Модернизации открытого распределительного устройства 110 кВ ГПП-110/6/6 кВ «Сибирь» ОАО «Уралкалий»

Аннотация.

В курсовом проекте рассмотрен вопрос модернизации открытого распределительного устройства 110 кВ ГПП-110/6/6 кВ «Сибирь» ОАО «Уралкалий». При проведении модернизации применено современное оборудование.

1. Описание объекта.

В курсовом проекте рассмотрена только открытая часть 110 кВ главной понизительной подстанции 110/6/6 кВ «Сибирь», поскольку технические решения применены для 110 кВ морально и физически устарели и нуждаются в незамедлительной модернизации.

Однолинейная схема ОРУ-110 подстанции представлена в приложении № 1. Подстанция является двухтрансформаторной схема 110 кВ выбрана типовой два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой (4Н).

В качестве выключателей на стороне 110 кВ используются отделители с короткозамыкателями, данные решения являются устаревшими и не являются надежными поскольку приводят как к ложным срабатываниям ОД-КЗ так и не успешным срабатываниям ОД-КЗ.

В ходе выполнения курсового проекта необходимо произвести замену устройств ОД-КЗ на современные высоковольтные выключатели 110 кВ.

Для защиты трансформатора и коммерческого учета электрической энергии на стороне 110 кВ используются трансформаторы тока типа ТВТ-110 встроенные в силовой трансформатор. Для защиты выключателей после модернизации необходимо установить трансформаторы тока таким образом, чтобы выключатель попадал в зону действии защит трансформатора, т. е. до выключателя.

Для контроля напряжения на секциях шин 110 кВ, а так же для организации коммерческого учета установлены измерительные трансформаторы напряжения типа НКФ-110 кВ.

Для защиты оборудования от перенапряжения в сети 110 кВ вызванных атмосферными явлениями установлены вентильные разрядники типа РВС-110 кВ. Данный вид оборудования сильно устарел.

Из вышеперечисленного следует, что для проведения реконструкции ОРУ-110 кВ подстанции необходимо выбрать следующее оборудование:

1. Высоковольтные выключатели.

2. Измерительные трансформаторы тока 110 кВ.

3. Современные аналоги вентильных разрядников.

Остальное оборудование, установленное на напряжение 110 кВ данной подстанции на сегодняшний день в замене не нуждается, что подтверждено сравнением с современными аналогами оборудования и опытом эксплуатации данной подстанции.

выключатель трансформатор ограничитель подстанция.

1. Выбор выключателей 110 кВ.

Перед проведением сравнительного анализа типов выключателей представленных на российском рынке необходимо определиться с номинальными параметрами электрооборудования.

При выборе высоковольтных выключателей и трансформаторов тока необходимо чтобы их характеристики удовлетворяли следующим условиям:

1. Электродинамическая стойкость:

i_дин? i_уд=6,25 кА.

Где 6,25 кА ударный ток на стороне 110 кВ подстанции.

2. Термическая стойкость в течении 3 с (время работы устройств РЗиА):

I_{н, Т, с} ?

где 2,2 кА трехфазный ток короткого замыкания на стороне 110 кВ подстанции.

3. Номинальное напряжение:

U_ном? U_сети=110 кВ.

4. Номинальный рабочий ток выбранного оборудования должен быть больше номинального тока присоединения. В нашем случае:

— для секционного выключателя.

— для вводных выключателей.

Требования, предъявляемые к выключателям, заключаются в следующем:

1) надежность в работе и безопасность для окружающих;

2) быстродействие — возможно малое время отключения;

3) удобство в обслуживании;

4) простота монтажа;

5) бесшумность работы;

6) сравнительно невысокая стоимость.

Применяемые в настоящее время выключатели отвечают перечисленным требованиям в большей или меньшей степени. Однако конструкторы выключателей стремятся к более полному соответствию характеристик выключателей выдвинутым выше требованиям.

Масляные выключатели.

Различают масляные выключатели двух видов — баковые и маломасляные. Методы деионизации дугового промежутка в этих выключателях одинаковы. Различие заключается лишь в изоляции контактной системы от заземленного основания и в количестве масла.

Маломасляные выключатели.

Маломасляные выключатели (горшковые) получили широкое распространение в закрытых и открытых распределительных устройствах всех напряжений. Масло в этих выключателях в основном служит дугогасящей средой и только частично изоляцией между разомкнутыми контактами.

Изоляция токоведущих частей друг от друга и от заземленных конструкций осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами.

Недостатки маломасляных выключателей: взрывои пожароопасность, хотя и значительно меньшая, чем у баковых выключателей; невозможность осуществления быстродействующего АПВ; необходимость периодического контроля, доливки, относительно частой замены масла в дугогасительных бачках; трудность установки встроенных трансформаторов тока; относительно малая отключающая способность.

Воздушные выключатели.

В воздушных выключателях гашение дуги происходит сжатым воздухом при давлении 2−4 МПа, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами.

Элегазовые выключатели.

Элегаз (SF6 — шестифтористая сера) представляет собой инертный газ, плотность которого превышает плотность воздуха в 5 раз. Электрическая прочность элегаза в 2 — 3 раза выше прочности воздуха; при давлении 0,2 МПа электрическая прочность элегаза сравнима с прочностью масла.

В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, который в 100 раз превышает ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях.

В настоящее время элегазовые выключатели применяются на всех классах напряжений (6−750 кВ) при давлении 0,15 — 0,6 МПа. Повышенное давление применяется для выключателей более высоких классов напряжения.

Вакуумные выключатели.

Электрическая прочность вакуума значительно выше прочности других сред, применяемых в выключателях. Объясняется это увеличением длины среднего свободного пробега электронов, атомов, ионов и молекул по мере уменьшения давления. В вакууме длина свободного пробега частиц превышает размеры вакуумной камеры.

Надо отметить, что для изготовления оболочки вакуумной камеры применяются только специальные вакуумноплотные, очищенные от растворенных газов металлы — медь и специальные сплавы, а также специальная керамика. Контакты вакуумной камеры изготавливаются из металлокерамической композиции (как правило, это медь-хром в соотношении 50%-50% или 70%-30%), обеспечивающей высокую отключающую способность, износостойкость и препятствующей возникновению точек сваривания на поверхности контактов. Цилиндрические керамические изоляторы, совместно с вакуумным промежутком при разведенных контактах обеспечивают изоляцию между выводами камеры при отключенном положении выключателя.

В настоящее время вакуумные выключатели стали доминирующими аппаратами для электрических сетей с напряжением 6−36 кВ. Основными преимуществами ВВ (по сравнению с масляными и газовыми выключателями), определяющими рост их доли на рынке, являются:

— более высокая надежность;

— меньшие затраты на обслуживание.

С недавних пор вакуумные выключатели стали выпускать и на напряжение 110 кВ. И принимая во внимание все вышеперечисленные преимущества вакуума перед остальными видами дугогасящих сред, для установки на подстанции рассмотрим разработки различных производителей именно вакуумных выключателей.

Для сравнительного анализа рассмотрим вакуумные выключатели следующих производителей: ЗАО «Высоковольтный союз», ОАО «НПП „КОНТАКТ“», НПП «ЭЛВЕСТ».

ВРС-110 производства ЗАО «Высоковольтный союз" — первый вакуумный выключатель на напряжение 110 кВ с одним разрывом на фазу. Предназначен для коммутации электрических цепей переменного тока частоты 50(60) Гц с номинальным напряжением 110 кВ в нормальных и аварийных режимах, с заземленной нейтралью с коэффициентом замыкания на землю не более 1,4. Выключатель оснащается пружинным приводом.

Основные технические параметры:

К основным преимуществам, прежде всего, следует отнести:

· минимум обслуживания;

· минимум монтажа, так как выключатели поставляются полностью собранными и отрегулированными — заказчику остается только присоединить его к стойкам и присоединить (без регулировки) привод;

· механический ресурс до 10 000 циклов ВО;

· коммутационный ресурс 20 циклов ВО при номинальном токе отключения 31,5 кА;

· коммутационный ресурс 10 000 циклов ВО при номинальном токе;

· цельнолитая кремнийорганическая изоляция полюсов по сравнению с керамическими покрышками позволила значительно уменьшить массу и габариты выключателя, существенно повысить надежность изоляции;

· гарантийный срок эксплуатации 3,5 года со дня ввода в эксплуатацию.

Кроме того, конструкцией выключателей типа ВРС-110 обеспечивается:

· боковое размещение пружинного привода выключателей, обеспечивает хороший доступ к нему;

· возможность эксплуатации в широком температурном диапазоне от -60 С до +50 С;

ВБП-110III-31,5/2000 УХЛ1 производства ОАО «НПП „КОНТАКТ“».

Выключатель с пружинным приводом на номинальное напряжение 110 кВ частоты 50 Гц с усиленной изоляцией, наружной установки предназначен для работы в нормальных и аварийных режимах электрических сетей на открытых частях станций, с заземленной нейтралью с коэффициентом замыкания на землю не более 1,4.

Основные технические характеристики:

ВБЭ-110 производства НПП «Элвест».

Вакуумный выключатель внутренней установки ВБЭ-110 с электромагнитным приводом — уникальная разработка НПП «ЭЛВЕСТ», не имеющая аналогов в России и странах СНГ. Аппарат предназначен для выполнения частых коммутационных операций в нормальных и аварийных режимах работы трансформаторов дуговых сталеплавильных печей на номинальное напряжение 110 кВ частоты 50 Гц и других электроустановок в достаточно жестких режимах (по 50−100 коммутаций в сутки).

Основные технические характеристики:

Для установки на подстанции примем выключатель типа ВРС-110 не уступающий по своим характеристикам остальным выключателям, имеющим один разрыв на фазу, что значительно повышает надежность выключателя.

2. Выбор трансформаторов тока 110 кВ.

Выбранные трансформаторы тока должны иметь две вторичные обмотки для организации коммерческого учета и защиты трансформатора.

При выборе трансформаторов тока помимо параметров сети указанных в пункте № 2 данной работы так же необходимо учесть требуемый класс точности вторичных обмоток так для коммерческого учета это значение должно быть 0,5, а для устройств РЗиА класс точности допускается 10.

Сравним технические характеристики следующих трансформаторов тока на напряжение 110 кВ:

1. ТБМО-110 УХЛ 1.

2. ТОГ- 110 II.

Трансформаторы тока типа ТБМО-110 УХЛ 1.

Трансформаторы являются масштабными преобразователями тока и предназначены для питания электрических измерительных приборов и релейной защиты в электрических сетях переменного тока частоты 50 Гц с глухо заземленной нейтралью. Трансформатор предназначен для работы на открытом воздухе в районах с умеренным и холодным климатом. Трансформатор имеет одноступенчатую некаскадную конструкцию. Он состоит из активной части, помещенной в металлический корпус с трансформаторным маслом марки ГК. На верху корпуса расположена изоляционная покрышка с металлическим маслорасширителем и масляным затвором, защищающим внутреннюю изоляцию от увлажнения.

Основные технические параметры:

Трансформаторы тока типа ТОГ-110 II.

Измерительный трансформатор тока, благодаря использованию элегазового изоляционного наполнения, обеспечивает длительный срок эксплуатации (не менее 30 лет) и при этом практически не требует какого-либо сложного технического обслуживания. Трансформатор высоковольтный работает в широчайшем температурном диапазоне и может изготавливаться с различными коэффициентами трансформации.

Конструкция первичной обмотки позволяет получить различные коэффициенты трансформации при измерении количества витков путем последовательно-параллельного соединения секций первичной обмотки. Вторичные обмотки помещены в электростатические экраны, которые выравнивают внутреннее электрическое поле.

Основные технические параметры:

К установке на подстанции принимаем трансформаторы тока типа ТОГ-110 по следующим причинам:

1. Элегаз служащий изоляционным материалом в трансформаторе позволит уйти от множества проблем связанных с эксплуатацией масляных трансформаторов.

2. Возможность изменения коэффициента трансформации трансформаторов тока путем изменения количества витков первичной обмотки позволяет учесть возможное изменение нагрузки по подстанции как в большую так и в меньшую сторону.

3. Ограничителей перенапряжения 110 кВ.

Ограничители перенапряжений ОПН — аппараты современного поколения, пришедшие на смену вентильным разрядникам.

Ограничители типа ОПН предназначены для защиты электрооборудования распределительных электрических сетей переменного тока с изолированной или компенсированной нейтралью от грозовых и коммутационных перенапряжений в соответствии с их вольт-амперными характеристиками и пропускной способностью.

Конструктивно ограничитель перенапряжения ОПНп (ОПН) представляет собой высоконелинейное сопротивление (варистор), заключенный в высокопрочный герметизированный корпус. При возникновении волн перенапряжения сопротивление варисторов изменятся на несколько порядков (от мегомов до десятков Ом) с соответствующим возрастанием тока от миллиампер при воздействии рабочего напряжения до тысяч ампер при воздействии волны перенапряжения. Этим объяснятся защитное действие ограничителя перенапряжения, а высоконелинейная вольтамперная характеристика варисторов позволят реализовать низкий защитный уровень для всех видов перенапряжений и отказаться от использования искровых промежутков, характерных для традиционных разрядников, со всеми вытекающими отсюда преимуществами.

Отсутствие искрового промежутка обеспечивает постоянное подключение ограничителей перенапряжений к защищаемому оборудованию.

По сравнению с вентильными разрядниками ограничители перенапряжений обладают следующими преимуществами:

· глубоким уровнем ограничения всех видов перенапряжений;

· отсутствием сопровождающего тока после затухания волны перенапряжения;

· простотой конструкции и высокой надежностью в эксплуатации;

· стабильностью характеристик и устойчивостью к старению;

· способностью к рассеиванию больших энергий;

· стойкостью к атмосферным загрязнениям;

· малыми габаритами, весом и стоимостью.

Ограничители перенапряжений ОПНп (ОПН) применяются для защиты:

— электрооборудования подстанций открытого и закрытого типа;

— кабельных сетей;

— воздушных линий электропередач;

— генераторов, синхронных компенсаторов и электродвигателей сетей собственных нужд электростанций и промышленных предприятий;

— батарей статических конденсаторов и фазокомпенсирующих устройств;

— оборудования электроподвижного состава;

— контактной сети переменного и постоянного тока электрифицированных железных дорог;

— устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог;

— электрооборудования специализированных промышленных предприятий (химической, нефтяной, газовой и др. промышленности).

На данный момент на российском рынке представлен большой выбор ограничителей перенапряжения. Параметры данного оборудования различных производителей схожи поэтому к установке примем ОПН производства «Таврида Электрик» уже установленные на ряде подстанций предприятия на соответствующие классы напряжения.

Технические характеристики:

Заключение.

В работе рассмотрена подстанция, работающая на устаревших коммутационных аппаратах по стороне 110 кВ (отделитель, короткозамыкатель).

Установка высоковольтных выключателей на данной подстанции влечет за собой дополнительный выбор оборудования для организации надежной работы подстанции.

Для защиты высоковольтного оборудования от перенапряжений вызванных атмосферными проявлениями была проведена замена вентильных разрядников на ОПН.

1. http://www.tavrida.ru/.

2. Правила устройства электроустановок. Издание седьмое, переработанное и дополненное с изменениями. — М.: Главгосэнергонадзор России, 2009.

3. http://www.vsoyuz.ru.

4. http://kontakt-saratov.ru.

5. http://www.elvest.ru.

6. http://www.google.ru.