Замена вентильных разрядников на ОПН

Исходные данные: Схема подстанции включает в себя два силовых автотрансформатора связи АТДЦТН -125 000/220/110/35 и шесть отходящих ВЛ.

Нейтрали трансформаторов заземляются через разъединитель, что позволяет им работать как с глухим заземлением нейтрали, так и с незаземлённой нейтралью.

Для защиты от грозовых перенапряжений на станции у каждого трансформатора установлен трёхфазный комплект разрядников РВМГ-110, т. е. подстанция имеет два комплекта РВМГ-110.

По ГОСТ 16 357–70 разрядники РВМГ относятся к III группе и имеют следующие характеристики:

РВМГ-110: при .

Согласно ГОСТ 1516.3−96 испытательное напряжение полным грозовым импульсом нормальной изоляции силовых трансформаторов и аппаратов равно .

Подстанция расположена в районе с СЗ-2 по ГОСТ 9920–89. Одной из ВЛ подстанция связана с тяговой подстанцией, имеющей выпрямительные установки. Длительное напряжение непрерывной работы подстанции равно 1,1U_ном. Ток короткого замыкания на шинах подстанции, по которому оценивается взрывобезопасность ОПН, равен .

Длина защитного подхода (опасной зоны) на ВЛ равна .

В соответствии с рекомендациями ПУЭ при негоризонтальном расположении фаз на ВЛ и при расстоянии между РВ и защищаемым трансформатором не должно превышать при включении одной ВЛ. При включённых двух ВЛ и, соответственно, для остальных аппаратов; .

Требуется выбрать ОПН для замены РВ-110.

При выборе ОПН решаются две главные задачи:

• 1. ОПН должен ограничивать коммутационные и грозовые перенапряжения до значений, при которых обеспечивается надёжная работа изоляции электрооборудования подстанций;
• 2. ОПН должен надёжно работать, не теряя своей термической устойчивости, при непрерывном воздействии длительных рабочих напряжений, превышающих в течение определённого времени длительные рабочие напряжения (временные повышения напряжения и квазистационарные перенапряжения при рабочих и аварийных коммутациях).

Наряду с вышеуказанными должны быть решены следующие задачи:

• — обеспечение взрывобезопасности ОПН;
• — надёжная работа изоляции ОПН;
• — согласование механической прочности ОПН с воздействующими механическими нагрузками.

Выбор ОПН, включённых на шинах подстанции

Напряжения в соответствии с исходными данными равно:

Учёт высших гармоник учитывается повышением напряжения на 10%:

.

С учётом коэффициента запаса:

.

Этому условию соответствуют следующие ОПН (см. приложения):

• — EXLIM-Q-108: (АВВ-УЭТМ);
• — ОПН-У/TEL-110/84: (TEL);
• — VariSTAR AZG-2, AZG-3, AZG-4: (Cooper-ЭЛЗ);

— ОПН-110/88: (Феникс).

Проверка по характеристике «напряжение — время». По [11] (см. табл.17 стр. 108) берём зависимость для предварительно нагруженного ОПН (индекс В):

• — EXLIM-Q-108: ;
• — ОПН-У/TEL-110/84: ;
• — VariSTAR: ;
• — ОПН-110/88: .

Из приведённых исходных данных следует, что наибольшему рабочему значению соответствует, а наибольшему соответствует. В именованных величинах отрезок времени 0.2 с соответствует напряжению:

.

времени 4.0 с соответствует:

.

Результаты расчётов показывают, что для использования могут быть рекомендованы ограничители EXLIM-Q-108 и ОПН-110/88, у которых паспортные значения превышают расчётные по характеристике «напряжение — время» значения .

Защитный уровень при грозовых перенапряжениях. Остающееся напряжение ОПН меньше остающегося напряжения РВМГ в 367/260=1.4 раза. Поэтому возможна установка ОПН в той же ячейке, где располагался РВМГ, либо допустимо увеличить расстояния от ОПН до защищаемой изоляции. В нашем случае при расстояния могут быть увеличены до следующих значений.

Подстанция работает в режиме — два трансформатора и две воздушных линии:

;

.

Подстанция работает в режиме — два трансформатора и одна воздушная линия:

;

.

Получаем увеличение расстояния более чем в два раза.

Заключение

: задача по замене РВ на ОПН для данной подстанции может быть решена следующим образом:

Вместо РВМГ-110 применяются ОПН типа EXLIM-Q-108.

Их можно установить в те же ячейки, где были установлены РВМГ-110, что значительно повысит надёжность защиты оборудования подстанции от грозовых перенапряжений. В частности, опасная зона (защитный подход) на ВЛ может быть существенно сокращена.

3.2 Выбор ОПН для подстанции 110/10 кВ Пример: Выбор ОПН для подстанций «Птицепром» и «Тукаевская» Набережночелнинских электрических сетей.

Исходные данные для выбора ОПН

По подстанции «Птицепром»:

• 1) нормальная схема ПС 110/10 кВ «Птицепром»
• 2) токи коротких замыканий на трансформаторе (по данным ЦСРЗА):
  • — со стороны 110 кВ I= 13 266 А; 3 I= 9886 А;
  • — за трансформатором I= 752 А;
• 3) длина защитного подхода (отпайки) l= 2 км;
• 4) степень загрязнённости атмосферы — III, категория Б, л= 2,25 кВ/см;
• 5) данные о трансформаторе ТДН 16 000/110

= 115+(4*2,5%)/11 кВ;

I = 80,3/484/840 А;

I= 0,55%;

6) ёмкостный ток замыкания на землю со стороны 10 кВ I= 20 A.

По подстанции «Тукаевская»:

• 1) нормальная схема ПС 110/10 кВ «Тукаевская»
• 2) токи коротких замыканий на трансформаторе (по данным ЦСРЗА):
  • — со стороны 110 кВ I= 11 734 А; 3 I= 8700 А;
  • — за трансформатором I= 763 А;
• 3) длина защитного подхода (отпайки) l= 1,9 км;
• 4) степень загрязнённости атмосферы — III, категория Б, л= 2,25 кВ/см;
• 5) данные о трансформаторе ТДН 16 000/110

= 115+(4*2,5%)/11 кВ;

I = 80,3/484/840 А;

I= 0,55%;

6) ёмкостный ток замыкания на землю со стороны 10 кВ I= 16 A.

Выбор ОПН на напряжение 110 кВ

Подстанции «Птицепром» и «Тукаевская».

• 1. По классу пропускной способности w= 2,1 кДж/кВ — без частичного разземления нейтралей трансформаторов [11]. С возможным разземлением нейтрали w= 5,5 кДж/кВ.
• 2. Взрывобезопасное исполнение — - 800 А в теч. 2 сек.
• 1,15· 16,4 = 18,8 кА:
• 40 кА? 18,8 кВ.
• 3. Длина пути утечки

.

• ?: 182 см? 241 см.
• 4. По механическим характеристикам для данного района выбирается тип УХЛ1.
• 5. Наибольшее рабочее напряжение ОПН

= 1,15· 110/ = 73,5 кВ.

= 1,05 = 77 кВ.

6. По временным допустимым повышениям напряжения Максимальная кратность напряжения установившегося режима k? 1,4; t= 4 c.

Рассматриваются 2 режима:

• 1) наибольшее значение с длительностью t;
• 2) наибольшая длительность t с .

Считая, что.

=, =,.

Для t= 10 с К = 1,5 -0,06lg100 = 1,38;

для t= 1000 с К = 1,5 -0,06lg10000 = 1,16.

= · 1,4 = 73,5· 1,4 = 102 кВ; 73,8 кВ < 77 кВ;

= k· = 1,13· 73,5 = 83,5 кВ; 64 кВ < 77кВ;

кВ.

7. Определение защитного уровня ОПН при коммутационных перенапряжениях:

для трансформаторов? .

=/1,2 = = = 396 кВ;

= 208 кВ? 396 кВ;

для аппаратов.

=/1,2 = = = 344 кВ;

= 208 кВ? 344 кВ.

8. Определение защитного уровня ОПН при грозовых перенапряжениях — оптимизационная задача :

в соответствии с [11].

Вывод Определённым в расчёте значениям для защиты оборудования подстанций «Птицепром» и «Тукаевская» соответствуют характеристики ОПН фирмы ООО «Севзаппром» марки ОПН-П-110/78/10/2 УХЛ1;

ТУ 3414 -019 -52 147 576 -2002.

Для защиты разземляемой нейтрали трансформаторов в сети 110 кВ выбран ограничитель перенапряжений ОПНН-П-110/56/10/2 УХЛ1;

ТУ 3414−020−52 147 576−2002.

Выбор ОПН на напряжение 10 кВ

• 1. Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ОПН .
• 12 кВ? 11,5 кВ
• 2. Уровни изоляции оборудования 10 кВ (нормальная изоляция) приведены в таблице 5.
• 3. Защита от грозовых перенапряжений

Номинальный разрядный ток принимают равным не менее 5 кА.

Защитный уровень ОПН при грозовых перенапряжениях:

U при импульсном токе 8/20 мкс с I= 5 кА не более 45 кВ:

U = 42 кВ < 45 кВ.

4. Проверка выбора ОПН по перенапряжениям, вызванным ОДЗ.

U при импульсе тока 30/60 мкс с I= 500 кА не менее 29 кВ.

33 кВ > 29 кВ.

В этом случае пропускная способность ОПН Iпри Т = 2000 мкс должна быть не менее 200 А.

• 400 А > 200 А.
• 4. Определение места установки ОПН для защиты от грозовых перенапряжений.

Проверяется сеть на отсутствие резонанса.

Резонанс не возникает, если ёмкостный ток Iна 1 ТН более 1 А.

Емкостные токи на подстанциях:

«Птицепром» — 20 А при 2 -х ТН типа НТМИ,.

«Тукаевская» — 16 А при 2 -х ТН типа НАМИ, при установки которых в сети резонанс не возникает.

ОПН должен быть установлен на расстоянии от трансформатора на расстоянии менее 90 м.

Проверка ОПН по уровню коммутационных перенапряжений.

Допустимые кратности коммутационных перенапряжений :

для трансформаторов К= 1,35, = 9,06; для аппаратов К= 1,1, = 8,2.

Максимальная кратность внутренних перенапряжений равна 6 (табл. 26 [10]), а с вакуумными выключателями — 7.

Вывод Определённым в расчёте значениям для защиты оборудования подстанций «Птицепром» и «Тукаевская» соответствуют характеристики ОПН фирмы ЗАО «НИИ защитных аппаратов и изоляторов» марки ОПНП-10/12/10/400 УХЛ1 в полимерном корпусе;

Взрывобезопасность при токе КЗ до 0,2 с 20 кА. ТУ 3414−028−52 147 576−2002.