Анализ работы подстанции Южная с исследованием надежности

замыкания и выбираться с учетом этих токов. Согласно [3], различают следующие виды коротких замыканий:

- трехфазное, или симметричное, когда три фазы соединяются между собой;

- двухфазное — две фазы соединяются между собой;

- однофазное — одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю;

- двойное замыкание на землю — две фазы соединяются между собой и с землей.

Короткие замыкания в сети возникают по следующим основным причинам:

- повреждение изоляции отдельных частей электроустановок;

- неправильные действия обслуживающего персонала;

- перекрытия токоведущих частей установок.

Расчет токов короткого замыкания с учетом действительных характеристик и действительного режима работы всех элементов объекта электроснабжения весьма сложен. Для решения задач, представленных в данной работе, введем ряд допущений, которые значительно упростят расчеты и не внесут существенных погрешностей. К таким допущениям можно отнести:

- принимаем, что фазы ЭДС всех генераторов не изменяются в течение всего процесса короткого замыкания;

- не учитываем насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов;

- пренебрегаем током намагничивания силовых трансформаторов;

- не учитываем емкостные проводимости элементов короткозамкнутой цепи на землю;

- считаем, что трехфазная система является симметричной;

- влияние нагрузки на ток короткого замыкания учитываем приближенно.

Указанные допущения приводят к незначительному преувеличению токов короткого замыкания (погрешность не превышает 10%, что допустимо). Выбранное по этим значением оборудование, будет иметь некоторый запас по току короткого замыкания. При расчете принимаем, что система обладает неограниченной мощностью. Это позволяет принять допущения, представленные выше. Расчетная схема объекта электроснабжения представлена на рис. 1.6. Подстанция «Правобережная» получает электрическую

Рис. 1.6. Расчетная схема объекта электроснабжения

энергию напряжением 220 кВ по линии «Правобережная» длиной 11,9 км. В расчете не будем учитывать отходящие линии напряжением 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ. Расчет проведем в относительных единицах. Выбираем базисную мощность равную S_б = 100 МВА. Весь расчет будем вести относительно этой базисной мощности. При расчете необходимо учитывать, что линия напряжением 220 кВ является двухцепной. Согласно опытным данным погонное индуктивное сопротивление линии 220 кВ равно 0,4 Ом/км. Тогда относительное базисное сопротивление линии равно:

.

Для определения индуктивного сопротивления автотрансформаторов необходимо определить напряжения короткого замыкания для каждой обмотки. Для автотрансформатора №1 эти значения равны:

;

;

.

Аналогичным образом проводим расчет для остальных автотрансформаторов. Результаты расчета представлены в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Результаты расчета для остальных автотрансформаторов

	Автотрансформатор №2	Автотрансформатор №3
ик,в	8,06	16,25
ик,с	0,36	–5,05
ик,н	40,14	26,25

Теперь определим относительное сопротивление автотрансформаторов. Согласно [4] для трансформаторов и автотрансформаторов относительное базисное сопротивление равно:

;

;

.

Аналогичным образом определяются относительные базисные сопротивления других автотрансформаторов и трансформаторов. Результаты сведены в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Относительные базисные сопротивления автотрансформаторов и трансформаторов

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, зная относительные базисные сопротивления всех элементов, можно определить токи короткого замыкания в соответствующих точках. Схема замещения для расчета токов короткого замыкания представлена на рис. 1.7. Тогда:

.

Базисный ток I_б при базисном напряжении U_б = 230 кВ равен:

37 кВ

230 кВ

115 кВ

37 кВ

10,5 кВ

Рис. 1.7. Схема замещения для расчета токов короткого замыкания

, кА.

Тогда ток короткого замыкания в точке (к-1):

, кА;

, кА;

, МВА.

Для расчета тока короткого замыкания в точке (к-2) принимаем за базисное напряжение U_б = 10,5 кВ. Все относительные базисные сопротивления, необходимые для расчета, следует привести к этому базисному напряжению. Тогда результирующее относительное сопротивление линии электропередачи напряжением 220 кВ равно:

.

Относительное базисное сопротивление обмотки высшего напряжения автотрансформатора также необходимо привести к базисному напряжению 37 кВ. Тогда:

.

Теперь, когда все необходимые относительные базисные сопротивления приведены к расчетному сопротивлению, определяем относительное результирующее сопротивление:

Базисный ток I_б при базисном напряжении 37 кВ равно:

, кА.

Ток короткого замыкания в точке (к-2) равен:

, кА;

, кА;

, МВА.

В остальных точках ток короткого замыкания определяется аналогично. Расчет приведен в Приложении 1, а результаты сведены в табл. 1.6.

Таблица 1.6

Результаты расчета тока короткого 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

Окончание табл. 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. Выбор и проверка электрических аппаратов

1.6.1. Проверка электрических аппаратов по номинальному току и току короткого замыкания. Надежная работа любого объекта электроснабжения обеспечивается только тогда, когда каждый выбранный аппарат соответствует как условиям номинального режима, так и условиям работы при коротких замыканиях. Поэтому электрооборудование сначала выбираем по номинальным параметрам, а затем осуществляем проверку на действие токов короткого замыкания.

1.6.1.1. Выбор и проверка выключателей высокого напряжения. На подстанции «Правобережная» применяются выключатели типа У – 220 – 10, МКП – 110 – 5, МКП – 35, ВМГ – 133 и ВМП – 10. Выключатель является основным аппаратом на подстанции, он служит для включения и отключения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой операцией является отключение трехфазного короткого замыкания и включение на существующее короткое замыкание. К выключателям предъявляются следующие требования:

- надежное отключение любых токов;

- быстрота действия, то есть наименьшее время отключения;

- пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения;

- возможность пофазного (пополюсного) управления;

- легкость ревизии и осмотра контактов;

- взрыво- и пожаробезопасность;

- удобство транспортировки и эксплуатации.

Выключатели высокого напряжения выбираются по номинальному напряжению, току, номинальному току отключения, по ударному току, по термической устойчивости. Параметры выбора выключателей представлены в табл. 1.7.

Таблица 1.7

Параметры выбора выключателей высокого напряжения

Тип	Расчетный параметр электрической цепи		Каталожные данные оборудования		Условие выбора
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

Окончание табл. 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

На основании сравнения результатов, представленных в табл. 1.7, с параметрами реально существующего на сегодняшний день электрооборудования подстанции «Правобережная» видно, что часть оборудования не подходит по ряду параметров. Поэтому я предлагаю, на основании [1], заменить выключатели У – 220 – 10 на выключатели серии С – 220 – 25 или ВМТ – 220Б, выключатели МКП – 110 – 5 — на выключатели У – 110 – 2000 – 50.

1.6.1.2. Выбор и проверка разъединителей и отделителей. Разъединитель — это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током, который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключенном положении изоляционный промежуток. Отделитель внешне не отличается от разъединителя, но у него для 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

Параметры выбора разъединителей и отделителей

Тип	Расчетный параметр электрической цепи		Каталожные данные оборудования		Условия выбора
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

Окончание табл. 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

Из табл. 1.8 видно, что установленное оборудование полностью подходит по условиям эксплуатации.

1.6.1.3. Выбор трансформаторов напряжения. Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 В или 100/ В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Существуют трансформаторы напряжения различного класса точности. Погрешность зависит от конструкции магнитопровода, магнитной проницаемости стали и от cos вторичной нагрузки. На подстанции «Правобережная» установлены трансформаторы напряжения НКФ – 220, НКФ – 110 и 3НОМ – 35. Трансформатор напряжения НКФ – 110 имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанная на половину фазного напряжения U_Ф/2. Так как общая точка обмотки ВН соединена с магнитопроводом, то он по отношению к земле находится под потенциалом U_ф/2. Трансформаторы напряжения НКФ – 220 состоят из двух блоков, установленных один над другим, то есть имеют два магнитопровода и четыре ступени каскадной обмотки ВН с изоляцией на U_ф/4. Проведем выбор и проверку трансформаторов напряжения. Результаты выбора сведем в табл. 1.9.

Таблица 1.9

Выбор трансформаторов напряжения

Тип электрооборудования	Расчетный параметр электрической цепи		Каталожные данные оборудования		Условие выбора
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. Выбор сечения проводов воздушных линий. Воздушные линии предназначены для передачи и распределения электрической энергии по проводам на открытом воздухе. Провода при помощи изоляторов и арматуры прикрепляются к опорам или кронштейнам на зданиях и сооружениях. При выборе сечения проводов необходимо учитывать ряд технических и экономических факторов:

- нагрев от длительного выделения тепла рабочим телом;

- нагрев от кратковременного выделения тепла током короткого замыкания;

- падение напряжения в проводах воздушной линии от прохождения тока в нормальных и аварийных режимах;

- механическая прочность — устойчивость к механической нагрузке (собственный вес, гололед, ветер);

- «коронирование» — фактор, зависящий от величины применяемого напряжения, сечения провода и окружающая среда.

На подстанции «Правобережная» в основном применяются двухцепные линии. Это сделано для того, чтобы снизить индуктивное сопротивление линии. Уменьшение индуктивного сопротивления линии приводит к уменьшению потерь мощности при передачи электрической энергии, что улучшает экономические характеристики. Для защиты линии электропередачи от прямых ударов