Анализ выбора оборудования трансформаторной подстанции станции Бурла и опыт эксплуатации вакуумных выключателей

Максимальная полная мощность всех потребителей определяется по формуле

Сумма максимальных реактивных мощностей

Максимальная полная мощность всех потребителей определяется по формуле

Мощность собственных нужд:

Расчётная мощность главного понижающего трансформатора:

Сопротивление ЛЭП:

Xблэп; (1.23)

Xблэп2= 0,4 • 27;

Xблэп3,4=0,4• 62;

X3,4= ;

Сопротивление трансформатора:

Xбт = ; (1.24)

Xбт5,6 =1,6;

Xбт5,6;

По схеме замещения составляем схему преобразования (рисунок 1.5).

Сопротивление до точки К.З. К₁⁽³⁾:

X₁₁=Х₇+Х₈+Х₉; (1.25)

X₁₁=0,036+0,082+0,094=0,212.

Сопротивление до точки К.З. К₂⁽³⁾:

X₁₂=Х₇+Х₈+Х₉+Х₁₀; (1.26)

X₁₂=0,036+0,082+0,094+0,8= 1,012.

Базисный ток:

Iб; (1.27)

Iб1

Iб2

Действующее значение тока короткого замыкания:

Iк (1.28)

Iк1

Iк2

Ударный ток:

iy = 2,55Iк; (1.29)

iy1 = 2,55 2,368 = 6,038 кА;

iу2 = 2,55 • 5,535 = 14,114 кА.

1.4 Расчет максимальных рабочих токов

Максимальный рабочий ток ввода линий электропередач (ЛЭП):

; (1.30)

.

Максимальный рабочий ток ремонтной перемычки и первичной обмотки высшего напряжения силового трансформатора:

, (1.31)

.

Максимальный рабочий ток вторичной обмотки низкого напряжения силового трансформатора:

; (1.32)

А.

Максимальный рабочий ток сборных шин:

, (1.33)

.

Максимальный рабочий ток линии районных потребителей

, (1.34)

;

;

;

;

.

Максимальный рабочий ток первичной обмотки трансформатора собственных нужд (ТСН):

; (1.35)

.

Максимальный рабочий ток фидеров продольного электроснабжения (ФПЭ):

; (1.36)

.

1.5 Выбор и проверка высоковольтных выключателей

Осуществляем выбор выключателя типа ВБЭМ - 10 - 20/1000 - УХЛ2

установленного на сборных шинах 10 кВ

по роду установки - внутренний,

по конструктивному исполнению - вакуумный.

По напряжению установки:

U_1ном ? U_{раб.макс}; (1.37)

10 кВ = 10 кВ.

По номинальному току:

I_1ном ? I_{раб.макс} ; (1.38)

1000 А > 110,42 А.

Осуществляем проверку выключателя типа ВБЭМ-10-20/1000-УХЛ2 установленного на сборных шинах 10 кВ на электродинамическую стойкость:

i_пр.с ? i_у; (1.39)

51 кА > 14,114 кА.

На термическую стойкость:

I²_т t_т ? В_к; (1.40)

469 кА² с > 35,690 кА² с.

По номинальному току отключения:

I_{ном.отк.} ? I_к; (1.41)

20 кА > 5,535 кА.

Осуществляем выбор выключателя типа ВМТ-110Б-25/1250-УХЛ1,установленного в первичной обмотке силового трансформатора

по роду установки - внутренний,

по конструктивному исполнению - вакуумный,

по напряжению установки:

U_1ном ? U_{раб.макс}; (1.42)

110 кВ = 110 кВ.

По номинальному току:

I_1ном ? I_{раб.макс} ; (1.43)

1250 А > 43 А.

Осуществляем проверку выключателя типа ВМТ-110Б-25/1250-УХЛ1, ,установленного в первичной обмотке силового трансформатора на электродинамическую стойкость:

i_пр.с ? i_у; (1.44)

65 кА > 6,038 кА.

На термическую стойкость:

I²_т t_т ? В_к; (1.45)

1875 кА² с > 12,531 кА² с.

По номинальному току отключения:

I_{ном.отк.} ? I_к; (1.46)

20 кА > 2,368 кА.

Выключатели являются термически и динамически устойчивы. Результаты расчетов сведены в таблицу 1.4. Аналогично выбираем и проверяем выключатели распределительного устройства 10 кВ ВБЭМ-10-20/1000-УХЛ2, которые являются термически и динамически устойчивы.

Время отключения тока кз, с:

t_отк = t_рз + t_ср + t_св, (1.47)

t_отк = 1 + 0,1 + 0,04 = 1,14 с.

Тепловой импульс тока короткого замыкания, кА²с:

В_к = I²_к(t_отк + T_а), (1.48)

В_к = 7,903²(1,14 + 0,05) = 74,324 кА · ч.

Результаты сведены в таблицу 1.5

Таблица 1.4 - Выключатели

Таблица 1.5 - Тепловой импульс

Выбор и проверка разъединителей

Осуществляем выбор разъединителя типа РГ.2-110/1000УХЛ1 установленного в первичной обмотке силового трансформатора:

по роду установки - наружные;

по конструктивному исполнению - однополюсные с заземляющими ножами;

по напряжению установки:

U_1ном ? U_{раб.макс}; (1.49)

110 кВ = 110 кВ;

по номинальному току:

I_1ном ? I_{раб.макс} ; (1.50)

1000 А > 43 А.

Осуществляем проверку разъединителя типа РГ.2-110/1000УХЛ1 установленного в первичной обмотке силового трансформатора:

на электродинамическую стойкость:

i_пр.с?i ; (1.51)

63 кА > 6,038 кА;

на термическую стойкость:

I²_тt_т ? В_к; (1.52)

1875 кА² с > 12,531 кА² с.

Выбранные разъединители электродинамически и термически устойчивы.

Результаты сведены в таблицу 1.6

Таблица 1.6 - Разъединители

1.7 Выбор и проверка трансформаторов тока

Осуществляем выбор первичной обмотки силового трансформатора типа ТМЗМ-110 А установленного на ОРУ-110 кВ:

по номинальному напряжению:

U₁ ? U_раб; (1.53)

110 кВ = 110 кВ.

по номинальному току:

I_{1ном.ГПТ} ? I_{раб.макс}; (1.54)

150 А > 43 А.

Осуществляем проверку первичной обмотки силового трансформатора типа ТМЗМ-110 А установленного на ОРУ-110 кВ:

на термическую стойкость:

; (1.55)

126,563 кА^2·с > 12,531 кА^{2 ·}с.

на электродинамическую стойкость:

; (1.56)

31,81 кА > 6,038 кА.

на условие соответствия классу точности:

Z_2ном ? Z_2рас; (1.57)

1,2 Ом > 0,375 Ом.

Выбранный трансформатор является термически и динамически устойчивым, и соответствует классу точности. Результаты расчетов приведены в таблице 1.7

Аналогично выбираем трансформаторы тока ЗРУ-10 кВ типа ТПЛ-10, которые являются термически и динамически устойчивы, и соответствует классу точности.

Осуществляем выбор силового трансформатора типа ТПЛ - 10 А установленного на сборных шинах 10 кВ:

по номинальному напряжению:

U₁ ? U_раб; (1.58)

10 кВ = 10 кВ.

по номинальному току:

I_{1ном.ГПТ} ? I_{раб.макс}; (1.59)

600 А > 110,42 А.

Таблица 1.7 - Трансформаторы тока

1.8 Выбор и проверка трансформаторов напряжения

Выбираем измерительный трансформатор напряжения НКФ-110, установленный в ОРУ - 110кВ.

- по номинальному напряжению

U_1номТМ ? U_{раб.макс}; (1.67)

110кВ = 110кВ.

Проверку измерительного трансформатора напряжения типа НКФ - 110кВ осуществляем в следующей последовательности:

- на соответствие классу точности

S_2ном ? S_2расч; (1.68)

2000В•А > 23,6В•А

Согласно проверки, выбранный трансформатор напряжения типа НКФ - 110, соответствует классу точности.

Аналогично выбираем и проверяем измерительный трансформатор напряжения, установленные в ЗРУ - 10кВ (таблица 1.4).

Приборы, подключенные к трансформатору напряжения сведены в таблицы 1.8 - 1.10.

Таблица 1.8 - Приборы, подключенные к трансформатору напряжения 110кВ

мощность замыкание ток выключатель

Таблица 1.9 - Приборы, подключенные к трансформатору напряжения 10кВ

Таблица 1.10 - Условия выбора и проверки трансформаторов напряжения

2. Технологический раздел

2.1 Назначение высоковольтных выключателей

Для включения и отключения высоковольтных цепей напряжением 10кВ во всех режимах работы используют выключатели с различными средами гашения таких, как масло или вакуум. Выключатели предназначенны для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме в нормальных или аварийных режимах при ручном дистанционном или автоматическом управлении. В настоящее время выпускаются, в основном, вакуумные выключатели (ВБЭМ), широкое применение которых вызвано их умеренной стоимостью и его достоинствами по сравнению с ВМП-10 (таблица 2.1):

- удобство монтажа и ошиновки (мало составных частей);

- износ контактов 1 мм за срок службы в 30 лет;

- большой коммутационный ресурс (производит 150000 операций в год, а масляный выключатель ВМП-10 150000 операций за весь срок службы).

- компактность (габариты масляного выключателя ВМП-10: 930х700х530, а вакуумного ВБЭМ: 390х390х460 (высота, длина, ширина));

- легкость (вес масляного выключателя ВМП-10 составляет 134,5 кг, а вакуумного ВБЭМ составляет всего 120 кг);

- время включения (у масляного выключателя ВМП-10 оно составляет 0,1 с, у вакуумного 0,1 с);

- время отключения (у масляного выключателя ВМП-10 оно составляет 0,3 с, а у вакуумного 0,04 с).

Таблица 2.1 - Сравнительный анализ выключателя ВБЭМ-10-20 с ВМП-10

Таблица 2.2 - Основные технические данные выключателя ВБЭМ-10-20

2.2 Конструкция выключателя типа ВБЭМ

Конструкция выключателя типа ВБЭМ представлена на рисунках 2.1-2.5.

Рисунок 2.1 - Внешний вид выключателя ВБЭМ

Рисунок 2.2 - Главный вид выключателя ВБЭМ

Рисунок 2.3 - Вид А и Б выключателя ВБЭМ

Рисунок 2.4 - Вид сбоку выключателя ВБЭМ

Рисунок 2.5 - Вид Е и Г выключателя ВБЭМ

Выключатель ВБЭМ-10-20/1000 УХЛ2(выключатель вакуумный, с электромагнитным приводом, малогабаритный, номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток отключения 20 кА, номинальный ток 1000 А, умеренно климатическое исполнение в закрытом помещении). содержит три вакуумные дугогасительные камеры 38, расположенные в изоляционных корпусах 42. На основании камеры установлен токопровод 37. Снизу камера имеет подвижной шток, который связан с токопроводом 41 гибкой связью при помощи втулки 59. В шток камеры ввернут болт 53, на котором установлены скоба 54 и пружина поджатия 55.

Во включенном положении выключателя расстояние между головкой болта 53 и скобой 54 должно быть до начала эксплуатации выключателя мм. Усилие пружины поджатия регулируется гайкой 56 и контриться гайкой 57. После регулировки болт 53 контриться гайкой 58, поджимая гибкую связь к втулке 59. В скобу 54 вставлен конец рычага 40 из электроизоляционного материала. Ось рычага 40 поворачивается в двух подшипниках скольжения, расположенных в корпусах 19, которые утановлены на плите 43. Плита 43 литой конструкции из электроизоляционного материала, на ней закреплены основные узлы и детали выключателя. На рычаге 40 с одного конца усновлина плита 44 из электроизоляционного материала, другой конец рычага проходит через окно корпуса 42 и взаимодействует с подвижным штоком камеры 38.

С двух сторон включающего электромагнита 45 установлены между втулками 17 и 21 пружины 20. Втулки 17 предназначены для настройки необходимого усилия пружин 20 с помощью специальных винтов.

Так же с двух сторон симметрично электромагниту включения 45 на плите 43 утсановлены контактные узлы 18 (по 2 парных контакта с каждой стороны).

К плите 44 крепиться планки 16. При срабатывании выключателя они переключают контактные узлы 18, которые предназначены для коммутации внешних вспомогательных цепей. Корпуса 42 соедены между собой изолирующей плитой 36.

На плите 36 установлены элементы электрической схемы. На передней панели 12 установлены:

- счетчик циклов 8 (наличие счетчика по требованию заказчика);

- вилка 4 для подачи напряжения привода и управления, напряжения и токов на расцепители и напряжений внешних вспомогательных цепей;

- розетка 5, входящая в комплект поставки и предназначения для подсоеденения к вилке 4.

На плите 44 закреплена скобо-указатель 15 с надписью ВКЛ и надписью ОТКЛ.

Плита 36 соединена при помощи кронштейнов 25 и 22 с плитой 43. На кронштейнах 25 и 22 закрепоена плита 39, на которой устанавливают электромагнит отлючения 10 и расцепители в соответствии с таблицей Г.1:

- расцепители максимального тока 9,11;

-расцепитель минимального напряжения 7;

или

- расцепитель с питанием от независимого источника 6.

На кронштейне 25 закреплено устройство 28, предназначенное для ручного оперетивного и неоперативного отключения выключателя. Это же устройство используется как блокировка от самопроизвольных операций «включение-отключение» при вкатывании и выкатывании тележки КРУ с установленным на ней выключателем.

На плите 23 установлены кронштейны 24 и 31, ограничивающие поворот плиты 44 рычага 40 при помощи болтов 26. Стержень 33 предназначен для зацепа пружины 51. Пружина 51 другим концом прикреплена к рычагу 47, поворачивающемуся вокруг оси 49, встроенной в плиту 52. На рычаге 47 имеется 48, взаимодействующей с подвижной плитой 44 рычага 40. Упор 50 предназначен для ограничения перемещения рычага 47. Плиты 43, 23, 52, 36 и корпус 42, соеденен межу собой, образуют замкнутый контур.

На плте 52 установлены две опоры, состоящие из двух кронштейнов 1 и 34. В опоры установлен вал 14 со встроенными штырями 13. Нижний штырь вала 14 имеет ролик 46, взаимодействующим с рычагом 47. Осевое перемещение вала 14 гораничивается винтами 3, ввернутыми в кронштейны 2. Для возврата 14 предназначена пружина 27, соедененная с плитой 52. Ручное неоперативное включение производиться съемным приспособлением 29, воздействующим на плиту 44. Съемное приспособление 29 входит в комплект поставки выключателя.

Все электрические элементы закрываеются кожухом 35 нанесенным на нем предостерегающим знаком « Осторожно, высокое напряжение».

Выключатели позволяют устанавливать до четырех расцепителей (электромагнит отключения 10 два расцепителя максимального тока 9,11, расцепитель минимального напряжения 6 или расцепитель с питанием от независимого источника 7).

Демпфер (рисунок 2.6) служит для излишней кинетической энергии при отключении выключателя.

Демпфер состоит из стакана 3, поршня 4, пружины 1, стержня 2, манжеты 5. В стакан демпфера залита тормозная жидкость «РОСДОТ 4» работает при всех условиях и режимах при температурах от минус 50 ⁰С до плюс 50 ⁰С. Использование других жидкостей в демпфере недопустимо.

При отключении выключателя ролик 32, установленный на плите 44(см. рисунок 4), воздействует на дно стакана 3 и перемещает его вверх. Жидкость из нижней части стакана перетекает через зазор между отверстием поршня 4 и стержнем 2 и далее через отверстие в поршне 4 в верхнюю часть стакана, при этом происходит гашение кинетической энергии подвижных масс выключателя. При включении выключателя пружина 1 давит на дно стакана 3, возвращая его в исходное положение.

Рисунок 2.6 -Демпфер

Вакуумная дугогасительная камера предназначена для быстрого гашения дуги в вакууме.

В соответствии с рисунком 2.7 вакуумная дугогасительная камера состоит из вакуумно-плотного керамического корпуса 8, подвижного контакта 9, неподвижного контакта 10. Контакты 9 и 10 припаяны к токопроводам 11 и 1. Направляющая 2 предназначена для обеспечения соосности подвижного токопровода 1 относительно оси камеры. При перемещении штока токопровода 1 вакуумная герметичность камеры обеспечивается сильфоном 5.

Рисунок 2.7-Дугогасительная камера

Система экранов 6,7 предохраняет:

- керамику корпуса от металлизации продуктами эрозии контактов;

- сильфон 5 от прожога электрической дугой.

Три резьбованных отверстия 12 предназначены для крепления камеры в выключателе. Патрубок 3 предназначен для откачки воздуха из камеры в процессе ее изготовления, и после откачки герметично заварен.

На наружной частит подвижного штока 1 нанесена риска 4 на расстоянии 0,1 мм от поверхности А. риска 4 предназначена для износа контактов камеры в процессе эксплуатации.

В течении всего периода эксплуатации в камере сохраняется высокий вакуум давление остаточных газов не более 10 мПа (7,5*10^-5 мм РТ.ст.) за счет конструкции камеры. Обеспечивающей вакуум герметичностью металлокерамической оболочки.

При размыкании контактов камеры цепи тока между ними возникает дуга, которая горит в парах металла контактов. Вследствие быстрого протекания в вакууме процессов деионизации атомов и конденсации пара. А также остывания очагов испарения на контактах дуга гаснет, как правило, при переходе переменного тока через ноль, то есть происходит отключение тока. Благодаря высокой электрической прочности вакуумного промежутка в течение долей секунды между контактами восстанавливается напряжение.

В процессе эксплуатации камеры происходит износ ее контактов, при этом размер 0,1 мм (см. рисунок 2.7) уменьшается. Не допускается использовать камеру после того как риска 4 сравняется с поверхностью А.

Электромагнит оперативного включения (рисунок 2.8) состоит из двух катушек 6, неподвижного магнитопровода 4 и якорей 7. Магнитопровод состоит из верхней и нижней плит 3 и стопов 1. Внутри катушек перемещаются якори 7. В якори 7 упираются возвратные пружины 5. К сердечникам приклеплены тяги 8. Шпильки 2 предназн...