Технические решения по строительству ПС 110 кВ «Южная» и питающих ВЛ 110 кВ

Выбор мощности трансформаторов собственных нужд производится по формуле (2.1). К установке принимаются два трансформатора 10 / 0,4 кВ мощностью по 100 кВА типа ТМ – 100/10.

Коэффициент загрузки определяется по формуле (2.2) и равен 0,55. Коэффициент загрузки в послеаварийном режиме определяется по формуле (2.3) и составит 1,01.

Параметры трансформаторов собственных нужд приведены в таблице 4.1.

 

 

Таблица 4.1 - Параметры трансформатора собственных нужд

Параметр трансформатора	Значение параметра
Тип трансформатора	ТМ – 100/10
Номинальная мощность, кВА	100
Номинальное напряжение ВН, кВ	10
Номинальное напряжение НН, кВ	0,4
Мощность потерь ХХ, кВт	0,365
Мощность потерь КЗ, кВт	1,97
Напряжение КЗ, %	4,5
Ток холостого хода, %	2,6

 

Щит собственных нужд размещается в ОПУ, совмещенном со ЗРУ 10 кВ. Схема собственных нужд состоит из двух секций с АВР.

 

4.2 Выбор ячеек РУ – 110 и РУ – 10

 

Открытое распределительное устройство 110 кВ и узел установки силовых трансформаторов выполнены в виде комплектной двухтрансформаторной подстанции КТПБ – 110 – 4Н – 1/10 – 2 на 16000 – 63 – А – 2 – 85 У1 Самарского завода «Электрощит» и состоят из отдельных блоков, представляющих собой металлическую конструкцию со смонтированным оборудованием, аппаратурой и внутренними соединениями, устанавливаемыми на сваях.

При напряжении 10 кВ в настоящее время наибольшее распространение получили комплектные распределительные устройства (КРУ) с вакуумными выключателями, благодаря следующим их достоинствам:

• высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и номинальных токов отключения;
• резкое снижение эксплутационных затрат;
• полная взрыво и пожаробезопасность и возможность работы в агрессивных средах;
• широкий диапазон температур, в котором возможна работа вакуумной дугогасительной камеры;
• повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие малой массы и компактной конструкции аппарата;
• произвольное рабочее положение и малые габариты, что позволяет создавать различные компоновки распределительных устройств (РУ);
• бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малыми выделениями энергии в дуге и отсутствие выброса масла, газов при отключении КЗ;
• сокращение времени на монтаж;
• отсутствие загрязнений окружающей среды.

К недостаткам относится повышенный уровень коммутационных перенапряжений, что требуют применения специальных технических средств, а также их высокая цена.

В качестве распределительного устройства 10 кВ целесообразно применить закрытое КРУ заводского изготовления, состоящего из отдельных ячеек различного назначения.

Для комплектования ЗРУ-10 кВ выберем малогабаритные ячейки К-63, изготовляемые самарским заводом «Электрощит». Данные ячейки отвечают современным требованиям эксплуатации, имеют двухсторонний коридор обслуживания, выкатные тележки с вакуумными выключателями, безопасный доступ к любому элементу КРУ-10.

В составе КРУ сери К-63 входят вакуумные выключатели типа ВВ/ТЕ 0 – 20/630 (100, 1600) УХЛ1, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, разрядники, заземляющие ножи, сборные и соединительные шины, опорные и переходные изоляторы.

 

 

4.3 Выбор выключателей

 

Выключатель является основным коммутационным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения цепи в любых режимах. Наиболее тяжёлой и ответственной операцией является отключение токов короткого замыкания.

Высоковольтные выключатели выбираются по номинальному напряжению, номинальному току, конструктивному исполнению, месту установки и проверяются по параметрам отключения, а также на электродинамическую и термическую стойкость.

Выбор высоковольтных выключателей рассмотрен на примере выключателя Q1, установленного в цепи ОРУ-110 кВ (чертеж 1).

Параметры сети: Uс = 110 кВ, Iраб = 163 А, Iк3 =18,97 кА, iуд = 52,8 кА.

Выбран баковый масляный выключатель типа ВМТ–110–25/1250 УХЛ1.

Параметры: Uн = 110 кВ, Iн = 1250 А, Iотк.н = 25 кА, Iдин = 65 кА,           Iт = 25 кА, при tт =3 с, tвыкл =0,06 с (tоткл = 1 + 0,06 = 1,06 с).

Выбор по номинальному напряжению:

Uс ≤  Uн;

110 ≤  110 (кВ).

Выбор по номинальному току:

Iраб ≤  Iн;

163 ≤  1250 (А).

Проверка по току отключения:

Iк3 ≤ Iотк.н;

18,97 ≤ 25 (кА).

Проверка на электродинамическую стойкость:

iуд ≤ Iдин,

52,8 ≤ 65 (кА).

 

Проверка на термическую стойкость:

 

Iоткл.н2 * tт = 25 2 * 3 = 1875 (кА2*с);

;

492,9 ≤ 1875 (кА2*с).

Аналогично производится выбор и проверка для других выключателей. Результат выбора и проверки расчёта приведён в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Выбор высоковольтных выключателей.

Место установки выключателя по рисунку 2.1.	Тип выключателя	Условия выбора и проверки	Параметры системы	Параметры выключателя
Q1, Q2	ВМТ – 110 – 25 / 1250 УХЛ1	Uс ≤  Uн Iраб ≤  Iн Iк3 ≤ Iотк.н iуд ≤ Iдин	110 кВ 163 А 18,97(17,61) кА 52,8 (49,04)  кА 492,9 (426,6) кА2*с	110 кВ 1250 А 25 кА  65 кА 1875 кА2*с
Q3 – Q8.	ВБТ 10 –20/1250	Uс ≤  Uн Iраб ≤  Iн Iк3 ≤ Iотк.н iуд ≤ Iдин	10 кВ 896,5 А 1,45 кА  4,1 кА 4,11 кА2*с	10 кВ 1250 А 20 кА 52 кА 1200 кА2*с

Продолжение таблицы 4.2

Место установки выключателя по рисунку 2.1.	Тип выключателя	Условия выбора и проверки	Параметры системы	Параметры выключателя
Q9 – Q30.	ВБТ 10 –20/630	Uс ≤  Uн Iраб ≤  Iн Iк3 ≤ Iотк.н iуд ≤ Iдин	10 кВ 300 А 1,45 кА  4,1 кА 4,11 кА2*с	10 кВ 630 А 20 кА 52 кА 1200 кА2*с

 

 

 

4.4 Выбор разъединителей

 

Разъединители выбирают по конструктивному выполнению, роду установки и номинальным характеристикам: напряжению, длительному току, электродинамической и термической стойкости при КЗ.

На напряжение 110 кВ выбраны разъединители наружной установки с механической блокировкой с заземлителями типа З-110/У3 в однополюсном исполнении типа РНДЗ. На напряжение 10 кВ разъединители наружной установки в трёхполюсном исполнении  РЛНД-10/630 У1 (QS7 – QS10 по чертежу 1).

Проверка выполняется аналогично проверке выключателей (4.1) – (4.6) и сведена в таблицу 4.3

 

Таблица 4.3 - Выбор разъединителей.

Место установки разъединителя по рисунку 1.1.	Тип разъединителя	Условия выбора и проверки	Параметры системы	Параметры разъединителя
QS1 – QS4	РНДЗ.2 – 110/3200 ХЛ1	Uс ≤  Uн Iраб ≤  Iн Iк3 ≤ Iотк.н iуд ≤ Iдин	110 кВ; 163 А; 36,58 кА; 101,86 кА; 3105,1 кА2*с;	110 кВ; 3200 А; 50 кА; 125 кА; 7500 кА2*с;
QS5, QS6	РНДЗ.1 –110/1000 ХЛ1	Uс ≤  Uн Iраб ≤  Iн Iк3 ≤ Iотк.н iуд ≤ Iдин	110 кВ 163 А 18,97(17,61) кА 52,8 (49,04)  кА 492,9 (426,6) кА2*с	110 кВ; 1000 А; 31,5 кА; 80 кА; 2976,75 кА2*с;

 

 

4.5 Выбор ограничителей перенапряжений

 

При коммутации выключателями с малым временем отключения нагруженных трансформаторов или при пуске двигателей могут возникнуть перенапряжения, опасные для изоляции оборудования.

В результате исследований, проведённых специалистами научно-исследовательского предприятия «Таврида-Электрик» было установлено, что коммутационные перенапряжения могут возникать лишь при определённом соотношении параметров сети и параметров выключателя.

Для предотвращения коммутационных и других перенапряжений необходимо установить специальные устройства для ограничения и устранения вредного влияния перенапряжений на изоляцию оборудования. В качестве таких устройств могут быть выбраны ограничители перенапряжений (ОПН). Они устанавливаются между фазой и землей, а также между различными фазами сети.

Их основные преимущества перед вентильными разрядниками следующие:

• глубокий уровень ограничения;
• стабильность характеристик;
• надёжность в эксплуатации;
• отсутствие необходимости в техническом обслуживании;
• взрывобезопасность и сейсмостойкость;
• возможность установки в подвесном и опорном исполнении;
• малый вес и габариты.

ОПН без искровых промежутков изготавливаются на основе оксидо-цинковых варисторов. ОПН предназначены для защиты двигателей, трансформаторов, воздушных и кабельных линий от атмосферных и коммутационных перенапряжений.

Для защиты оборудования напряжением 110 кВ выбираются ОПН У/ТЕL 110/84; 10 кВ – ОПН Т/ТЕL 10/11,5.

 

4.6 Выбор шин

 

Выбор шин РУ осуществляется по длительному допустимому току нагрузки с использованием справочных данных, и производят проверку на электродинамическую и термическую стойкость к токам КЗ.

В качестве шин ЗРУ-10 целесообразно выбрать алюминиевые шины прямоугольного сечения 50 х 6 мм2. Iдоп = 870 А; Iр = 304,4 А.

Проверка на электродинамическую стойкость при воздействии тока КЗ:

σр ≤ σдоп,                                             (4.10)

где  σр – расчётное механическое напряжение шины, Па;

       σдоп – расчётное механическое напряжение шины, Па (для алюминиевых шин  σдоп =65 МПа).

                                                           (4.11)

где  F – усилие от динамического воздействия токов КЗ;

       l – длина пролёта между изоляторами, м;

      W – момент сопротивления, м3.

,                                     (4.12)

где а – расстояние между токоведущими шинами, м.

Момент сопротивления для прямоугольных шин:

,                                             (4.13)

где b и h – соответственно узкая и широкая стороны сечения шины, м.

Проверка по термической стойкости:

Sш ≥ Sт                                             (4.14)

где Sш - сечение шин, мм2;

      Sт  – термически стойкое сечение, мм2.

,                                      (4.15)

где α  – коэффициент термической стойкости (для алюминия =95).

Проверяем шины ЗРУ–10. Расстояние между изоляторами одной фазы, то есть пролёт  l = 1,1 м, расстояние между фазами a = 0,35 м.

Проверка на электродинамическую стойкость:

,

,

,

 

σр ≤ σдоп,

3,41 ≤ 65.

Следовательно, можно сделать вывод, что выбранные шины удовлетворяют условию электродинамической стойкости.

Проверка на термическую стойкость:

,

Sш ≥ Sт

300 ≥ 15,71 (мм2)

Следовательно, выбранные шины удовлетворяют условию термической стойкости.

 

4.7 Выбор изоляторов

 

Опорные изоляторы выбирают по номинальному напряжению и проверяют на механическую нагрузку при коротких замыканиях.

Условие проверки на механическую нагрузку при КЗ:

 

F ≤ 0,6 Fдоп,                                          (4.16)

где 0,6 – коэффициент запаса;

       Fдоп – допустимое усилие на изолятор.

В ЗРУ – 10 для крепления шин используются опорные изоляторы      ИО–10–3,75 У3 с параметрами: номинальное напряжение 10 кВ, минимальная разрушающая сила на изгиб 3,75 кН.

Производим проверку изоляторов по формулам (4.12), (4.16):

 

               F = 1,76 * 41002 *              * 10-7 = 9,3 (Н), 

F ≤ 0,6 Fдоп,

9,3 ≤ 2250 (Н).

Следовательно, изолятор прошёл проверку на механическую нагрузку при токах КЗ.

 

4.8 Выбор измерительных трансформаторов тока

 

Трансформатор тока (ТТ) предназначен для уменьшения первичного тока до величин, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Выбор трансформаторов тока  (ТТ) производят: по номинальному напряжению; первичному току; нагрузке вторичной цепи, которая обеспечивает погрешность в пределах паспортного класса точности; по роду установки; конструкции; классу точности. Также их проверяют на термическую и электродинамическую стойкость при КЗ.