О надежности электроснабжения собственных нужд электростанций и сетей потребителей

Суханов В. А., Глухова Н. С., инженеры

ОАО Сибтехэнерго – ООО “Кентавр-МВМ”

Специалисты Сибтехэнерго и “Кентавр МВМ” в течение многих лет проводят комплекс работ по повышению надежности электроснабжения потребителей в сетях 0,4 кВ на электростанциях и промышленных предприятиях. В 1995 – 1997 гг. данную тему разрабатывали, кроме Сибтехэнерго, специалисты Тулэнерго, кафедра электрических станций МЭИ и др. За это время накоплен значи- тельный опыт решения таких вопросов.

Основной причиной аварийности в сетях 0,4 кВ, выявленной нами, является несоответствие уставок защитных аппаратов, выбираемых на стадии проектирования, реальным параметрам сети из-за несовершенства методик расчета и выбора защит, применяемых проектными организациями; из-за несогласованных изменений кабельных трасс, сечений кабеля, типов коммутационных и защитных аппаратов в процессе монтажа и других причин.

Методика расчета токов КЗ, использованная проектными организациями, не учитывает ограни- чивающего влияния электрической дуги на значе-

ние тока КЗ, что делает защитную аппаратуру, установленную в сетях 0,4 кВ, нечувствительной к токам КЗ. В среднем защиты до 60% присоедине­ ний нечувствительны к токам КЗ, что и является причиной отказа защит, повреждения или выхода из строя аппаратов и возгорания кабелей.

Это объясняется тем, что проекты электро­ снабжения обследованных сетей 0,4 кВ выполнялись много лет назад, когда действовали другие методики расчета токов КЗ и выбора защит в сети до 1000 В.

В реальных условиях, как показывает стати­ стика, наиболее вероятным видом коротких замыканий являются дуговые, при этом резко снижает­ ся значение тока КЗ. В то же время дуга является первоочередной причиной пожара. Кроме того, ре­ альные КЗ носят случайный характер, т.е. значе- ние тока замыкания зависит от многих случайных факторов, например, от места КЗ, условий протекания процесса КЗ (в замкнутом или открытом объеме), от температуры и влажности окружаю­ щего воздуха и других условий, влияющих на про-

~ 220 Â

Экспериментальная установка

ÂÀÎ 560M4 100 êÂò

Рис. 2. Токи металлического КЗ:

à – однофазного на шинах секции 0,4 кВ КТП 2 630 кВ·А с группой соединения звезда-звезда; á – однофазного за кабелем марки ВВГ (3 70 + 1 50) длиной 50 м насоса откачки уте­ чек мощностью 100 кВт; â – то же двухфазного

цесс КЗ. Поэтому современные методические и директивные материалы [1 – 3] требуют учета то­ коограничивающего влияния дуги. В связи с тем, что в условиях эксплуатации невозможно полу­ чить истинные параметры сети 0,4 кВ, требуется проведение натурных испытаний с целью измере­ ния значений токов металлических КЗ. Для экспе­ риментального определения тока однофазного ме­ таллического КЗ петли фаза – нуль и двухфазного металлического КЗ разработана специальная мето­ дика с использованием мобильной установки, осу­ ществляющей безопасное выполнение опыта КЗ, и светолучевого осциллографа для регистрации необходимых параметров. Структурная схема уста­ новки показана на ðèñ. 1.

Методика экспериментального определения тока КЗ обеспечивает: проведение опытов КЗ в условиях действующего электрооборудования, от­ сутствие помех для нормальной эксплуатации электроустановок, пожаробезопасность в ходе экс­ периментов и возможность измерения параметров цепи КЗ в любой точке сети.

Кроме того, натурные испытания позволяют выявить скрытые дефекты кабелей: скрутки, нарушение целостности нулевой жилы и др.

Установка позволяет производить операцию включения цепи на короткое замыкание и автома­ тическое отключение КЗ через 0,1 с. В связи с малым индуктивным сопротивлением короткозамк­ нутой цепи ток КЗ достигает установившегося значения через 3 – 4 периода. Осциллограммы тока КЗ некоторых присоединений показаны на ðèñ. 2. На значение тока однофазного КЗ присое­ динений значительно влияет состояние заземле­ ния, т.е. его сопротивление и состояние контактно­ го соединения нулевого провода с землей.

В течение 1998 – 1999 гг. на Омской ТЭЦ-5 и Новосибирских ТЭЦ-3 и ТЭЦ-5, а также более чем на 20 нефтеперекачивающих станциях АО Сиб­ нефтепровод специалистами Сибтехэнерго и “Кентавр-МВМ” выполнен комплекс работ по повышению надежности электроснабжения потреби­ телей 0,4 кВ с учетом изложенных условий и тре­ бований, включающий в себя следующие работы:

натурные испытания с целью измерений токов двухфазных металлических КЗ и однофазных ме­ таллических КЗ петли фаза – нуль. Полученные из опытов значения токов КЗ за кабелем близки к рас- четным значениям. Пример расчета, выполненный нами по новой методике с указанием параметров элементов сети (трансформаторов, автоматов, ка­ белей), включая сопротивление контактов и соотношение X R для кабелей, приведен в приложении 2 “Методических указаний по расчету токов КЗ в сети напряжением до 1 кВ электростанций и под­ станций с учетом влияния электрической дуги”;

расчет значений токов дуговых замыканий по результатам измерений согласно методике, разра­ ботанной предприятием Сибтехэнерго на основе многочисленных экспериментов, позволяющих учесть влияние сопротивления электрической дуги на значение тока КЗ;

выбор аппаратов по условию предельной ком­ мутационной способности, выбор уставок защит по чувствительности к токам дуговых замыканий и по условию селективности, составление перечня рекомендуемых аппаратов с учетом реальной номенклатуры аппаратов, выпускаемых заводами-из­ готовителями в настоящее время;

расчетную проверку термической стойкости кабелей при КЗ.

Кроме того, проведены работы по анализу про­ ектов электроснабжения потребителей до 1000 В. Схемы электроснабжения собственных нужд 0,4 кВ электростанций являются более надежными по отношению к схемам 0,4 кВ промпредприя­ тий: на промпредприятиях применяются схемы неявного резервирования, тогда как на электро­ станциях в блочной части с.н. применяются схемы явного резервирования, т.е. резервное питание осуществляется от отдельного (резервного) транс­ форматора.

В результате проведенных работ по анализу технического состояния сетей 0,4 кВ выявлен ряд недостатков как по выбору уставок защит и кабе­ лей, так и в части схемных решений:

нагрузки между секциями щитов распределены неравномерно;

механизмы одного назначения подключены к одной секции, из-за чего при отключении этой секции теряют питание все электродвигатели этих механизмов;

неверно выбраны сечения кабелей по условию допустимого нагрева в нормальном режиме и по условию потери напряжения при пуске электро-

двигателей. При этом из-за недостаточности сече­ ния кабеля остаточное напряжение на зажимах электродвигателя не обеспечивает успешного пус­ ка и самозапуска ЭД. Кабели многих присоедине­ ний из-за заниженных сечений термически не­ стойки при КЗ;

на щитах 0,4 кВ по проекту установлены аппараты, не отвечающие требованию предельной ком­ мутационной способности (ПКС);

в качестве вводных выключателей 0,4 кВ КТП используются неселективные выключатели;

уставки максимальной токовой защиты (МТЗ) трансформаторов не согласованы с уставками за­ щит вводов 0,4 кВ, т.е. меньше уставок отсечек вводных выключателей;

до 60% защит отходящих присоединений не обеспечивают требуемой чувствительности к КЗ.

Для устранения выявленных недостатков и за­ мечаний разработаны и внедряются технические решения и рекомендации. Так, в качестве выклю- чателей вводов от трансформаторов на шины 0,4 кВ рекомендуется использовать селективные выключатели (ðèñ. 1), а в качестве аппаратов, устанавливаемых на щитах (вторичных сборках), реко­ мендуются выключатели с достаточной предель­ ной коммутационной способностью (ПКС).

Выводы

1. Выявлены недостатки, снижающие надеж­ ность электроснабжения потребителей 0,4 кВ, возникшие из-за неудовлетворительных схемных решений, применения проектными организациями, занимающимися проектированием электроснаб­ жения потребителей 0,4 кВ, устаревших методик по расчету токов КЗ и выбору защитных аппаратов. Расчет токов КЗ и соответственно выбор защитных аппаратов ранее выполнялся проектными организа­

циями без учета влияния электрической дуги. При расчетах токов КЗ нужно использовать [2].

2. Для повышения надежности электроснаб­ жения потребителей и в соответствии с приказом ¹ 120 от 1 VII 1998 г. РАО “ЕЭС России” целесо­ образно для каждой электроустановки выполнить следующие мероприятия:

осуществить анализ технического состояния электрооборудования сети 0,4 кВ и разработку технических решений по устранению выявленных недостатков или по реконструкции тех или иных узлов сети 0,4 кВ;

провести натурные испытания с целью опреде­ ления токов металлических двухфазных и однофазных КЗ;

выполнить расчет уставок срабатывания защит с учетом современных директивных указаний; произвести выбор аппаратов с учетом реальной номенклатуры аппаратов, выпускаемых заводами­ изготовителями в настоящее время; выполнить анализ надежности действия защит питающих элементов КТП и щитов 0,4 кВ;

выполнить расчет термической стойкости кабе­ лей при КЗ и выдать рекомендации по замене ка­ белей в целях предотвращения пожаров в кабель­ ном хозяйстве.

Список литературы

1.Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиз­ дат, 1985.

2.Методические указания по расчету токов короткого замыкания в сети напряжением до 1 кВ электростанций и подстанций с учетом влияния электрической дуги. М.: ОРГРЭС, 1993.

3.ÃÎÑÒ Р50270-92. Короткие замыкания в электроустанов­ ках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.