6. Пример проверки выключателей по отключающей способности

В ыбрать и проверить по отключающей способности с учетом параметров восстанавливающегося напряжения выключатели в схеме рис 6.1.

Рис. 6.1

Генераторы (4 штуки):

ТВВ-200; S_н=235,3 МВА; U_н=15,75 кВ; х_d^”= 0,1805; С_3ф=0,685 мкФ.

Трансформаторы Т:

ТДЦ-250000/220; U_нн=15,75 кВ; u_k=11%.

Трансформатор Т1 (резервный трансформатор собственных нужд):

ТРДН-32000/220; U_нн=6,3 кВ; u_k=11,5%.

Линии электропередач:

6 воздушных ЛЭП 220 кВ по 100 км каждая; х_уд⁽¹⁾=0,4 Ом/км; х_уд⁽⁰⁾=2·х_уд⁽¹⁾=0,8 Ом/км.

Система:

S=10000 МВА; х_с⁽¹⁾=4,84 Ом; х_с⁽⁰⁾=2·х_с⁽¹⁾=9,68 Ом; х⁽¹⁾, х⁽⁰⁾ – сопротивления в расчетных схемах прямой и обратной последовательности.

Выключатель Q1 выбирается по условиям длительной работы и проверяется по условиям отключения трехфазного короткого замыкания на выводах со стороны генератора (точка К-1 на рис.6.1). I_п,о=65,5 кА.

Претенденты: МГУ-20-90/9500 ценой 4,84 тыс. руб. (в ценах 1990 г.) [6];

ВВГ-20-160/12500 ценой 30,5 тыс. руб.

Соотношения I_п.о/I_н.отк = 65,5/90 = 0,73  1,0 для МГУ; 65,5/160 = 0,41  0,6 для ВВГ и сведения из ГОСТ 687-78 или из [3], позволяют построить график гарантированного восстановления прочности дугогасящего промежутка первогасящей фазы или хотя бы оценить допустимую величину средней скорости восстановления напряжения. Для МГУ =0,5 кВ/мкс и U_с=30 кВ, для ВВГ соответственно 1,25 кВ/мкс и 32 кВ.

Схема замещения для расчета восстанавливающегося напряжения представлена на рис. 6.2. Индуктивность в ней обусловлена всей системой и определяется по выражению

Гн.

Рис.6.2

Емкость С складывается из емкостей [3]:

-силового трансформатора

С_Т= ·0,5·10^–9 = ·0,5·10^–9=3,2·10^–9 Ф,

-измерительных трансформаторов тока и напряжения

С_ТТ=С_ТН=0,5·10^–9 Ф,

-силового выключателя и разъединителя

С_В=С_Р=0,1·10^–9 Ф,

-шинного моста ( токопровода ТЭКНЕ-20-10000-300) длиной 50 м

С_Ш 3,2·10^–9 Ф.

С=7,6·10^–9 Ф.

Сопротивление r в основном определяется шунтирующими дугогасительный промежуток резисторами и другими подобными элементами. Выключатель типа МГУ не имеет шунтирующих сопротивлений, поэтому для него r →  и восстанавливающееся напряжение

U_в  E_m·[1–cos(₀·t)],

E_m= ·I_п,о·

L= ·65,5·314·4,4·10^–4=12,9 кВ,

рад/с,

Гц.

Наибольшее значение восстанавливающегося напряжения

U_в.max=k_а·E_m=2·12,9=25,8 кВ.

Средняя скорость восстановления напряжения на участке первого его пика

=2·f₀·U_в.max=2·8,7·10⁴·25,8=4,5 кВ/мкс > =0,5 кВ/мкс.

Выключатель МГУ-20-90/9500 не проходит по отключающей способности.

Выключатель ВВГ-20 имеет сопротивления, шунтирующие его дугогасительные контакты.

R_ш=5,0 Ом; принимается r=R_ш. Показатель затухания переходного процесса при этом

Поэтому восстанавливающееся напряжение экспоненциально

U_вE_m·(1–e^–r·t/L)

и имеет скорость изменения

,

наибольшее значение этой скорости

= кВ/мкс.

Здесь < =0,5 кВ/мкс и выключатель ВВГ-20-160/12500 проходит по отключающей способности.

Выключатели РУ-220 кВ выбираются одинаковыми. В длительном режиме наибольшую нагрузку несут выключатели блоков (I_раб  650 А), наибольший ток к.з. отключают выключатели пассивных присоединений (например, выключатель Q4 при к.з. в точке К-2). С точки зрения восстановления напряжения интерес представляют:

отключение выключателем Q4 к.з. в точке К-2 (к.з. на выводах самого нагруженного выключателя);

отключение выключателем Q2 к.з. в точке К-1 (к.з. за силовым трансформатором);

отключение выключателем Q3 к.з. в точке К-3 (неудаленное к.з.).

Сеть 220 кВ имеет большие токи замыкания на землю. Условия отключения однофазного к.з. здесь могут быть столь же тяжелыми, что и трехфазного и потому следует рассчитывать токи к.з. и параметры восстанавливающегося напряжения в обоих случаях. На рис. 6.3 представлены свернутые к точке К-2 схемы замещения всей системы для токов прямого (а) и нулевого (б) следования фаз.

Рис.6.3

Величины сопротивлений определены при S_б = 1000 МВА (U_б = 230 кВ; I_б = 2,5 кА).

Ток трехфазного к.з.

кА,

ток однофазного к.з.

кА.

Для расчета параметров восстанавливающегося напряжения необходимо знать величины:

волновых сопротивлений ЛЭП:

прямой последовательности z₁=955·x_уд⁽¹⁾=955·0,4=382 Ом,

нулевой последовательности z₀=955·х_уд⁽⁰⁾=955·0,8=764 Ом;

индуктивности обобщенного блока (n_б – число блоков):

прямой последовательности

Гн,

нулевой последовательности

Гн;

емкости оборудования, подключенного к шинам РУ (n_л – число ЛЭП),

С  n_б·С_Т+(n_б+n_л)·(С_В+С_ТТ+2·С_Р)+С_Ш+2·С_ТН=

=[4·3,2+(4+6)·(0,1+0,5+2·0,1)+0,11+2·0,5]·10^–9=2,3·10^–8 Ф.

Наибольшие значения тока в длительном режиме (650 А), тока к.з. (20,4 кА) и сравнительная оценка стоимости выключателей 220 кВ позволяют наметить для установки в этом РУ выключатель типа ВВБ-220-31,5/2000. Для него I_п.о/I_н.отк=20,4/31,5=0,65  1,0. Нормированные ГОСТ 687-78 параметры гарантированного восстановления прочности здесь определяются тремя точками, имеющими координаты 1) 0; 0 2) t₁; U₁ 3) t₂; U₂.

Причем, U₁=k_пг· ·U_раб,max / ; U₂=k_а·U₁,

где k_пг – коэффициент первогасящей фазы; k_а – коэффициент превышения максимального переходного восстанавливающегося напряжения над амплитудой возвращающегося напряжения.

В рассматриваемом примере

t₁=222 мкс; U₁=1,3· ·252=268 кВ,

t₂=3·222=666 мкс; U₂=1,4·268=375 кВ,

=U₁/t₁=268/222=1,2 кВ/мкс.

Итак, отключение к.з. на выводах наиболее нагруженного выключателя (выключатель Q4, точка к.з. К-2, рис. 6.1).

а) трехфазное к.з. Схема замещения для расчета процесса восстановления напряжения представлена на рис. 6.2.

Ее параметры:

Ом;

Гн;

С=2,3·10^–8 Ф;

d=2·76,4· =0,13.

Так как d  1 процесс восстановления напряжения носит экспоненциальный характер. При этом

E_m= ·20,4·314·3,2·10^–2=290 кВ; U_в  290·(1– ).

Начальная скорость восстановления напряжения

=76,4·290·10^–6/3,2·10^–2=0,69 кВ/мкс < =1,2 кВ/мкс.

Выключатель ВВБ-220-31,5/2000 справляется с отключением тока трехфазного к.з. на его выводах.

б) однофазное к.з. Схема замещения для расчета процесса восстановления напряжения представлена на рис. 6.4.

Рис.6.4

Она имеет следующие параметры:

Ом;

L=(2/3)·L₁=(2/3)·5,09·10^–2=3,4·10^–2 Гн;

С=(3/2)·С₁=(3/2)·2,3·10^–8=3,4·10^–8 Ф;

Ом;

L=L₀/3=1,86·10^–2/3=6,2·10^–3 Гн;

С=3·С₀=3·2,3·10^–8=6,9·10^–8 Ф.

Показатели затухания переходного процесса в обеих половинках схемы (рис. 6.4) d и d меньше единицы. Следовательно, в обеих половинках идет экспоненциальный процесс восстановления напряжения. Между дугогасительными контактами выключателя процесс восстановления напряжения идет по закону:

U_в= ·I_п.о··[L·(1–e^–rt/L)+L·(1–e^{–rt/L})].

Наибольшая скорость его изменения

= ·I_п.о··(r + r)=2·20,2·314·(42,4 + 21,2)·10^–6 = 0,57 кВ/мкс.

Условия отключения однофазного к.з. в этом случае оказались чуть более легкими, чем трехфазного.

Отключение к.з. за силовым трансформатором (выключатель Q2, точка к.з. К-1 на рис. 6.1). Трехфазное к.з. имеет I_п.о=4,5 кА. Для выбранного выключателя I_п.о/I_н.отк=4,5/31,5=0,14 < 0,3. Параметры гарантированного восстановления прочности по ГОСТ 687-78:

t₁ = 0,2·t_1.100 = 0,2·222 = 44,4 мкс; U₁ = 268 кВ; t₂ = 3·t₁ = 3·44,4 = 133 мкс.

U_c = 1,5·268 = 402 кВ; U_доп = 268/44,4 = 6,0 кВ/мкс.

Схема замещения для расчета восстанавливающегося напряжения имеет вид, представленный на рис. 6.4. Ее параметры:

Гн;

Гн;

r=76,4 Ом; L= Гн; С=2,3·10^–8 Ф;

r→ ; С=С_Т=3,2·10^–9 Ф; L=L_Т= Гн.

Восстанавливающееся на Q2 напряжение

U_в=U_ш+U_Т ,

где U_ш – напряжение на контакте со стороны сборных шин; U_Т – напряжение на контакте со стороны трансформатора.

Показатель затухания со стороны сборных шин d = 0,11 < 1.