Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение допустимой токовой нагрузки провода и электросетевого оборудования на время действия автоматики ограничения перегрузки оборудования

Лукьянов В.И.

Филиал АО «СО ЕЭС» Северокавказское РДУ

Пятигорск, Россия

Аннотация

Состояние вопроса: В настоящее время выбор выдержек времени устройств АОПО происходит без подтверждения возможности токовой перегрузки провода и оборудования сверх аварийно допустимых значений на время срабатывания устройств АОПО. Для определения допустимости токовой перегрузки одного из устройств АОПО была разработана комплексная методика, позволившая подтвердить возможность работы АОПО в соответствии с существующими настройками.

Материалы и методы: При произведении расчета использовалась методика, указанная в стандарте организации ПАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.240.55.143-2013 «Методика расчета предельных токовых нагрузок по условиям сохранения механической прочности проводов и допустимых габаритов воздушных линий», а также ГОСТ Р 52736-2007 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта электродинамического и термического действия тока короткого замыкания».

Результаты: Получены значения допустимой перегрузки провода и оборудования, позволившие подтвердить возможность работы АОПО в соответствии с существующими настройками.

Выводы: Разработанный комплекс методик расчета допустимых значений токовой нагрузки применён для существующего устройства АОПО операционной зоне Филиала АО «СО ЕЭС» Северокавказского РДУ.

Ключевые слова: АОПО, допустимая нагрузка, выдержка времени, уставка по току.

Abstract

Background: currently, the selection of АОРО device time exposures occurs without confirmation of the possibility of current overload of the wire and equipment in excess of the emergency permissible values at the time of operation of AOPO devices. To determine the admissibility of the current overload of one of the AOPO devices, a complex technique was developed, which allowed confirming the possibility of АОРО operation in accordance with the existing settings.

Materials and Methods: the calculation was used the method specified in the standard organization of JSC "FSK UPS" STO 56947007-29.240.55.143-2013 "Methodology of calculation of the maximum current loads for the preservation of mechanical durability of wires and the acceptable dimensions of overhead lines", and also GOST R 52736-2007 "Short circuit in electrical installations. Methods of calculation of electrodynamic and thermal action of short-circuit current".

Results: the values of permissible overload of the wire and equipment, which allowed to confirm the possibility of AOPO in accordance with the existing settings, were Obtained.

Conclusions: the Developed complex of methods of calculation of permissible values of current load is applied to the existing device AOPO operating area of the Branch of Filial AO «SO UPS» Northcaucasus RDA.

Key words: AOPO, permissible load, time delay, current set point.

Введение

Известно, что на время работы устройств автоматики ограничения перегрузки оборудования (далее - АОПО) возможно протекание токов по линиям электропередач (далее - ЛЭП) и сетевому оборудованию, защищаемому данными устройствами, превышающих аварийно-допустимые значения.

Отсутствие подтверждения возможности токовой перегрузки провода и оборудования данных ВЛ сверх аварийно допустимых значений на время срабатывания устройств АОПО (на время до 20 сек. включительно) может приводить к существенным ограничениям электроэнергетического режима, связанным с недопущением их перегруза выше аварийно допустимых значений, что в свою очередь - приводить к необходимости применения различных схемно-режимных мероприятий, в том числе ограничения генерации электрических станций.

Данное условие послужило необходимостью расчета допустимой нагрузки провода марки АЖ-120, применяемого на кабельно-воздушной линии (далее - КВЛ) 110 кВ Ильенко-Ясная поляна-2, заведенной под действие АОПО и находящейся в операционной зоне Филиала АО «СО ЕЭС» Северокавказского РДУ.

ток автоматика допустимый электропередача

Электросетевое оборудование

Первым шагом для определения возможности токовой перегрузки ЛЭП и электросетевого оборудования сверх аварийно допустимых значений на время срабатывания устройств АОПО являлось взаимодействие с заводами-изготовителями применяемого в ячейке рассматриваемой линии электросетевого оборудования.

В соответствии с произведенным запросом заводами-изготовителями были предоставлены ответы, содержащие информацию о термической стойкости электросетевого оборудования. Значения токов термической стойкости предоставлены для допустимого времени протекания токов КЗ от 1 до 3 секунд, что не удовлетворяет запросу к поставленной задачи.

Ввиду того, что токи, протекающие по сетевым элементам в послеаварийных режимах, требующих работы АОПО, соизмеримы с уровнями токов удалённых коротких замыканий и ограничены временем срабатывания АОПО (до 20 сек.), было принято для определения допустимой перегрузки электросетевого оборудования на время работы АОПО руководствоваться п.6.2.3 [1], в соответствии с которым допускается проверку электрических аппаратов на термическую стойкость проводить путём сравнения термически эквивалентного тока КЗ с допустимым током термической стойкости, учитывая соотношение между допустимым временем воздействия нормированного тока термической стойкости и расчётной продолжительностью КЗ. Методика расчёта допустимого тока приведена в далее. В соответствии с [1] при времени отключения больше времени термической стойкости определение величины допустимого тока электрооборудования следует проводить, используя соотношение:

где: tоткл = 20 сек - максимально возможная выдержка времени устройств АОПО;

tтер.норм - время протекания тока термической стойкости (указывается в паспорте оборудования);

Iтер.норм - ток термической стойкости электрооборудования (указывается в паспорте оборудования).

При использовании данной методики допустимые значения токовой перегрузки оборудования на время работы АОПО составляют от 5 до 20 кА (в зависимости от тока и времени термической стойкости каждого отдельно рассматриваемого электрического аппарата ячейки отходящей линии; В-выключатель; Р-разъединитель; ТТ-трансформатор тока), что превышает значения тока, протекающего в аварийном режиме по оборудованию рассматриваемой ЛЭП.

Допустимая нагрузка провода

В целях максимального использования перегрузочной способности сетевых элементов уставка по току последней ступени устройства АОПО соответствует аварийно допустимой токовой нагрузке (далее - АДТН).

Реализация управляющих воздействий на отключение сетевых элементов действием указанной ступени устройства АОПО без выдержки времени в большинстве случаев будет являться избыточной и приводить к рискам дальнейшего развития аварийной ситуации, в результате того, что устройства АОПО будут срабатывать при возникновении коротких замыканий в сети, а также в цикле работы АПВ ЛЭП, отключение которых вызывает увеличение токовой нагрузки защищаемого устройством АОПО сетевого элемента.

Управляющие воздействия устройств АОПО реализуются с минимальной выдержкой времени, в соответствии с [2] отстроенной от:

- времени работы резервных защит и УРОВ защищаемого элемента сети и смежных сетевых элементов;

- времени автоматического повторного включения (АПВ) ЛЭП (оборудования), отключение которых вызывает увеличение токовой нагрузки защищаемого устройством АОПО сетевого элемента;

- времени реализации управляющих воздействий предыдущими ступенями устройства АОПО.

Отказ от использования вышеуказанного принципа настройки устройств АОПО может привести к избыточному отключению сетевых элементов, необходимости дополнительного ограничения допустимых перетоков активной мощности в контролируемых сечениях или ограничению генерации электростанций в целях недопущения даже кратковременной (на время реализации управляющих воздействий АОПО) перегрузки ЛЭП (оборудования), что существенно ограничит возможность проведения ремонтных кампаний не только генерирующего, но и электросетевого оборудования, а также может вызвать возможную необходимость дополнительного усиления электрической сети.

Учитывая изложенное, в целях недопущения указанных негативных последствий для ЕЭС России, необходимо определить возможность кратковременной (на время реализации управляющих воздействий устройств АОПО, но не более 20 секунд, соответствующих максимальному времени отключения защищаемого устройством АОПО сетевого элемента действием последней ступени устройства АОПО) работы с токовой нагрузкой, превышающей разрешенную.

Для недопущения вышеуказанных режимных ограничений, учитывая, что допустимый ток проводов ЛЭП в значительной степени зависит от температуры наружного воздуха и времени существования аварийного режима (времени срабатывания АОПО в данном случае), Северокавказским РДУ, с использованием [3] выполнен детальный расчет допустимой токовой загрузки провода АЖ-120, применяемого на КВЛ 110 кВ Ильенко-Парковая. Расчет и допустимые значения токов провода АЖ-120 на время срабатывания АОПО приведены в IV главе данной статьи.

Расчет допустимой нагрузки провода

Расчёты выполнены с использованием [2].

Принцип расчёта заключается в определении времени нагрева проводника с температуры в 70°С [4] до температуры 90°С [5], что соответствует номинальной и аварийной токовой загрузке провода соответственно, за принятый промежуток времени.

Приращение величин температуры провода в зависимости от времени на каждом шаге интегрирования (от начальной температуры в предшествующем режиме до аварийно допустимой температуры провода) определяется по формуле (1).

(1)

где: - время нагрева проводника;

- теплоемкость одного километра проводника;

- масса 1 км провода;

- удельная теплоемкость материала провода;

- удельная теплоемкость материала провода при 0°С;

- температурный коэффициент теплоемкости;

- коэффициент, учитывающий магнитные потери в стальном сердечнике;

- коэффициент, учитывающий поверхностный эффект для переменного тока;

- ток предшествующего режима номинальной загрузки сетевого элемента (при проведении расчетов соответствует длительно допустимой токовой нагрузке рассматриваемого провода ЛЭП при рассматриваемой температуре наружного воздуха);

- сопротивление 1 м провода при температуре 20°С;

- температурный коэффициент сопротивления;

- допустимая температура провода для номинальной загрузки провода (70°С);

- мощность солнечного излучения, поглощаемая 1 км провода;

- коэффициент поглощения провода;

- коэффициент, учитывающий влияние высоты над уровнем моря;

- диаметр провода;

- коэффициент, учитывающий зависимость интенсивности солнечного излучения от времени года;

- интенсивность солнечной радиации;

- высота угловая солнца;

- активный угол наклона солнечных лучей;

- ориентация линии электропередачи по отношению к меридиану;

- коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене;

- критерий Нуссельта, определяющий коэффициент теплоотдачи;

- эквивалентный критерий Рейнольдса, учитывающий совместное действие свободной и вынужденной конвекции;

- критерий Рейнольдса, характеризующий свободную конвекцию;

- скорость ветра;

- кинематический коэффициент вязкости воздуха;

- критерий Грасгофа, характеризующий свободную конвекцию;

- ускорение свободного падения;

- температурный коэффициент объемного расширения воздуха;

- кинематический коэффициент вязкости воздуха;

- коэффициент теплопроводности воздуха;

- коэффициент теплоотдачи при лучистом теплообмене;

- постоянная излучения (степень черноты провода);

- температура наружного воздуха;

- площадь поверхности теплообмена;

- длина провода, принят участок в 1 км.

Для определения допустимого тока в зависимости от времени нагрева проводника, предшествующей температуры проводника и температуры наружного воздуха из формулы (1) получаем формулу вида:

(2)

Результаты произведенных расчетов

Графики функций токовой загрузки провода от времени нагрева, построенные для наглядности с использованием формулы (2) приведены на рисунке 1. Графики построены для значений, соответствующих температуре наружного воздуха +35?С.

Рисунок 2. График изменения токовой нагрузки провода АЖ-120 от длительности нагрева (интервал времени от 25 до 1 секунды)

В таблице 1, полученной по формуле (2) содержатся значения допустимой токовой нагрузки провода на диапазоне температур от -5 до +35?С.

Таблица 1 Допустимые значения токов провода АЖ-120 при температуры наружного воздуха на время срабатывания устройства АОПО

Примечание: *- время существования аварийного режима

Итог

Полученные значения допустимой токовой загрузки провода удовлетворяют расчетным значениям максимального тока в аварийном режиме, предшествующего работе АОПО, на рассматриваемой линии. Ограничений по оборудованию также не имеется в соответствии с методикой, рассмотренной в главе II.

Представленные методики и полученные из них значения допустимых перегрузок позволили избежать изменения существующих выдержек времени рассматриваемого устройства АОПО, а следовательно, соблюдения требований [2] и недопущения избыточного срабатывания устройства, приводящего к рискам дальнейшего развития аварийной ситуации.

Список литературы

1. ГОСТ Р 52736-2007 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта электродинамического и термического действия тока короткого замыкания».

2. Стандарт организации АО «СО ЕЭС» «Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем. Условия организации процесса. Условия создания объекта.Нормы и требования» в редакции изменения, введенного в действие приказом ОАО «СО ЕЭС» от 29.07.2014 № 201).

3. Стандарта организации ПАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.240.55.143-2013 «Методика расчета предельных токовых нагрузок по условиям сохранения механической прочности проводов и допустимых габаритов воздушных линий».

4. Правила устройства электроустановок Седьмое издание, 2003-01-01.

5. Межгосударственный стандарт «Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи. Технические условия» утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 23.06.80 N 2987, 1981-01-01.

Размещено на Allbest.ur