Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические станции и подстанции. В 2 частях. Ч.2.. Учебное пособие.pdf
′
′
Рис. 1.13. Построение двухступенчатого графика
по суточному графику нагрузки трансформатора
Коэффициент начальной нагрузки эквивалентного графика опре-
деляется по выражению:
1
K
=
1
S
ном
2
tStStS
Δ++Δ+Δ
...
222121
...
21
mm
ttt
Δ++Δ+Δ
, (1.3)
m
где S1, S2, …, Sm – значение нагрузки в интервалах ∆t1, ∆t2, …, ∆tm.
2
tShShS
Δ
pp
+ ∆h2 + …
1
, (1.4)
, и K2 =
mах
Коэффициент максимальной нагрузки в интервале h = ∆h
K
:
p
2
′
() ()
1
′
K
=
2
S
ном
′
= K
принимают в том случае, если
2
2
, если
K
mах
< 0,9K
2
1
mах
+Δ
.
2
′
21
21
++Δ
...
2
hhh
Δ++Δ+Δ
...
… +∆h
где
= 0,9K
′
()
p
K
> 0,9K
2
По таблицам, приведённым в ГОСТ 14209–85 (для трансформато-
ра до 100 MB·А), зная среднюю температуру охлаждающей среды за
время действия графика (θ
) и систему охлаждения трансформатора
охл
(М, Д, ДЦ, Ц), определяют продолжительность относительной нагруз-
и её продолжительность.
ки K
2
31
Если нагрузка более 1,5S
водом-изготовителем. Более 2S
, то она должна быть согласована с за-
ном
нагрузка не допускается.
ном
При выходе из строя параллельно включенного трансформатора
(аварийный случай) разрешается перегрузка.
Допустимая аварийная перегрузка определяется предельно допустимыми температурами обмотки (140 °С для трансформаторов напряжением выше 110 кВ и 160 °С для остальных трансформаторов) и температурой масла в верхних слоях (115 °С).
Аварийные перегрузки вызывают повышенный износ витковой
изоляции, чт
о может при
вести к сокращению нормированного срока
службы трансформатора, если повышенный износ впоследствии не
компенсирован нагрузкой с износом изоляции ниже нормального.
Аварийная допустимая (кратковременная) перегрузка определяется:
Сухие трансформаторы
Перегрузка по току, %………………………. 20 30 40 50 60
Длительность перегрузки, мин ……………...60 45 32 18 5
Масляные трансформаторы
Перегрузка по току, % ……………………… 30 45 60 75 100
Длительность перегрузки, мин …………… 120 80 45 20 10
Вывод: анализируя приведённые в ГОСТ 14209–85 таблицы допустимых перегрузок трансформаторы с сис
Ц при первоначальной нагрузке 0,9S
НОМ
темами охлажден
допускают перегрузку на 40%
ия М, Д, ДЦ и
в течение 6 ч при температуре охлаждающего воздуха не более 20 °С.
Когда определяют расчётные токи в цепях трансформаторов, то
исходят из указанных перегрузкок.
1.5. СИНХРОННЫЕ СТАТИСТИЧЕСКИЕ КОМПЕНСАТОРЫ
1.5.1. Основные сведения
Кроме активной мощности потребители электрической энергии
используют от генераторов системы реактивную мощность, которая
затрачивается на создание магнитных полей, нужных для работы
асинхронных двигателей, индукционных печей, трансформаторов и
других электроприёмников.
Топливо практически не расходуется для создания реактивной мощности. Однако передача реактивной мощности от генераторов к потребителям связана с дополнительными потерями (мощ
ности и напр
яжения) в
трансформаторах и сетях. Немалым бременем на потребителей ложится
оплата потерь активной энергии в сетях. К снижению качества энергии,
получаемой электроприёмниками, приводят потери напряжения. Поэтому
источники реактивной мощности экономически выгодно устанавливать
32
вблизи потребителей для получения реактивной мощности. Такими
источниками являются статические и синхронные компенсаторы.
1.5.2. Синхронные компенсаторы
Синхронный компенсатор (СК) – это работающая в двигательном
режиме без нагрузки на валу при изменяющемся токе возбуждения
синхронная машина. Напряжения сети U
перевозбуждённом режиме ЭДС обмотки статора Е
2
к2
(рис. 1.14) меньше чем в
K
к1
к
.
к1
Рис. 1.14. Векторная диаграмма синхронного компенсатора
в перевозбуждённом и недовозбуждённом режимах
=
&
U
на 90°, возникает под дейст-
1
1K
–
&
U
в статоре СК. В этом
1K
&
E
&
I
2k
&
Ток
I
, отстающий от вектора ∆
1k
&
вием разности напряжений ∆
U
1
режиме компенсатор отдаёт в сеть реактивную мощность. Ток
&
U
опережающий вектор ∆
на 90°, возникает в статоре в недовозбуж-
2
дённом режиме, т.е. из сети СК будет потреблять реактивную мощность. Конструкция синхронных компенсаторов облегчена, так как они
не несут активной нагрузки на валу. Существует два вида тихоходных
компенсаторов (750…1000 об/мин) с явнополюсным ротором и горизонтальным валом.
Синхронный компенсатор КСВ с водородным охлаждением показан на рис. 1.15
. В герметически закрытом кожухе размещены: корпус
компенсатора, его подшипники, маслоохладители и маслонасосы.
К статору 1 подводится напряжение 10,5 кВ, через изоляционные уплотнения 3, 4, а питание от возбудителя – к контактным кольцам. Два
маслонасоса 8 расположены в нижней части кожуха, а также маслобак
и водяной маслоохладитель. При давлен
ми 5 подд
ерживается циркуляция водорода, которые из кожуха заса-
ии 0,1…0,2 МПа вентилятора-
сывают водород и через внутреннюю часть корпуса компенсатора прогоняют его. Нагретый водород попадает во входные проёмы 12 вертикальных газоохладителей и там же охлаждается.
33
,
Рис. 1.15. Синхронный компенсатор типа КСВ:
1 – статор; 2 – ротор; 3,4, – изоляционные уплотнения; 5 – вентилятор;
6 – подшипник; 7 – опорные платформы; 8 – маслонасос;
9 – камера контактных колец; 10 – вал; 11, 12 – выходной и входной
проёмы в газоохладитель; 13 – газоохладитель
Синхронный компенсатор характеризуется номинальной мощностью, напряжением, током статора, частотой и номинальным током
ротора. Шкала мощностей определяется по ГОСТ 609–84. Номинальное напряжение синхронного компенсатора на 5 – 10% выше номинального напряжения сети.
В зависимости от тока возбуждения синхронный компенсатор
может работать в режимах перевозбуждения и недовозбуждения, генерировать или потреблять реактивную мощность. Регулирование то
збуждения осущест
во
ся специальными схемами АРВ.
вляет
ка
Синхронные компенсаторы малой мощности имеют схему электромашинного независимого возбуждения, на более мощных машинах
с водородным охлаждением (КСВ) возбуждение происходит при помощи бесщёточного возбудительного агрегата, находящегося в корпусе компенсатора.
Схема АГП синхронных компенсаторов такая же, как у генераторов.
Чтобы ограничить пусковые токи и посадку напряжения на шинах
мощные синхр
онные компенсаторы включают в сеть при помощи редактора (рис. 1.16). При выборе параметров реактора необходимо учитывать, что при пуске напряжение на шинах подстанции (не должно
U
опускаться ниже (80…85%)
U
(30…65%)
34
, при этом ток должен быть не выше (2…2,8) I
ном
, а напряжение на СК держалось
ном
.
ном
При запуске выключатель Q1 должен находиться в отключенном
состоянии, а Q
во включенном. Разворот СК происходит за счёт
2
асинхронного момента. В момент, когда частота вращения компенсатора приблизится к синхронной, включается возбуждение и компенсатор входит в синхронизм. Добиваются минимального тока статора при
помощи регулирования тока возбуждения, и переводят выключатель Q
во включенное положение, шунтируя реактор и включая СК в сеть.
1
Q
1
Рис. 1.16. Схема реакторного пуска синхронного компенсатора
Q
2
При прекращении подачи пара (или воды) в турбину синхронный
генератор может работать как синхронный компенсатор. Во время работы в таком режиме перевозбуждённый турбогенератор потребляет
незначительную активную мощность из сети и вырабатывает реактивную мощность, поступающую в сеть.
Чтобы перевести гидрогенераторы в режим синхронных компенсаторов следует освободить камеру гидротурбины от воды. Весь пр
цесс пере
хода выполняется без прекращения работы генераторов.
о-
Статическими компенсаторами называют батареи конденсаторов и другие источники реактивной мощности (ИРМ), без подвижных частей.
Вблизи от потребителей реактивной мощности на подстанциях
предприятий устанавливают батареи статических конденсаторов (БК).
Они рассчитаны на напряжения от 220 В до 10,5 кВ с мощностью от 10
до 125 квар (если требуется большая мощность их соединяют параллельно). БК бывают масляными или сов
для наружной установки, так и для внутренней.
В энергосистемах БК на напряжение 6 и 10 кВ устанавливаются в
узлах сети, на подстанциях подключаются через выключатель к шинам
6 и 10 кВ.
1.5.3. Статические компенсаторы
выми, рассчитанные как
оло
35
Реактивная мощность, вырабатываемая батареей, соединенной по
схеме звезда
2
СUQ
3= , (1.5)
фc
где Uф – напряжение, на которое включена БК; С – ёмкость БК.
В случае подключения равного числа банок конденсаторов (нерегулируемая БК) в режиме минимальных нагрузок возможна перекомпенсация реактивной мощности, которая вызовет дополнительные потери и повышение напряжения в сети. По этой причине необходимо
регулировать количество включаемых банок конденсаторов. Реализовать регулирование возможно как одн
оступенчатым, так и многос
тупенчатым способом, при условии, что БК разделена на секции. Количество работающих секций регулируется автоматически или вручную.
К достоинствам БК можно отнести их простоту, а к недостаткам –
зависимость реактивной мощности от напряжения, не может потреблять реактивную мощность, ступенчатое регулирование.
Установки статических тиристорных компенсаторов по сравнению с БК бо
лее удоб
ны в использовании за счёт плавного регулирования тока (рис. 1.17). В установке применены нерегулируемые ёмкости
(БК) С1, С2, С3, которые вырабатывают реактивную мощность (ёмкостную) Q
, и регулируемая с помощью тиристорных ключей VS индуктив-
с
ность LR. К достоинствам этой установки можно отнести отсутствие
подвижных частей, быстродействие и плавное регулирование.
36
Рис. 1.17. Схема статических регулируемых компенсаторов
Совершенствование тиристоров и уменьшение их стоимости приведёт к тому, что ИРМ будет целесообразнее, чем синхронные компенсаторы.
Асинхронизированные турбогенераторы ТАП-110, АСТГ-200,
ТЗВА-320 могут применяться в качестве управляемого ИРМ при соответствующем регулировании тока возбуждения [2].
Вопросы для самопроверки
1. Какие конструктивные мероприятия снижают потери Рк и Рх в
трансформаторах?
В чём заключаются отличия системы охлаждения трансформа-
2.
торов типа М от Д?
Назовите принципиальные отличия допустимых нагрузок
3.
сверх номинальной мощности от аварийных перегрузок?
Как вычислить типовую, проходную и номинальную мощ-
4.
ность автотрансформатора?
По каким причинам нейтрали AT обязательно должны быть
5.
заземлены?
Какие отличия имеет синхронный компенсатор от синхронно-
6.
го генератора?
37
Глава 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
2.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
РУ станций, подстанций характеризуются номинальным напряжением, числом и мощностью присоединённых генераторов, трансформаторов, мощностью, выдаваемой в сеть, числом линий, режимом
работы и перспективой развития. Исходя из этого отличаются требования к отдельным РУ, и, следовательно, они имеют неодинаковые схемы.
Сборные шины бывают одиночными или двойными, нередко предусматривают вспомогательную систему ши
энергии и линий к сборным шинам выполняют отлично. Как правило,
соотношение количества выключателей к числу присоединений составляет от 1 до 2. Если число присоединений достаточно мало, то применяются урощённые схемы с ещё меньшим отношением количества выключателей к числу присоединений.
Инженер-проектировщик, руководясь нормами технологического
проектирования станций, подстанций, а также типовы
должен пр
авильно оценить требования, предъявляемые к проектируе-
мому РУ, и соответствующем построении электрической схемы.
Эта глава содержит описание и анализ типовых схем РУ станций
и подстанций, получивших применение в отечественных энергосистемах.
2.2. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА РУ С ОДНОЙ
НЕ СЕКЦИОНИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ СБОРНЫХ ШИН
Тип устройств, изображенных на рис. 2.1, а имеет в каждом присоединении выключатель и пару разъединителей – шинный и линейный. Выключатели используют для неавтоматического и автоматического отключения и включения присоединений. Разъединители служат
для изоляции электроустановок во время ремонтных работ от элементов системы, находящихся под напряжением.
Под изоляцией понимают создание видимого разрыва цепи, обеспечивающее безопаснос
ть при проведении ремонтных работ. Отсутствие разъединителей возможно только в том случае, когда подача напряжения с противоположного конца невозможна. В присоединениях
генераторов линейные разъединители, как правило, не устанавливаются.
В данной схеме действия с разъединителями возможны только в
том случае, когда выключатель находится в выключенном положении.
Ошибочные операции
практически исключены благодаря простоте
распределительного устройства. Но даже в этом случае устанавливаются
блокирующие устройства, не допускающие неправильные операции.
38
н. Присоединение источн
иков
ми схемами,
Рис. 2.1. Принципиальная схема РУ с одной системой сборных шин:
а – шины не секционированы;
б – секционированные шины;
в – секционированные шины и обходное устройство
К достоинствам данной схемы можно отнести её простоту и низ-
кую стоимость. А к недостаткам:
профилактические ремонтные работы сборных шин и шинных
•
разъединителей связаны с приостановлением работы всего устройства
на время ремонтных работ;
•
ремонтные работы выключателей и линейных разъединителей
связаны с выводом из работы соответствующих присоединений, что
нежелательно, а в некоторых случаях недопустимо;
•
последствием КЗ в зоне сборных шин является отключение
всего РУ;
те же последствия проявляются при внешнем замыкании и от-
•
казе выключателя соответствующего присоединения.
Перечисленные выше недостатки могут быть исправлены с помощью дополнительных устройств (описание которых дано ниже).
Приведённые затраты в этом случае увеличиваются.
39
Предотвратить полное отключение распределительного устройства (при замыкании в зоне сборных шин) и предоставить возможность проведения ремонтных работ только по частям, сборные шины
секционируют (т.е. разделяют их на части – части с установкой в зонах деления выключателей, нормально замкнутых или нормально
разомкнутых, в зависимости от преследуемой цели). Такие выключатели называют се
кционными. На практике редко ставят устройства,
сборные шины которых секционированны при помощи разъединителей. Секционирование выполняют так, что отдельные секции были
подключены к нагрузкам и источникам энергии (рис. 2.1, б). Присое-
динения распределяют между секциями таким образом, чтобы поломка в одной из секций не влияла на работу системы и эн
жения по
требителей. Количество секций зависит от количества и
ергоснаб-
мощности источников энергии, напряжения, схемы сети и режима
установки. В РУ с большим числом секций сборные шины замыкают
в кольцо.
Так как на станциях работа генераторов должна осуществляться
параллельно, секционные выключатели должны находиться в замкнутом положении. При КЗ в зоне сб
томатически. Оставшиеся секции
орных шин секция отключается ав-
находятся в рабочем режиме.
В РУ НН 6…10 кВ подстанции секционные выключатели обычно
находятся в разомкнутом состоянии для ограничения тока. На выключатели устанавливают устройства автоматического включения резервного питания (АВР), которые замыкают выключатели в случае выхода
из строя трансформатора, чтобы электроснабжение потребителей происх
о бесперебойно.
одил
Чтобы обеспечить возможность поочередного ремонта выключателей, не нарушая работы соответствующих цепей, предусматривают
(преимущество в РУ 110 – 220 кВ) обходные выключатели и обходную
систему шин с соответствующими разъединителями в каждом присоединении (рис. 2.1, в). При нормальной работе установки обходные
выключатели отключены. Замена рабочего выключателя обходным
выключателем производится в следующем порядке: вклю
чаю
т обходный выключатель, чтобы убедиться в исправности обходной системы;
отключают обходной выключатель; включают обходный разъединитель ремонтируемого присоединения; вновь включают обходный выключатель; отключают выключатель, подлежащий ремонту, и соответствующие разъединители. Защита цепи во время ремонта осуществляется обходным выключателем, снабжённым соответствующим комплектом релейной защиты.
В устройствах с секцио
ной системой шин (ри
нированными сборными шинами и обход-
с. 2.1, в), строго говоря, необходимы два обход-
40