Защита открытого распределительного устройства (ОРУ) подстанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА ТЭВН

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

ЗАЩИТА ОТКРЫТОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА (ОРУ) ПОДСТАНЦИИ

Вариант: 11

Группа: Э - 4 - 01

Студент: Карпов В.Н.

Преподаватель: Калугина И.Е.

Москва

2004

Исходные данные

U_ном=500 кВ - номинальное напряжение ОРУ;

a=80 м - длина ОРУ;

b=40 м - ширина ОРУ;

l_рв=12 м - расстояние от разрядника до защищаемого объекта - трансформатора;

n_вл=2 - число воздушных ЛЭП, подходящих к ОРУ

r_з=25_--Ом·м -измеренное при средней влажности почвы удельное сопротивление грунта в районе расположения ОРУ;

II - степень загрязнения атмосферы;

n_ч=40 ч/год - число грозовых часов за год в районе расположения подстанции;

120 кН - механическая нагрузка на изоляторы;

l_пр = 200 м - длина пролёта линии;

C_об=1300 пФ - эквивалентная ёмкость защищаемого объекта.

1. Определение требуемого числа и типа изоляторов в гирляндах ЛЭП, подходящих к ОРУ и гирлянд на опорах в ОРУ, принимая, что одна ЛЭП имеет тоже напряжение, что и ОРУ, а остальные на класс ниже

Из табл. 8.17 и 8.18 с.399-401 справочника по электрическим установкам высокого напряжения выбираем железобетонные опоры: типа ПБ330-7Н (промежуточная одно-цепная свободностоящая портальная) - для ЛЭП с U_ном=330 кВ и типа ПБ500-1 (про-межуточная одноцепная на оттяжках) - для ЛЭП с U_ном=500 кВ.

Провод: 2ЧАС 300/39 Провод: 3ЧАС 330/43

Трос: С 70 Трос: С 70

1.1 Выбор числа изоляторов по рабочему режиму

Поскольку в условии задана механическая нагрузка, действующая на изоляторы, в 120 кН, то из табл.31.1 с. 395 учебника «ТВН» В.В. Базуткин, В.П. Ларионов, Ю.С. Пинталь (далее БЛП) выбираем изолятор типа ПС12-А со следующими параметрами:

H=140 мм - строительная высота;

D=260 мм - диаметр;

L_у1=325 мм - длина пути утечки;

K=1.2 - коэффициент эффективности;

E_мр=2.3 кВ/см - расчётная средняя мокроразрядная напряжённость.

K_H0 - коэффициент, учитывающий высоту над уровнем моря, при H₀ 1 км K_H0=1.0

K_K - коэффициент эффективности составной конструкции, K_K =1.0

По табл.17.1 БЛП с.174 определяем удельную эффективную длину пути утечки для ОРУ и обеих линий (поскольку значение для ОРУ совпадает со значением для ВЛ 500, то здесь и далее при расчёте параметров ВЛ 500, предполагаем аналогичное и для ОРУ):

l_{эф (500)}=1.5 см/кВ l_{эф (330)}=1.5 см/кВ

По табл.15.1 БЛП с. 154 определяем наибольшие рабочие напряжения:

U_{раб. наиб. (500)}=1.05·U_ном=1.05·500=525 кВ;

U_{раб. наиб. (330)}=1.1·U_ном=1.1·330=363 кВ;

Округляя до большего, получаем: n_{рр (500)} =30

n_{рр (330)} =21

1.2 Выбор числа изоляторов по внутренним перенапряжениям

Расчётная кратность внутренних перенапряжений БЛП с. 384:

K_{р (500)}=2.5 K_{р (330)}=2.7

Округляя до большего, получаем:n_{вп (500)} =24

n_{вп (330)} =18

1.3 Окончательный выбор числа изоляторов в гирлянде

n_{г (500)}=max(n_{рр (500)} , n_{вп (500)}) +2

n_{г (330)}=max(n_{рр (330)} , n_{вп (330)}) +2

Получаем:n_{г (500)}=32

n_{г (330)}=23

Длина гирлянды изоляторов: H_{г (500)}= H· n_{г (500)}=0.14·32=4.48 м

H_{г (330)}= H· n_{г (330)}=0.14·23=3.22 м

2. Определение параметров контура заземления (длины и числа вертикальных электродов, шага сетки), обеспечивающих допустимую величину его стационарного сопротивления заземления

Для устройства заземлителей применяются вертикальные и горизонтальные электроды. Выполним заземляющий контур в виде сетки из горизонтальных полос с вертикальными электродами в узлах сетки по её периметру. Шаг сетки обычно лежит в диапазоне 3-10 м, а длина вертикальных электродов в пределах 2-10 м.

Возьмём шаг сетки 4 м, а длину вертикальных электродов l_в=10 м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Количество полос:

по ширине: 40/4+1=11

по длине: 80/4+1=21

Длина полос:

по ширине: 11·80=880 м,

по длине: 21·40=840 м.

Суммарная длина всех горизонтальных полос: L = 880+840= 1720 м.

Количество вертикальных электродов: n_в=(11+19)·2=60

Площадь подстанции: S= a·b = 80·40 = 3200 м²,

По отношению: путём интерполяции выбираем по БЛП с. 227 коэффициент:

А? 0.34

Сезонный коэффициент при средней влажности грунта: k_с=1.4

Удельное расчётное сопротивление грунта: с= k_с·?_з?1.4·???=350 Ом·м

Стационарное сопротивление заземления:

Достичь сопротивления R_с?0.5 Ом невозможно, так как по значению L достигнут предел диапазона (к тому же оно вносит незначительный вклад), а при максимальном количестве вертикальных стержней, равном 231 (под каждым узлом сетки) и их максимально возможной длине (из учёта ограничения данных на А), равной (при этом А=0.26) получаем значение R_с=1.651 Ом.

Альтернативным вариантом уменьшения сопротивления заземления является увеличение площади подстанции, но данный шаг должен быть экономически оправдан, а расчёт данного характера не входит в исходное задание.

3. Подсчёт импульсного сопротивления контура заземления для периода грозового сезона

В большинстве случаев молнии бывают отрицательными, то есть переносят на землю отрицательный заряд.

Статистическое распределение токов молнии

первые компоненты отрицательных и положительных молний;

первые компоненты отрицательных молний;

последующие компоненты отрицательных молний.

Амплитуда токов первых компонентов отрицательных молний соответствующих 50%- ной вероятности, составляет 30 кА, а последующих компонентов - только 13 кА. Разница в распределениях 1 и 2 указывает на то, что при положительных разрядах то-ки молнии бывают больше, чем при отрицательных.

Выберем I_М=60 кА (P=0,1).

Импульсный коэффициент для протяжённых заземлителей ():

Импульсное сопротивление заземления: R_и =a_и·R_с=1.098·1.651=1.813 Ом

4. Определение длины защитного подхода к подстанции (опасной зоны) и ожидаемого числа повреждений изоляции на подстанции от ударов молнии в ЛЭП на длине защитного подхода, используя упрощённую расчётную схему замещения подстанции (разрядник - ОПН, соединительная шина, защищаемый объект - силовой трансформатор).

По следующему графику (БЛП с. 84) определяем значение 50%-ного разрядного напряжения в зависимости от длин гирлянд изоляторов (используем зависимость при отрицательном разряде, так как в 90 % случаев молнии являются отрицательными).

при положительном разряде грозовых импульсов

U_{50% (500)}? 2600 кВ

U_{50% (330)}? 1900 кВ

Коэффициент, учитывающий количество проводов в фазе (БЛП с. 272):K₍₅₀₀₎=1.45

K₍₃₃₀₎=1.1

Стрела провеса провода:

Средняя высота подвеса проводов:

Стилизованная расчётная волна имеет максимальное значение U_max, равное 50%-ному разрядному напряжению U_50%.

Удлинение фронта полного импульса (на 1 км) под действием импульсной короны (БЛП с. 271):

По БЛП с. 278 определяем допустимые напряжения силовых трансформаторов по условию работы внутренней изоляции:

U_доп(500)=1430 кВ

U_доп(330)=975 кВ

Для защиты подстанционного оборудования из справочника по электрическим установкам высокого напряжения табл. 10.23 с. 580 выбираем следующие ограничители перенапряжений: типа ОПН-330 - для ЛЭП с U_ном=330кВ и типа ОПН-500 - для ЛЭП с U_ном=500кВ с соответствующими параметрами:

Остающееся напряжение, кВ, не более, при импульсном токе с фронтом 8 мкс с амплитудой:

I, кА	3	5	7	10	15
ОПН-330	620	650	-	700	-
ОПН-500	825	860	865	920	980

Приняв скорость распространения грозового импульса v=300 м/мкс (линия без потерь) и Z_в=400 Ом получаем уравнение на основе эквивалентной схемы замещения: U_P=2•U_50%- I_P•Z_в, решая которое графически совместно с ВАХ ОПН, получаем значе-ния остающихся напряжений:

U_ост(500)? 941 кВU_ост(330)? 688 кВ

Определяем критические крутизны импульса напряжения:

Определяем длины защитных подходов (БЛП с. 279):

Стрела провеса троса:

Средняя высота подвеса тросов:

Для линий с двумя тросами (БЛП с. 264) д=0.15

Примем импульсное сопротивление заземление опоры, равным R_и=15 Ом (на основании условия R_и?20 Ом (БЛП с. 260)), тогда критический ток перекрытия при ударе в опору (БЛП с. 263):

Вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии в опору (БЛП с. 213):

Учитываем только влияние каждого троса на ближайший крайний провод (пренебрегаем влиянием троса на провод посередине, так как считаем, что вероятность прорыва молнии через тросовую защиту стремится к нулю, а влияние троса на противоположный провод считаем незначительным).

Таким образом, угол защиты, образованный вертикалью, проходящей через трос, и прямой, соединяющей трос с проводом определим, по параметрам опор как:

Вероятность прорыва молнии через тросовую защиту (БЛП с. 264):

Критический ток перекрытия при ударе молнии в провод (БЛП с. 254):

Вероятность перекрытия изоляции на опоре при ударе молнии в провод:

Наименьшее расстояние между тросом и проводом:

Напряжение между тросом и проводом:

U_{тр-пр (500)}=500·L₍₅₀₀₎=500·10.093=5046.5 кВU_{тр-пр (330)}=500·L₍₃₃₀₎=500·8.522=4261 кВ

Коэффициент связи между проводами с учётом импульсной короны (БЛП с. 254):

k=0.25

Крутизна фронта тока молнии (БЛП с. 258):

Вероятность пробоя промежутка трос-провод при ударе молнии в трос в середине пролёта (БЛП с. 213):

Вероятность возникновения устойчивой дуги при перекрытии изоляции опоры (БЛП с. 251):

Вероятность возникновения устойчивой дуги при пробое воздушной изоляции в пролёте:

Удельное число отключений линий с тросами (БЛП с. 265):

Ожидаемое число повреждений изоляции на подстанции от ударов молнии в ЛЭП на длине защитного подхода (БЛП с. 217):

5. Размещение на территории ОРУ молниеотводов для защиты электрооборудования ОРУ от прямых ударов молнии, определение их минимально необходимого числа и высоты

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h?150 м представляет собой круговой конус с вершиной на высоте h₀<h, сечение которого на высоте h_x имеет радиус r_x.

Примем в качестве максимальной высоты защищаемого оборудования наибольшую из высот подвеса провода на подходящих к подстанции линиях, то есть: h_x=18.072 м

Обычно молниеотвод выбирается на 10-15 м выше защищаемого объекта, тогда примем высоту молниеотвода равной: h=31 м

При заданной вероятности прорыва молнии через границу зоны защиты P_пр=0.005, определим параметры одиночного молниеотвода (БЛП с. 221):

Радиуса r_x явно недостаточно для защиты всей территории ОРУ, поэтому попробуем обеспечить защиту с помощью нескольких молниеотводов. изолятор подстанция грозоупорность заземление

Для защиты территории ОРУ наиболее целесообразно установить 8 стержневых молниеотводов со следующими параметрами и размещением на территории:

l₁ =34 м > hl₂=l₄=37 м > hl₃=25.125 м < h



6. Определение числа повреждений в год изоляции электрооборудования ОРУ от прямых ударов молнии в молниеотводы и прорывов молниезащиты

За высоту подстанции принимаем высоту установленных на ней молниеотводов, так как их молниеприёмники являются наивысшими точками подстанции.

Число ударов молнии в подстанцию за 100 грозовых часов (БЛП с. 217):

Среднее число перекрытий изоляции подстанции из-за прорывов молнии в зону за-щиты (БЛП с. 280):

Критический ток обратного перекрытия гирлянд изоляторов на порталах с молниеотводами (БЛП с. 281):

Вероятность обратного перекрытия при ударе молнии в молниеотвод (БЛП с. 213):

Число обратных перекрытий изоляции при ударах молнии в молниеотводы (БЛП с. 280):

7. Определение показателя грозоупорности подстанции

Среднее годовое число перекрытий изоляции подстанции вследствие набегания на неё опасных импульсов грозовых перенапряжений (БЛП с. 281):

Показатель грозоупорности подстанции (число лет её безаварийной работы):

8. Методы повышения грозоупорности подстанции

Для уменьшения импульсного сопротивления заземления в местах присоединения молниеотводов к заземляющему контуру подстанции устраиваются дополнительные сосредоточенные заземлители в виде вертикальных электродов.

Для подстанций, расположенных в местностях с повышенным удельным сопротивлением грунта, целесообразным решением является установка молниеотводов, имеющих отдельные заземлители, электрически не связанные с заземляющим контуром подстанции. При установке таких молниеотводов должны соблюдаться безопасные расстояния по воздуху и в земле от молниеотводов и их заземлителей до элементов распределительного устройства.

На сопротивление грунта влияет степень уплотнения (плотность взаимного прилегания частиц) оказывает непосредственное влияние на его удельное сопротивление (чем лучше утрамбован грунт, тем меньше его удельное сопротивление), поэтому нужно как можно плотнее утрамбовывать грунт. Если же грунт каменистый, (горные подстанции, подстанции расположенные в зоне вечной мерзлоты) для защиты от перекрытий вблизи подстанций на опорах используют разрядники, так как невозможно получить необходимое значение статического, а, следовательно, и импульсного сопротивления.

Содержание в грунте растворенных веществ (солей, кислот, оснований), также влияет на удельное сопротивление грунта, поэтому с помощью добавок можно добиться уменьшения удельного сопротивления.

Молниеотводы на трансформаторных порталах, как правило, не устанавливаются вследствие низкого импульсного разрядного напряжения вводов низшего напряжения 6-10 кВ. Более того, для уменьшения вероятности повреждения изоляции трансформаторов корпуса их должны заземляться на расстоянии не менее 15 м (вдоль полосы заземлителя) от точек присоединения к заземлителю молниеотводов. При необходимости установки молниеотвода на трансформаторном портале обмотки низшего напряжения следует защищать вентильными разрядниками, включенными непосредственно у вводов 6-10 кВ или на расстоянии не менее 10 м от вводов 35 кВ.

Подстанционные здания и сооружения защищаются путем заземления металлической кровли или, если крыша неметаллическая, посредством сетки размером 5Ч5 м² из стальной проволоки диаметром 8 мм, которая располагается на крыше и присоединяется к заземлителю.

Размещено на Allbest.ru

...