2. Выбор выключателей и разъединителей

Выберем выключатели в цепи генераторов 200МВт и 100 МВт.

Генераторные выключатели увеличивают надёжность электроснабжения потребителей собственных нужд. Кроме того, генераторные выключатели позволяют избежать серьезных повреждений трансформаторов в случае КЗ внутри бака. Это объясняется тем, что при КЗ внутри трансформатора ток дуги поддерживается как энергосистемой со стороны ВН, так и генератором. При этом ток от системы будет отключен выключателем со стороны ВН, но генератор будет поддерживать ток дуги до снятия возбуждения. Обычно это время составляет несколько секунд. Именно это может привести к повреждению бака трансформатора, так как давление газов в трансформаторе продолжает нарастать. И даже если ток подпитки от генератора мал по сравнению с током, поступавшим со стороны системы, развозбуждение генератора наступает слишком поздно, чтобы избежать серьезных повреждений трансформатора.

Еще одним режимом, влияющим на работоспособность электростанции, является случай ошибочной синхронизации или режим рассогласования фаз по углу. Возникающие в результате токи КЗ могут сопровождаться задержкой перехода тока через ноль. Это создает определенные проблемы для обычных выключателей, установленных на стороне ВН, и в ряде случаев срабатывание выключателей замедляется или даже блокируется. В этой связи при операциях по синхронизации предпочтительно использовать генераторные выключатели, так как они специально спроектированы для работы в таких режимах. В любом случае наличие генераторного выключателя обеспечивает резервирование выключателя, установленного со стороны ВН, в случае его отказа, что повышает надежность работы энергоблока.

Итак, определим рабочий максимальный ток в цепи генератора 200 МВт при снижении напряжения на его выводах на 5%:

.

Определим рабочий максимальный ток в цепи генератора 100 МВт при снижении напряжения на его выводах на 5%:

.

Тогда принимаем

В качестве генераторных выключателей могут быть установлены маломасляные выключатели отечественного производства или же вакуумные или элегазовые выключатели зарубежных производителей на большие номинальные токи. Однако масло как дугогасящая и изолирующая среда требует частого контроля и вмешательства персонала. По этой причине желательно установить на генераторном напряжении герметичные элегазовые или вакуумные выключатели. В настоящее время наиболее распространёнными являются генераторные выключатели производства фирмы Siemens. Кроме того, фирма имеет постоянное российское представительство, очень хорошо зарекомендовавшее себя на отечественном рынке. Примем к установке по [12] элегазовые генераторные выключатели FKG2S. Проверим их по всем условиям установки. В качестве расчётных токов КЗ и термического импульса будем брать наибольшие значения из данных расчётов, полученных для генераторов G1, G2 и G3, G4.

Рис. 5.3.2.1. Внешний вид генераторного выключателя FKG2S

Выбор выключателей генераторов 200 МВт и 100 МВт

Таблица 5.3.2.1.

Условия проверки	Расчетные данные	Данные по выключателю FKG2S
при :	;	;
;	;	;

Последнее условие является условием проверки выключателя на коммутационную способность при несинхронном включении генераторов на параллельную работу.

Сопротивление генератора 200 МВт в именованных единицах:

.

Результирующее сопротивление внешней сети:

.

Сопротивление генератора 100 МВт в именованных единицах:

.

Результирующее сопротивление внешней сети:

.

Таким образом, выбранные выключатели проходят по всем условиям и пригодны к установке.

Теперь произведём выбор выключателей в цепи генераторов 63 МВт на ГРУ. Максимальный рабочий ток в цепи генераторов 63 МВт:

.

Установка однотипного оборудования всегда является более желательной, так как затраты на приобретение оборудования при этом могут быть ниже и ремонт упрощается за счёт наличия одинаковых запчастей. Однако выключатель FKG2S, прошедший по всем условиям установки в предыдущем варианте и который мы могли бы установить и в этом случае, не проходит к установке в цепи генераторов 63 МВт по отключающей способности. По этой причине примем к установке вакуумные выключатели серии 3AH3 производства Siemens, которые имеют большую стоимость, чем элегазовые выключатели, однако обладают требуемой отключающей способностью и стойкостью к токам КЗ. Проверим их по всем условиям.

Сопротивление генератора 63 МВт в именованных единицах:

.

Рис. 5.3.2.2. Внешний вид генераторного выключателя 3AH3

Проверку на несинхронное включение осуществим при условии, что точка эквивалентного КЗ питается от источника бесконечной мощности, то есть его сопротивление примем равным нулю. Если выключатели пройдут по этому условию при таком допущении, то в реальных условиях их коммутационная способность будет тем более обеспечена, поскольку результирующее сопротивление внешней системы не равно нулю, и ток несинхронного включения будет иметь меньшее значение.

Выбор выключателей генераторов 63 МВт

Таблица 5.3.2.2.

Условия проверки	Расчетные данные	Данные по выключателю 3AH3
при :
;	;	;

Таким образом, выбранные выключатели проходят по всем условиям и пригодны к установке в цепи генераторов 63 МВт.

В цепи секционных реакторов на ГРУ также можно установить эти выключатели. Максимальный рабочий ток в цепи секционного реактора будет иметь место при отключении одного трансформатора связи и передаче мощности, вырабатываемой генератором, через секционный реактор к другому трансформатору. Поэтому и в данном случае рабочий максимальный ток равен 4558,03 А. К установке также примем выключатели 3AH3 фирмы Siemens. Однако расчётные условия для проверки будут выглядеть несколько иначе:

Выбор выключателей в цепи секционных реакторов на ГРУ

Таблица 5.3.2.3.

Условия проверки	Расчетные данные	Данные по выключателю 3AH3
при :	;	;
;	;	;

Таким образом, выбранные выключатели проходят по всем условиям и пригодны к установке в цепи секционных реакторов на ГРУ.

К установке в цепи резервного трансформатора собственных нужд (РТСН) примем тот же выключатель. Проверим его по суммарным значениям токов КЗ и интеграла Джоуля:

Выбор выключателя в цепи РТСН

Таблица 5.3.2.4.

Условия проверки	Расчетные данные	Данные по выключателю 3AH3
при :	;	;
;	;	;

Выключатель проходит по всем условиям и пригоден к установке в цепи РТСН.

Выберем выключатели в цепи НН трансформаторов связи. Максимальный рабочий ток в одной ветви НН трансформатора, как уже было пояснено ранее, возникает при отключении одного трансформатора связи и равен 2·4558,03 = 9116,06 А. Вновь примем к установке вакуумные выключатели 3AH3 фирмы Siemens, имеющие номинальный ток 16000 А, а все остальные параметры – такие же, как и у выключателей с номинальным током 12000 А. Поскольку уровни токов КЗ и величина теплового импульса в цепи НН трансформатора связи получаются ниже, чем в цепи секционного реактора и в цепи генератора 63 МВт (см. таблицы ранее), то таблицу с результатами проверки выключателей приводить не будем, поскольку они однозначно пригодны к установке в данной цепи.

Теперь произведём выбор разъединителей на напряжения 10-20 кВ.

В цепи генераторов 200 МВт, 100 МВт и 63 МВт, а также в цепи секционных реакторов, на стороне НН АТС и в цепи РТСН постараемся выбрать однотипные разъединители, поскольку, как уже было сказано, выбор однотипного оборудования имеет значительные преимущества, даже несмотря на некоторую переплату в случае, если номинальные параметры оказываются выше параметров сети.

Выбор разъединителей произведём по каталогу ОАО «Уралэлектротяжмаш» [14], где нами уже были заказаны трансформаторы, выключатели и разъединители. Завод выпускает разъединители РВП(З-1,2)-20/16000У3. Проверим выбранный разъединитель по наиболее тяжёлым условиям установки.

Выбор разъединителей на напряжения 10-20 кВ

Таблица 5.3.2.5.

Условия проверки	Расчетные данные	Данные по разъединителю РВП(З-1,2)-20/12500У3
;

Таким образом, выбранные разъединители проходят по всем условиям и пригодны к установке в цепи генераторов 63 МВт, 100 МВт и 200 МВт в цепи секционных реакторов, РТСН и в цепи НН АТС.

Следует оговориться о том, как производился выбор выключателей и разъединителей на ГРУ. При их выборе предполагалось, что секционные выключатели при КЗ на выводах одного из генераторов включены, таким образом, точка КЗ была электрически неудалённой относительно других генераторов на ГРУ. Если же в нормальном режиме держать секционные выключатели отключенными или осуществлять каскадное отключение при коротком замыкании, то есть в первую очередь производить отделение источников, питающих точку КЗ, а уже затем отключать повреждённый участок, то значения токов КЗ могут быть значительно ниже. Однако в курсовом проекте были приняты наиболее тяжёлые, но в то же время весьма вероятные условия, при которых происходит КЗ. В случае раздельной работы источников и применения каскадного отключения КЗ может быть значительно увеличен ресурс установленных выключателей по отключению токов короткого замыкания.