Реконструкция подстанции

Трансформаторы тока и напряжения:

измерительные трансформаторы тока ТЛО-СЭЩ-10 с коэффициентом трансформации 2000/1, класс точности 0,2 S; измерительные трансформаторы напряжения 3×3НОЛ-10 с коэффициентом трансформации 10 000/100/√3, класс точности 0,2;Вторичные цепи:

1) потери напряжения в цепи «трансформатор напряжения — электросчетчик» не превышают 0,25% номинального вторичного напряжения трансформатора напряжения;

2) подсоединение кабеля от ТТ и ТН к электросчетчику через испытательную коробку (специализированный клеммник), расположенную около счетчика. 3) должны быть защищены от несанкционированного доступа.

10. Защита от перенапряжений.

Вакуумные выключатели типа ВВЭ-10 используются в серийных КРУ общепромышленного назначения типа КМ-1, КМ-1Ф, К-104.К недостаткам всех вакуумных выключателей следует отнести повышенный уровень коммутационных перенапряжений, что в ряде случаев вызывает необходимость принятия определенных мер по защите оборудования. В процессе отключения в межконтактном промежутке вакуумного выключателя возникает дуга, горящая в парах металла контактов. Вследствие высокой скорости нарастания электрической прочности межконтактного промежутка в вакууме в процессе размыкания дуга гаснет до перехода тока промышленной частоты через нуль, происходит срез тока, вследствие чего энергия, запасённая в индуктивных элементах фидера (например, в индуктивности электродвигателя и питающего его кабеля), вызывает повышение напряжения в образующемся колебательном контуре L — C. На протяжении нескольких лет Всесоюзный электротехнический институт им. Ленина и Красноярский институт цветных металлов им. Калинина на ряде промышленных предприятий измеряли перенапряжения при коммутации серийных высоковольтных двигателей вакуумными выключателями типов ВВТЭ и ВВЭ. Было обследовано более 50 двигателей мощностью 250—1250 кВт и выполнено более 2000 измерений коммутационных перенапряжений (КП), зарегистрированных одновременно в трех фазах (на зажимах электродвигателя и на шинах выключателя при коммутации двигателя на холостом ходу, под нагрузкой в процессе пуска), что позволило накопить статистический материал о вероятном их распределении и определить основные параметры. Средние значения кратности.

К перенапряжений (отношение максимальной амплитуды перенапряжения к амплитудному значению фазного рабочего напряжения сети) при коммутации электродвигателей мощностью 520—1250 кВт находятся в интервале 1,3—3,2: зарегистрированные максимальные перенапряжения при включении = 5,9, при отключении = 4,2; для электродвигателей мощностью 250−500 кВт К= 3,4 — 4,1; = 2,1 — 5,96, = 3,9 — 6,82.Крутизна фронта волн при коммутационных перенапряжениях достигает 3 — 5 кВ/мкс; частоты собственных колебаний напряжений в обмотках находятся в диапазоне 5 — 20 кГц; средняя длительность импульсов в фазах обмотки 0,5 — 2 мс; максимальная длительность импульсов КП при повторных зажиганиях дуги в выключателе 5 — 10 мс. Повторные пробои и зажигания дуги в вакуумном выключателе ограничивают амплитуду, однако даже при кратности.

К < 3 перенапряжения могут представлять опасность для витковой изоляции статора электродвигателя вследствие высокой крутизны фронта волн и неравномерного распределения напряжений в обмотке электродвигателя. При этом на входную катушку обмотки статора двигателя может приходиться до 70 — 95% от амплитуды импульса напряжения, что многократно превышает нормы испытательного напряжения изоляции и может явиться причиной её повреждения. При отключении электродвигателей мощностью 500 кВт и более распределение вероятности КП, как правило, подчиняется нормальному и логарифмически нормальному законам с уровнем значимости α = 0,2. При отключении электродвигателей мощностью менее 500 кВт распределение вероятности КП близко к равномерному и арксинусоидальному. Частоты собственных колебанийнапряжений в обмотках находятся в диапазоне 5 — 20 кГц. Средняя длительность импульсов в фазах обмотки составляет 0,5 — 2 мс. Максимальная длительность импульсов КП при повторных зажиганиях дуги в выключателе достигает 5 — 10 мс. На основе обработки результатов измерений установлено следующее. Как показывает регрессионная КП от номинальной мощности отключаемых электродвигателей (рис. 10.

1.), с ростом их номинальной мощности средние и максимальные КП уменьшаются. Последнее объясняется в основном снижением волнового сопротивления обмоток. При отключении электродвигателей номинальной мощностью менее 630 кВт вероятность повторных пробоев зажиганий дуги в вакуумном выключателе не превышает 0,05 — 0,25. Для крупных электродвигателей мощностью более 630 кВт вероятность повторных зажиганий дуги существенно ниже (расчетное значение не превышает 10−2).Повторные пробои в зажигания дуги в вакуумном выключателе ограничивают амплитуду КП, создаваемых в результате среза тока в нагрузке, однако даже при незначительных амплитудах (К < 3), КП могут представлять опасность для витковой изоляции статора электродвигателя вследствие высокой крутизны фронта волн, достигаю щей max (du/dt) — - 3+5 кВ/мкс, и неравномерного распределения напряжений в обмотке электродвигателя.Рис. 10.

1. Зависимость кратности КП от мощности эл. двигателей.

На рис. 10.

1. показаны гарантированные уровни импульсной прочности новой и бывшей в эксплуатации (100 тыс. ч и более) изоляции электродвигателей (соответственно линии 1 и 2). Как видно, при коммутации электродвигателей мощностью более 630 кВт КП, как правило, не превышают гарантированных уровней импульсной прочности изоляции статора. Однако анализ показывает, что при коммутации вышеуказанными типами выключателей двигателей мощностью более 630 кВт КП могут превысить гарантированный МЭК уровень импульсной прочности изоляции с вероятностью не более 5 · 10−5. Таким образом, вероятность повреждения изоляции мала и применение средств защиты от КП этом случае, целесообразно лишь как дополнительная мера. Для электродвигателей мощностью 520 — 630 кВт вероятность превышения КП гарантированного МЭК уровня импульсной прочности изоляции статора составляет около 2−10−4. Применение средств защиты от КП для электроустановок с частыми коммутациями в этом случае целесообразно, тем более, что дополнительные затраты относительно невелики. В электродвигателях небольшой мощности (500 кВт и менее) КП, как правило, превышают гарантированные уровни электрической прочности изоляции, поэтому для них необходимы средства защиты от КП. Опыт эксплуатации вакуумных выключателей подтверждает необходимость дифференцированного подхода к применению средств защиты от КП.

Например, известны неоднократные случаи электрического пробоя статорных обмоток двигателей мощностью 500 кВт и менее. В то же время относительного увеличения числа повреждений крупных электродвигателей мощностью более 630 кВт, коммутируемых вакуумными выключателями, по сравнению с двигателями аналогичной мощности, коммутируемых масляными выключателями, не отмечается. Таким образом, для двигателей в ряде случаев защита от КП необходима. Однако специальных устройств защиты от КП до недавнего времени серийно не выпускали, а существовавшие средства часто оказывались либо малоэффективными, либо неприемлемыми по тем или иным условиям. Так, вентильные разрядники, импульсное пробивное напряжение которых выше 4Uф (Uф — действующее значение фазного напряжения сети), защиту двигателей от КП полностью не обеспечивают. Кроме того, габариты вентильных разрядников часто не позволяют разместить эти устройства в существующих распредустройствах. Уменьшение числа разрядных промежутков и защитного уровня разрядников приводит к снижению их надежности. Известны случаи, когда одновременное срабатывание разрядников в двух фазах приводило к их разрушению в результате межфазного замыкания. В последние годы в нашей стране и за рубежом активно проводятся исследования, связанные с внедрением нелинейных ограничителей перенапряжении (ОПН) в электрических сетях.

Однако, как показывает опыт эксплуатации, из-за ряда причин применение ОПН не решает полностью проблему КП для электродвигателей. Во-первых, современные ОПН, выпускаемые промышленностью, имеют примерно трехкратный уровень ограничения импульсных перенапряжений, не обеспечивающий окончательную защиту электродвигателей от КП. Поэтому ОПН и разрядники могут быть применены лишь для защиты от КП нагрузок, имеющих более высокий уровень импульсной прочности изоляции, чем вращающиеся машины, например силовых трансформаторов. В частности, японская фирма «Тошиба» рекомендует применять разрядники и ОПН для защиты трансформаторов мощностью менее 300 кВА. Во-вторых, применение в передвижных электроустановках ОПН ограничено их недостаточной надежностью в результате низкой термической стойкости в условиях частых однофазных замыканий на землю и неудовлетворительного действия релейной защиты.

В-третьих, применение ОПН, включаемых между фазами сети и корпусом электрооборудования, в районах с многолетнемерзлыми грунтами может приводить к появлению опасных потенциалов на корпусах оборудования вследствие неэффективного действия защитных устройств. Распространенным способом защиты высоковольтных двигателей от перенапряжений является подключение дополнительной емкости между фазами и корпусом машины. При этом уменьшается не только амплитуда, но и крутизна фронта импульсов КП, что создает более благоприятные условия эксплуатации изоляции. Для повышения эффективности ограничения КП на практике применяется конденсаторная защита не в чистом виде, а в виде RC — цепей. Конденсаторы уменьшают амплитуду и сглаживают форму импульсов КП, вызванных срезом тока. Резисторы способствуют затуханию высокочастотного тока, регулируют воздействие на другие фазы и вместе с конденсаторами уменьшают вероятность повторных зажиганий дуги в вакуумном выключателе. Рассмотрим возможные схемы. Схема включения RC-цепей сзаземленнойнейтралью (рис. 10.1, а) нашла широкое применение за рубежом, однако такое подключение во многих случаях неприемлемо по условиям электробезопасности, так как приводит к увеличению тока однофазного замыкания на землю. В целях уменьшения тока однофазного замыкания на землю рекомендуется включение RC-цепи без заземленной нейтрали по схемам рис. 10.1, б и в.

Как показали выполненные авторами экспериментальные исследования, по эффективности действия схемы на рис. 10.1, а и б эквивалентны. Соединение конденсаторов в треугольник более эффективно, при этом они могут быть меньшей емкости, чем при соединении в звезду, но должны быть рассчитаны на большее рабочее напряжение. Для установления эффективности действия RC — защиты по схемам включения на рис. 10.1, б и вбыли измерены КП, значения которых приведены в табл. 10.

1.В качестве временных средств можно использовать косинусные конденсаторы емкостью0,1 — 0,7 мк.

Ф (например, типов КМ1−10,5−13−2УЗ, КСО-10,5−25−2У1, К41−1, К75−45 и др.) и резисторы 70 — 200 Ом мощностью не менее 75 Вт (например, типов ТВО, С5−40 и др.). Необходимо учесть, что изоляция конденсатора должна быть рассчитана на длительное рабочее напряжение сети и иметь соответствующую импульсную электрическую прочность. Конденсатор и резистор должны быть малоиндуктивными и малогабаритными.Рис. 10.2 — Схемы соединения RC цепочек.

Применение нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН), как показывает опыт эксплуатации, по ряду причин не решает полностью проблему для электродвигателей. Современные ограничители, выпускаемые промышленностью, имеют примерно трехкратный уровень ограничения, не обеспечивающий окончательную защиту электродвигателя, поэтому ОПН и разрядники применимы лишь для защиты нагрузок, имеющих более высокий уровень импульсной прочности изоляции, чем вращающиеся машины (например, силовых трансформаторов).Распространенным способом защиты высоковольтных двигателей является подключение дополнительной емкости между фазами и корпусом машины. При этом уменьшается не только амплитуда, но и крутизна фронта импульсов КП, что создает более благоприятные условия эксплуатации изоляции. На практике конденсаторную защиту применяют в виде RC — цепей. В 2002 г. Центром независимых экспертиз, сертификации и проблем качества при Уральском государственном техническом университете (г. Екатеринбург) была проведена экспертиза по применению RC — ограничителей с указанием различий и преимуществ по отношению к применяемым в настоящее время ОПН, ОПНК и др. RC — ограничитель состоит из последовательно включённых конденсатора и резистора, предназначен для защиты изоляции электрооборудования до 1000 В от коммутационных и грозовых перенапряжений в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Защитное устройство ограничивает:

• перенапряжения, вызванные срезом тока в выключателе (за счет уменьшения волнового сопротивления защищаемого объекта емкостью защитного устройства, что снижает кратность и уменьшает крутизну фронта волны перенапряжений);

• амплитуды высокочастотных коммутационных и грозовых перенапряжений, а также витковых перенапряжений на электродвигателях (вследствие снижения крутизны фронта волны емкостью устройства);

• перенапряжения при повторных зажиганиях дуги в выключателе (за счет демпфирования резисторами высокочастотных колебаний, что существенно снижает вероятность повторных зажиганий).Применение RC — ограничителей целесообразно для защиты электроустановок с частыми коммутациями (электропечные, нефтебуровые, подъемные установки, экскаваторы и др.), особенно при использовании вакуумных выключателей, имеющих высокий уровень токов среза, а также в тех случаях, когда требуется глубокое (вплоть до 1,5 — l, 6 Uф) ограничение коммутационных перенапряжений для защиты электрооборудования с низким уровнем электрической прочности изоляции (длительно находящиеся в эксплуатации электродвигатели, кабели с резиновой изоляцией, сухие трансформаторы, электрооборудование химического производства и др.). Основные преимущества RC — ограничителей по сравнению с ОПН, ОПНК — лучшие защитные свойства; высокая надежность и долговечность; высокая термическая стойкость при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью. Лучшие защитные свойства обуславливает более низкий (1,5 — l, 6 Uф) уровень ограничения коммутационных перенапряжений. В сетях с изолированной нейтралью ОПН и ОПНК должны длительно, от долей секунды (при работающей на отключение быстродействующей защите от однофазного замыкания на землю) до нескольких часов (при защите, работающей на сигнализацию), выдерживать наибольшее линейное напряжение. При этом спад допустимой длительности воздействия напряжения на ОПН до долей секунды приходится именно на диапазон напряжений, близких к номинальному линейному. В этих условиях, чтобы получить уровень ограничения всего лишь (2,0 — 2,1 Uф), требуется надежно ограничить время воздействия на ОПН наибольшего линейного напряжения суммарным временем действия резервной ступени защиты подстанции, что не всегда возможно, а во многих случаях экономически нецелесообразно. Если выполнять ОПН длительно выдерживающими наибольшее линейное напряжение, уровень ограничения будет не ниже (3,0 — 3,2 Uф).Вентильные разрядники типа РВРД, способные ограничивать и грозовые, и коммутационные перенапряжения, позволяют обеспечить лишь уровень 2,5 Uф. Таким образом, сегодня для глубокого ограничения коммутационных перенапряжений нет альтернативы RC — ограничителям. Следует отметить также, что они существенно снижают перенапряжения на витковой изоляции электродвигателей при воздействии импульсов с крутым фронтом (грозовых и возникающих при повторных пробоях), уменьшая крутизну до безопасных величин. Считается, что снижение крутизны до 1 — 2 кВ/мкс делает импульсные перенапряжения неопасными для витковой изоляции, что требует установки в каждой фазе конденсатора емкостью 0,1−10 мк.

Ф. Емкость RC — ограничителей 6 — 10 кВ находится как раз в этом диапазоне. Параметры RC — цепочек определены с учетом циркуляра РАО «ЕЭС России» Ц-5−98(э) от 30.

10.98 г. (с последующим уточнением данных с помощью программного комплекса МАЭС, предназначенного для расчета электромагнитных переходных процессов в электроэнергетических схемах). Оптимальное значение сопротивления резистора RC — ограничителя практически не зависит от емкости сети и находится в пределах 4 — 120 Ом, диапазон оптимальной емкости защитного конденсатора 0,068−10 мк.

Ф.

10.1. Расчет параметров RC-цепи для двигателя мощностью 15кВтРасчет параметров RC-цепи произведем на основе методики изложенной в РД 153−34.3−35.125−99 «Руководство по защите электрических сетей от грозовых и внутренних перенапряжений».Емкость фазы двигателя,(10.1).Эквивалентная емкость коммутирующего присоединения, (10.2)где — емкость кабельной линии,.Емкость RC-цепи, (10.3).Индуктивность схемы, (10.4).Сопротивление защитнойRC-цепи, (10.5).Таким образом, оптимальные параметры защитнойRC-цепи будут и .

10.2. Расчет параметров ОПН для двигателя мощностью 15 кВтДля выбора схемы соединения ОПН рассчитаем емкостной ток от двигателя на землю, (10.6).Общий емкостной ток от максимально возможного количества работающих синхронных двигателей составит: .Однофазный ток короткого замыкания, (10.7). По РД 153−34.3−35.125−99 принимаем схему установки ОПН между фазой и землей, т.к. и. Рассчитаем для синхронного двигателя мощностью 3150 кВт допустимый уровень внутреннего перенапряжения, (10.8), .Выбираем ОПН-КР/TEL-0,38/0,42 УХЛ1 0,0,38/0,42. Параметры: ;;;; при.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте была спроектирована подстанция Западная 110/10 кВ для электроснабжения потребителей города Югра. При выполнении дипломного проекта был произведен расчет электрических нагрузок выводах проектируемой ТП. В результате разработки электрической части дипломного проекта установлено, что для электрообеспечения нагрузок проектируемой ТП необходимо установить два трансформатора типа ТДН мощностью 25 000 кВА каждый. При выполнении дипломного проекта был: Выполнен расчет электрических нагрузок и токов КЗ проектируемой ПС;Осуществлен выбор силовых трансформаторов, а также выбор коммутационного оборудования подстанции.

Выполнен расчет технико-экономических показателей проекта оценка вопросов безопасности жизнидеятельности при проектировании и эксплуатации подстанции. Выполнен расчёт токов КЗсогласно задания, выбраны и проверены коммутационные и защитные аппараты для питающих и распределительных сетей. Распределительная сеть низкого напряжения выполняется по двухлучевой схеме (для потребителей I и II категории), которая является наиболее надежной и простой. Таким образом, в данном дипломном проекте были рассмотрены все основные вопросы проектирования и эффективной работы подстанции. Выполнены мероприятия по электробезопасности объекта (расчёт молниезащиты и заземления подстанции).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Правила устройства электроустановок — М.: Энергоатомиздат, 2011 г."Характеристики электрооборудования напряжением 0.4 кв." / Справочное пособие — Н.Н., 2002 г. Козулин В. С., Рожкова Л. Д. ЭлектроснабжениеМ.: Энергоатомиздат, 1987.

Вагин Г. Я. Специальные вопросы электроснабжения промышленных предприятий: Учебное пособие. Горький. ГПИ. 1986. 76 с. Федоров А. А., Каменева В. В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат.

1984. 472 с. Шидловский А. К., Вагин Г. Я., Куренный Э. Г. Расчёты электрических нагрузок систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат. 1992. 224 с. Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций.

Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989.-608 с. Головкин Н. Н., Карпова Э. Л., Федоров О. В. Технико-экономические расчеты в дипломном проектировании. Учебное пособие.

Н.Новгород, НГТУ, 1991.-104 с. Защита электроустановок от прямых ударов молнии: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / НГТУ; Сост.: Т. М. Щеголькова, Е. И. Татаров и др. Н. Новгород, 2001. — 11с. Защитное заземление электроустановок: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / НГТУ; Сост.: Т. М. Щеголькова, Е. И. Татаров и др. Н. Новгород, 2001.

— 19с. Методические указания к выполнению графической части курсовых и дипломных проектов / НГТУ; Сост.: Т. М. Щеголькова, Е. И. Татаров. Н. Новгород, 2002. — 33с.Г. Я. Вагин, Н. Н. Головкин, О. В. Маслеева Пособие по дипломному проектированию для студентов специальности 1004 «Электроснабжение». Н. Новгород, НГТУ, 2004.-137 с. Стандарт предприятия.

Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к оформлению. C ТБ ЮУрГУ 04−2008/Составители: Сырейщиков Н. В., Гузеев В. И., Сурков И. В., Винокурова Л. В., — Челябинск: ЮУрГУ, 2008.

— 49 с. Нормы технологического проектирования Подстанций переменного тока с высшим напряжением 35 — 750 кВ. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций напряжением 35 — 750 кВ. Типовые решения, Энергосеть проект, 2006 г. Общие технические требования к подстанциям 35 — 750 кВ нового поколения (приложение к «Программе комплексного технического перевооружения электрических сетей ОАО «ФСК ЕЭС» на 2004 — 2012 г.

г.", одобрено решением Правления ОАО «ФСК ЕЭС» от 16.

03.04 № 91).Справочник по проектированию подстанций 35 — 500 кВ/ Г. К. Вишняков, Е. А. Гоберман, С. Л. Гольцман и др.; Под ред. С. С. Рокотяна и Я. С. Самойлова. — М.: Энергоиздат, 1982.

— 352., ил. Шабад М. А. Автоматизация распределительных электрических сетей с использованием цифровых реле: Учебное пособие.

— СПб.: Изд. ПЭИпк, 2002.

Правила пожарной безопасности для электрических предприятий РД 153.-34.0−03.301−00 (ВППБ 01−02−95). — М.: Изд-во стандартов, 2000.

Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. — М.: Изд-во стандартов, 2003. СНиП 23−05−95 естественное и искусственное освещение. — М.: Минстрой России, 1996.

Рекомендации по техническому проектированию подстанции переменного тока с высшим напряжением 35−750 кВ СО 153−34.

35.120−2006.

Утверждены приказом ОАО «ФСК ЕЭС» от 16.

06.06 № 187, приказом ОАО «Институт Энергопроект» от 03.

07.06 № 18 эсп. — М.: Изд-во стандартов, 2006.

Правила пожарной безопасности РД 153.-34.0−03.301−00 (ВППБ 01−02−95). — М.: Изд-во стандартов, 2000.