккак отподстанции«Правобережная»потребители получаютэлектрическуюэнергию напряжением110 кВ,35 кВ и10 кВ,то необходимоопределитьнадежность ихэлектроснабжения.Расчет проводитсянаосновании показателейнадежности,представленныхвыше. Так какрасчетдля приемниковразличногонапряжения проводитсяаналогично,торассмотримтолько схемуэлектроснабженияприемников напряжением35.Определим суммарнуюинтенсивностьотказов цепи:
Аналогичнымобразом находимсуммарнуюинтенсивность отказовостальныхцепей. Результатырасчетапредставлены втабл. 1.14.
Таблица 1.14
Интенсивность отказовцепейсхемы замещения
|
Lэ2, 1/ч. |
Lэ3, 1/ч. |
Lэ4, 1/ч. |
Lэ5, 1/ч. |
Lэ6, 1/ч. |
|
2,01×10 –5 |
1,79×10 –6 |
2,90×10 –6 |
2,90×10 –6 |
3,51×10 –6 |
Эквивалентнаясхема замещениясистемыэлектроснабженияприемников напряжением35 кВпредставлена нарис. 1.9.Теперь определимсуммарнуюинтенсивность отказовсхемыэлектроснабженияпотребителей напряжением35 кВ:
Среднеевремя безотказнойработысистемы электроснабженияпотребителейнапряжением 35 кВ:
Среднеевремя восстановлениясистемыэлектроснабженияпотребителей напряжением35 кВравно:
 |
Рис. 1.9. Эквивалентнаясхемазамещения системыэлектроснабженияприемников напряжением35 кВ
Коэффициентготовности системыэлектроснабженияпотребителей напряжением 35 кВ:
Вероятностьбезотказной работысистемына интервалевремениот 0до t0:
Таккакприемники, получающиеэлектрическуюэнергию напряжением35 кВот подстанции«Правобережная»,относятся кI иII категориипонадежности, тонеобходимообеспечить резервирование.Поэтомуэлектрическая энергиянашины 35 кВпоступаетс двухавтотрансформаторов.Определим надежностьсистемыэлектроснабженияс учетомрезервирования.Система можетнаходитьсяв четырехсостояниях:три работоспособныеиодно — отказ.
- обаэлементаработоспособны;
- первыйэлементотказал, второйработоспособен;
- первыйработоспособен,а второйотказал;
- обаэлементаотказали.
Прирасчетебудем считать,чтосистема состоитиздвух параллельныхветвей. Израсчета, представленноговыше,известно:
Тогда:
Тогдакоэффициентготовности системы:
Коэффициентпростоясистемы:
Теперьопределиминтенсивность отказовсистемыиз этихрезервированныхэлементов:
Среднее времябезотказнойработы:
Израсчета видно,чтопри резервированиисреднеевремя безотказнойработысистемы достигает9248лет, чтозначительнопревышает срокслужбылюбого оборудования.
2. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТАВСИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
2.1. Общие сведения
2.1.1. Назначениерелейнойзащиты. Вэнергетическихсистемах могутвозникатьповреждения иненормальныережимы работыэлектрооборудованияэлектростанцийи подстанций,ихраспределительныхустройств, линийэлектропередачии электроустановок потребителейэлектрическойэнергии. Повреждениявбольшинстве случаевсопровождаютсязначительным увеличениемтокаи глубокимпонижениемнапряжения вэлементахэнергосистемы.Повышенный токвыделяетбольшое количествотепла,вызывающее разрушениявместе поврежденияиопасный нагревнеповрежденныхлиний иоборудования,по которымэтотток проходит.Понижениенапряжения нарушаетнормальнуюработу потребителейэлектроэнергиии устойчивостьпараллельнойработы генераторовиэнергосистемы вцелом.Ненормальные режимыобычноприводят котклонениювеличин напряжения,токаи частотыотдопустимых значений.Припонижении частотыинапряжения создаетсяопасностьнарушения нормальнойработыпотребителей иустойчивостиэнергосистемы,аповышениенапряжения итокаугрожает повреждениемоборудованияи линийэлектропередачи.Таким образом,повреждениянарушают работуэнергосистемыипотребителейэлектроэнергии,а ненормальныережимысоздают возможностьвозникновенияповреждений илирасстройстваработы энергосистемы.
Дляобеспечениянормальной работыэнергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо как можно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем ненормальные условия их работы и прекращая разрушения в месте повреждения.Поэтому возникает необходимость в создании и применении автоматических устройств, выполняющих указанные операции и защищающих систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов.
Первоначальновкачестве подобнойзащиты применялись плавкие предохранители. Затем были созданы защитные устройства, выполняемые при помощи специальных автоматов — реле, получившие название релейной защиты.
Релейнаязащитаявляется основнымвидомэлектрической автоматики,безкоторой невозможнанормальнаяи надежнаяработасовременных энергетическихсистем.Она осуществляетнепрерывныйконтроль засостояниеми режимомработывсех элементовэнергосистемыи реагируетнавозникновение поврежденийиненормальных режимов.Привозникновении поврежденийзащитавыявляет иотключаетот системыповрежденныйучасток, воздействуянаспециальные силовыевыключатели,предназначенныедля размыканиятоковповреждения. Привозникновенииненормальных режимовзащитавыявляет ихив зависимостиотхарактера нарушенияпроизводитоперации, необходимыедлявосстановлениянормального режима,илиподает сигналдежурномуперсоналу.
2.1.2. Требования, предъявляемыекрелейной защите.Этитребования делятсяна двебольшие группы:
- требованиякзащите откороткихзамыканий;
- требованиякзащитам отненормальныхрежимов.
Требованиякзащите откороткихзамыканий:
- селективность;
- быстродействие;
- чувствительность;
- надежность.
Селективность — это способностьзащитыотключать прикороткихзамыканиях толькоповрежденныйучасток сети.Такимобразом, селективноеотключениеповреждения являетсяосновнымусловием дляобеспечениянадежного электроснабженияпотребителей.
Быстродействие — это способностьзащитыотключать повреждениясвозможно большейбыстротойдля ограниченияразмеровразрушения оборудования,повышенияэффективности автоматическогоповторноговключения линийисборных шин,уменьшенияпродолжительностиснижения напряженияупотребителей употребителейи сохраненияустойчивостипараллельной работыгенераторов,электростанцийи энергосистемы в целом.
Чувствительность — это способность защиты реагировать на повреждения в минимальных режимах системы электроснабжения, когда изменение воздействующей величины, то есть величины, на которую реагирует защита, будет минимальной. Чувствительность защитыоценивается коэффициентом чувствительности. Коэффициент чувствительности есть отношение между значением воздействующей величины при повреждении защищаемой зоны и установленным на защите параметром ее срабатывания. Для защит, реагирующих на ток:
гдеIкз.min – минимальныйток короткогозамыкания;
Iс.з. – токсрабатывания защиты.
Надежность — это способность защиты выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение определенного промежутка времени.
Защиты от ненормальных режимов, так же как и защиты от коротких замыканий, должны обладать селективностью, чувствительность и надежностью. Быстродействие от этих защит, как правило, не требуется. Часто ненормальные режимы носят кратковременный характер и самоликвидируются, например кратковременная перегрузка при пуске асинхронного электродвигателя. В тех случаях, когда устранение ненормальных режимов может произвести дежурный персонал, защита от ненормальных режимов может выполняться с действием только на сигнал.
2.2. Виды релейнойзащиты
2.2.1. Токовая защита.Защита,для которойвоздействующейвеличиной являетсяток,называется токовойзащитой.Этот видзащитывсистемахэлектроснабженияполучил наибольшеераспространение.Первыми токовымизащитамибыли плавкиепредохранители.Суть защитыплавкимпредохранителемзаключается втом,что припротеканиибольшого токаплавкаявставка разрушаетсяицепь разрывается.Втоковых защитахприменяютсяэлектромагнитныереле максимальногоиминимального тока.Релемаксимального токадействуетпри превышениивоздействующейвеличины токасрабатыванияреле, арелеминимального тока — приснижениивоздействующейвеличины менеетокасрабатывания реле.Токовыезащиты делятсянамаксимальные токовыезащитыи токовыеотсечки.Токовая отсечка — этозащита,которая срабатываетмгновенно.
2.2.2. Защита понапряжению.Для данноговидазащиты воздействующейвеличинойявляется напряжение.Защитапо напряжению,каки токоваязащита,выполняется наэлектромагнитныхреле максимальногоиминимального напряжения.
2.2.3. Токовая направленнаязащита.Направленной называетсязащита,которая действуетприопределенном направлениимощностикороткого замыкания.Данныйвид защитыприменяетсяв сетяхсдвухсторонним питанием.Защитав этихсетяхдолжна нетолькореагировать напоявлениетока короткогозамыкания,нодляобеспечения селективностидолжнатакже учитыватьнаправлениемощности короткогозамыканияв защищаемойлинииили, иначеговоря,фазу токавлинии относительнонапряженияна шинах.Направлениемощности короткогозамыкания,проходящей полинии,характеризует,где возниклоповреждение:на защищаемойлинииили надругихприсоединениях,отходящих отшинданной подстанции.Этообстоятельствоиспользуется втоковой направленной защите, которая по знакумощностиопределяет, накакомприсоединении возниклоповреждение,и действуеттолькопри короткомзамыканиина защищаемомучастке.
2.2.4. Дистанционная защита.Данныйвид защитыприменяетсявсетяхсложной конфигурации,например,кольцевая сетьсдвухсторонним питанием.Выдержкавремени дистанционнойзащитызависит отрасстояниямежду местомустановкизащиты иточкойкороткого замыкания.Приэтом ближайшаякместу повреждениядистанционнаязащита всегдаимеетменьшую выдержкувремени,чем болееудаленныезащиты, благодаряэтомуавтоматически обеспечиваетсяселективноеотключение поврежденногоучастка.Основным элементомдистанционнойзащиты являетсядистанционныйорган, определяющийудаленностькороткого замыканияотместа установкизащиты.В качестведистанционногооргана используютсярелесопротивления,непосредственноили косвеннореагирующиена полное,активноеили реактивноесопротивлениелинии.
2.2.5. Дифференциальнаязащита. Принципдействиядифференциальнойзащиты основаннасравнении величиныифазы токоввначале иконцезащищаемого участка.Даннаязащита обеспечиваетмгновенноеотключение короткогозамыканияв любойточкезащищаемого участкаиобладает селективностьюприкоротком замыканиизапределами защищаемойзоны.Дифференциальныезащиты подразделяютсянапродольные ипоперечные. Первые служатдлязащиты какодинарных,так ипараллельныхлиний, вторые — толькопараллельныхлиний.
2.2.6. Высокочастотнаязащита. Высокочастотныезащитыявляются быстродействующимиипредназначаютсядля линийсреднейи большойдлины.Они применяютсявтех случаях,когдапо условиямустойчивостиили другимпричинамтребуется быстроедвухстороннееотключение короткогозамыканияв любойточкезащищаемого участка.Удовлетворяющиеэтому жетребованиюпродольные дифференциальнаязащитанепригодна длядлинныхлиний вследствиевысокойстоимости соединительногокабеляи недопустимогоувеличенияего сопротивления.Попринципу действиявысокочастотнаязащита нереагируетна короткиезамыканиявне защищаемогоучасткаи поэтому,также какидифференциальныезащиты, неимеютвыдержки времени.Существуетдва видавысокочастотныхзащит:
- направленная защитасвысокочастотнойблокировкой, тоестьс блокировкойтокамивысокой частоты,основаннаяна сравнениинаправлениймощности короткогозамыканияпо концамзащищаемойлинии;
- дифференциально-фазныевысокочастотнаязащита, основаннаянасравнении фазтоковпо концамлинии.
2.3. Элементы релейнойзащиты
Устройства релейнойзащиты,согласно [8],состоят изнесколькихреле, соединенныхдругс другомпоопределенной схеме.Релепредставляет собойавтоматическоеустройство, котороеприходитв действиеприопределенном значениивоздействующейна неговходнойвеличины. Врелейнойзащите применяютсярелес контактами — электромеханические, бесконтактные — на полупроводникахилина ферромагнитныхэлементах.У первыхприсрабатывании замыкаютсяили размыкаются контакты,увторых — при определенномзначениивходной величиныхскачкообразноменяется выходнаявеличинау.
Каждый комплектрелейнойзащиты подразделяетсянадве части:
- реагирующая;
- логическая.
Реагирующая частьявляетсяглавной, онасостоитиз основныхреле,которые непрерывнополучаютинформацию осостояниизащищаемого элементаиреагируют наповрежденияили ненормальныережимы,подавая соответствующиекомандына логическуючастьзащиты.
Логическая частьявляетсявспомогательной,она воспринимаеткомандыреагирующей частии,если ихзначение,последовательностьисочетаниесоответствуют заданнойпрограмме,происходит заранеепредусмотренныеоперации иподаетуправляющий импульснаотключение выключателей.Логическаячасть можетвыполнятсяс помощьюэлектромеханическихреле илисхемс использованиемполупроводниковыхприборов. Всоответствиисэтимделением защитныхустройствреле такжеделятсяна двегруппы:
- основные, реагирующиенаповреждения;
- вспомогательные, действующиепокоманде первыхииспользуемые влогическойчасти схемы.
В качествереагирующихреле применяют:
- токовые реле,реагирующиена величинутока;
- реле напряжения,реагирующиена величинунапряжения;
- реле сопротивления,реагирующиена изменениесопротивления.
Кроме того,широкоераспространениеполучили релемощности,реагирующие навеличинуи направлениемощностикороткого замыкания,проходящийчерез местоустановкизащиты. Длязащитот ненормальныхрежимов,так жекаки длязащитот короткихзамыканий,используются релетокаи напряжения.Первыеслужат вкачествереле, реагирующихнаперегрузку, авторые — наопасное повышениеилиснижение напряжениявсети. Крометого,применяется рядспециальныхреле, например,релечастоты, действующеепринедопустимом сниженииилиповышении частоты;тепловыереле, реагирующиенаувеличение тепла,выделяемоетоком приперегрузках.
Кчислувспомогательныхреле относятся:
- реле времени,служащиедля замедлениядействиязащиты;
- реле указательные,служащиедля сигнализацииификсации действиязащиты;
- реле промежуточные,передающиедействие основныхреленаотключениевыключателей ислужащиедля осуществлениявзаимнойсвязи междуэлементамизащиты.
В настоящеевремяв различныхустройствахрелейной защитыполучилираспространениеинтегральные транзисторно-транзисторныелогическиесхемы[9].Для устройстврелейнойзащиты иавтоматикишироко применяютсяэлементыинтегральной высокопороговой транзисторно-транзисторной логикисерииК155 иК511,предназначенныхдля работывусловиях повышенныхэлектромагнитныхпомех.
Практика применениялогическихэлементов показывает,чтонаиболее рациональнымявляетсяприменение вустройствахрелейной защитыунифицированныхлогических элементов,реализующихпоследовательнодве логическиеоперации«ИЛИ – НЕ» и«И – НЕ».Они образуютфункциональнополную группу[10], тоестьна основеэлементовтолько одногоизэтих типоввозможнопостроить любуюзаданнуюлогическую схему. Однотипностьлогических элементовоблегчаетпроектирование,изготовление иэксплуатациюустройств релейнойзащиты.Еще однимпреимуществомунифицированныхлогических элементов,включающихв себяинверторы,является наличиевихсхемеактивного усилительногоэлемента,состоящего изодногоили несколькихтранзисторов.Это исключаетвозможностьзатухания уровнясигналав цепочкеизнескольких последовательносоединенныхэлементов.
При проектированиисхемсинтегральнымилогическими элементамитипаК155иК511 необходимоучитыватьособенность режимаработывыходных каскадовэтихэлементов припереходевыходного сигналаот1 к0и наоборот.Вмомент переходавозможенкратковременныйрежим, когдаоткрытыоба транзисторавыходногокаскада, чторезкоувеличивает потребляемыйэлементомток. Такиеброскитока могутвызватьрезкие колебаниянапряженияпитания элементовивследствие этогосбоив работеузловсхемы. Дляисключениятаких сбоевнепосредственнона выводахпитаниямикросхем устанавливаются конденсаторы,смалой собственнойиндуктивностью,например типаКМиКЛС.
3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИУСТРОЙСТВРЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫИАВТОМАТИКИ
3.1. Причиныаварий вэнергосистеме
Анализаварийности вэнергосистемеявляется основнойзадачейрасследования технологическихнарушений.При этомподаварийностью будемпониматьсостояние системы,котороехарактеризуетсячислом нарушений иихпоследствиями заопределенныйпериод. Приэксплуатацииэлектрооборудованияежемесячно составляютсясведенияо численарушенийза истекшийпериод.На основанииэтогоотчета определяютсяабсолютныеи относительныеизмененияпо сравнениюспредыдущим периодомэксплуатации.
Использованиеметодов надежностидляанализа аварийностиэлектрооборудованияв энергосистемесвязанос определеннымитрудностями.Данные методынаправленына оценкунадежностии эффективностисерийногооборудования. Приизвестныхпараметрах надежностиотдельныхэлементов системыэтиметоды позволяютоценитьнадежность связеймеждуузлами системы.Однако,причинами нарушенийявляютсяне тольконеполадкив оборудовании,нои опасныевнешниевоздействия наэлементысистемы иошибкичеловека приуправлениитехнологическимипроцессами вэнергосистеме.Поэтому необходимоучитыватьповедение человекаивлияние внешнейсредысущественно ограничиваютприменениетеории надежностидляцелей анализааварийностив энергосистеме.Функциональнаямодель возникновенияаварийв энергосистемепредставленана рис. 3.1.Качественный