6 Выбор систем и источников оперативного тока

Для надёжности питания оперативных цепей защиты, управления и сигнализации применяем систему постоянного оперативного тока, которая не зависит от режима работы силовой сети. В качестве источников постоянного оперативного тока используем аккумуляторные батареи (АБ). В проекте производится замена существующих АБ типа СК на батареи фирмы «ExideTechnologies» типаGroE25. Необходимость замены АБ вызвана тем, что находящаяся в эксплуатации батарея выработала свой срок службы.

Всех потребителей энергии, получающих питание от АБ, можно разделить на три группы:

1) Постоянно включенная нагрузка – аппараты устройств управления, блокировки, сигнализации и релейной защиты, постоянно обтекаемые током, а также постоянно включенная часть аварийного освещения.

2) Временная нагрузка, появляющаяся при исчезновении переменного тока во время аварийного режима. Это токи нагрузки аварийного освещения и электродвигателей постоянного тока. Длительность этой нагрузки определяется длительностью аварии (расчетная длительность 0,5 часа).

3) Кратковременная нагрузка – длительностью не более 5 с. Такая нагрузка создается токами включения и отключения приводов выключателей и автоматов, а также пусковыми токами электродвигателей и токами нагрузки аппаратов управления, блокировки, сигнализации и релейной защиты, кратковременно обтекаемых током. Эта мощность может быть значительна.

В качестве аккумуляторов применены стацио­нарные свинцово-кислотные батареи технологии Classic с пластинами большой поверхно­сти типа GroE. Данный тип АБ может эксплуатироваться как в параллель­ном резервном режиме, обеспечивая в аварийных случаях всю нагрузку постоянного тока, так и в циклическом режиме (разряд-заряд).

Выбор типа аккумуляторов и количества элементов в АБ произведены исходя из су­ществующих на ПС нагрузок постоянного тока и возможных аварийных режимов.

В соответствии с [11 п.5.1.4] (см. приоложение В), принимаем к установке на ПС две АБ.

Обе АБ выбираются одинаковой емкости, каждая рассчитана на полную нагрузку системы оперативного постоянного тока подстанции.

АБ устанавливаются на двухрядных и однорядных одноуровневых стел­лажах.

В соответствии с [7 п.6.3.1.7], расчетным для выбора аккумуляторной батареи является режим разряда длительным током, потребляемым постоянной нагрузкой, в течение 120 минут и толчковым током в конце 120-й минуты.

В ЗРУ-10 кВ применяются выключатели с пружинными приводами, имеющие незначительные токи включения/отключения (менее 1% от постоянной нагрузки аварийного режима работы АБ).

Расход энергии (снимаемый заряд) за время включении/отключения выключателя с пружинным приводом пренебрежимо мал и не учитывается в расчете требуемой емкости АБ.

Расчетным для выбора аккумуляторной батареи является режим с наибольшим толчковым током. Таким режимом является короткое замыкание трансформатора.

При этом происходит:

– отключение одного выключателя 110 кВ LTB 145D1/B (ток отключения привода выключателя А);

– отключение одного вводного выключателя 35 кВ ВВН-СЭЩ-П-35-25/1000 (А);

– отключение одного вводного выключателя 10 кВ LF2-10-31,5/2000 (А);

– включение секционного выключателя 35 кВ ВВН-СЭЩ-П-35-25/1000 (А);

– включение секционного выключателя 10 кВ LF2-10-31,5/2000 (А).

Постоянная нагрузка ПС (освещение, РЗ, АСУ) принимается равной А [6].

С учетом толчковой нагрузки выключателей 110 кВ в конце 120-минуты разряда толчковый ток составит:

	(6.1)

Производится предварительная оценка емкости батареи:

				(6.2)
где	T	-	полная длительность автономного режима, ч.

Средний ток разряда в течение всего автономного режима:

60 А.

(6.3)

Максимально допустимое напряжение на батарее:

		(6.4)
где	В - номинальное напряжение на зажимах нагрузки,
	=0,3∙10-3 Ом/м - удельное активное сопротивление кабеля с медными жилами сечением 70 мм2 (сечение выбирается по [6, табл.5]),
	м - суммарная длина кабеля (две ветви) от аккумуляторной батареи до ЩПТ.

Определение числа элементов в батарее:

		(6.5)
где	В - напряжение постоянного подзаряда на элементе,

Принимаем N=104.

Минимально допустимое напряжение на батарее.

Расчет производится при условии обеспечения на шинках, питающих устройства релейной защиты и автоматики, напряжения не менее . Указанное условие выполняется при соблюдении неравенства:

				(6.6)
где		-	падение напряжения от полного толчкового тока в кабеле от АБ до ЩПТ, В,
		-	падение напряжения от полного толчкового тока на контактах автоматических выключателей верхнего уровня защиты, В,
		-	падение напряжения от тока нагрузки устройств РЗА на участке сети от ЩПТ до шинок РЗА, В.
				(6.7)
				(6.8)
				(6.9)
				(6.10)
где		-	сопротивление контактов автоматического выключателя высокого уровня защиты, Ом,
		-	удельное активное сопротивление кабеля с медными жилами сечением 25 мм2, Ом/м,
		-	длина кабеля от ЩПТ до шинок РЗА, м,
		-	сопротивление контактов автоматического выключателя среднего уровня защиты, Ом;

Минимально допустимое напряжение на элементе:

	(6.11)

Дополнительное условие выбора количества элементов в аккумуляторной батарее.

Вторым условием выбора количества элементов в аккумуляторной батарее является обеспечение напряжения на электромагните включения наиболее мощного привода при его срабатывании ().

Минимальное напряжение на АБ, обеспечивающее при включении выключателя на выводах электромагнита включения:

		(6.12)
где	Ом/м - сопротивление кабеля от шинок ЩПТ до шинок подключения кабеля, питающего привод выключателя,
	м - длина кабеля от шинок ЩПТ до привода наиболее удаленного выключателя,
	=Ом/м - сопротивление кабеля, питающего привод выключателя,
	м - длина кабеля от шинок ЩПТ до шинок подключения кабеля, питающего привод выключателя;
В.

Минимально допустимое напряжение на элементе:

	(6.13)

Выбор емкости батареи по разрядным характеристикам GroE25 в режиме двухчасового разряда с толчком нагрузки в конце 120 минуты.

За 2 часа снимается емкость 60∙2 = 120 А∙ ч. Без учета толчковой нагрузки разряд до уровня 1,81 В за 2 часа соответствует току пластины 9,9 А и снимаемая емкость при этом 19,8 А∙ч (определяется как проекция точки пересечения кривой двухчасового разряда с уровнем минимального напряжения). Таким образом, нужно 120/19,8 = 6,06 пластин, в итоге принимаем 7 шт. Толчок тока будет равен 69/7 = 9,86 А, а ток пластины в течение 120-минутного разряда равен = 60/7 = =8,57 А.

По номограмме (рисунок 6.1) видно, при разряде аккумуляторной батареи в течение 120 минут током 8,57 А, напряжение на элементе аккумуляторной батареи в конце 120-ой минуты будет 1,88 В – определяется как проекция точки пересечения кривой двухчасового разряда с характеристикой разряда током 8,57 А или по снятой за 2 часа емкости, которая равна 8,57∙2 = 17,14 А·ч.

При токе пластины во время толчка равном 9 А напряжение на элементе будет 1,86 В (определяется как проекция точки пересечения кривой характеристики разряда током 8,57 А со снятой за 2 часа емкости, равной 17,2 А∙ч).

Отсюда видно, что при толчке напряжение на элементе аккумуляторной батареи также будет выше минимального, что удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к аккумуляторной батарее.

Выводы.

Полученные результаты показывают, что батарея из 104 элементов 7GroE175 позволяет обеспечить ее разряд длительным током 60 А в течение 2 часов, а также толчковым током 69 А в конце разряда.

Рисунок 6.1 – Траектория разряда аккумуляторной батареи 7GroE175

Каждая АБ работает в режиме постоянного подзаряда с двумя, включенными на шинки ЩПТ зарядно-подзарядными агрегатами. При этом нагрузку несет только один агрегат, тот, напряжение на выходе которого выше.

Для работы с АБ выбираем зарядно-подзарядные агрегаты типа D400G200/80 – по два агрегата на каждую АБ.