6.3. Выбор количества и мощности источников рабочего и резервного питания собственных нужд

Ранее были выбраны трансформаторы ТРДНС-25000/10, ТДНС-10000/10 для питания собственных нужд.

Рис. 31. Схема собственных нужд ТЭЦ

7. Выбор установок оперативного тока.

Оперативный ток на электрических станциях и подстанциях служит для питания вторичных устройств, к которым относятся оперативные цепи защиты, автоматики и телемеханики, аппара­тура дистанционного управления, аварийная и предупредитель­ная сигнализация. При нарушениях нормальной работы стан­ции (подстанции) оперативный ток используется также для ава­рийного освещения и электроснабжения электродвигателей - генераторов оперативной связи и особо ответственных механиз­мов СН, например аварийных масляных насосов систем регули­рования, смазки, уплотнений турбогенераторов и синхронных компенсаторов, которые обеспечивают сохранение оборудования в работоспособном состоянии.

От источников оперативного тока требуется повышенная на­дежность, их мощность должна быть достаточна для действия вторичных устройств при самых тяжелых авариях, а напряже­ние должно отличаться высокой стабильностью. Требования по­вышенной надежности приводят к необходимости резервиро­вания источников оперативного тока и распределительных сетей.

Наиболее надежными источниками питания оперативных це­пей являются аккумуляторные батареи. Их преимущество - не­зависимость от внешних условий (полная автономность), что позволяет обеспечивать работу вторичных устройств даже при полном исчезновении напряжения в основной сети электроуста­новки. Достоинством этого источника является также способ­ность выдерживать значительные кратковременные перегрузки, которые возникают при наложении на нормальный режим акку­мулятора толчковых токов включения приводов выключателей.

Постоянный оперативный ток от аккумуляторных батарей широко применяется на электрических станциях разных типов и крупных подстанциях напряжением 330 кВ и выше, на под­станциях 110-220 кВ с числом масляных выключателей три и более и на подстанциях 35-110 кВ с воздушными выключате­лями. Оперативный постоянный ток распределяется между от­дельными присоединениями централизованно. Вблизи аккуму­ляторного помещения устанавливают щит постоянного тока, на панелях которого размещают приборы и аппараты контроля и управления источниками, а также сборные щиты, питающие от­дельные участки сети.

Недостаток применения постоянного оперативного тока - большая стоимость как самих аккумуляторных батарей, так и сети, которая при централизованном распределении получается очень сложной и сильно разветвленной. Аккумуляторные бата­реи требуют специально оборудованного помещения, эксплуата­ция их достаточно сложна.

Внедрение в установках переменного и выпрямленного опе­ративного тока позволяет отказаться от дорогостоящих аккуму­ляторных батарей. При этом также уменьшается разветвленность оперативных цепей. В настоящее время электропро­мышленностью выпускаются серийно релейная аппаратура и приводы выключателей, короткозамыкателей, отделителей для работы непосредственно на переменном оперативном токе и от выпрямительных устройств в установках напряжением 3-10,35 и 110 кВ. Разработаны схемы защиты элементов станций и под­станций с питанием оперативных цепей выпрямленным током и специальные выпрямительные устройства.

Всех потребителей энергии, получающих питание от аккумуляторной батареи, можно разделить на следующие две группы:

1. постоянно включённая нагрузка: аппараты устройств управления, блокировки, сигнализации и РЗ, постоянно обтекаемые током, а также постоянно включённая часть аварийного освещения;

2. временная нагрузка: появляется при исчезновении переменного тока во время аварийного режима. Это токи нагрузки аварийного освещения и электродвигатели постоянного тока. Длительность этой нагрузки определяется длительностью аварии (для электростанций имеющих связь с энергосистемой, это время принимается равным 0,5 ч, для электростанций не имеющих связь с энергосистемой – 1 ч, согласно НТП).

Последней разработкой в области применения АКБ является схема со стабилизатором напряжения.

Предлагаемая система питания состоит из:

• Батареи из 105 элементов;

• Заряно-подзарядного устройства (УЗП), хотя может применяться любое ЗУ;

• Устройства тиристорной стабилизации напряжения (УТСП).

Схема данной установки приведена ниже:

Применение данной схемы позволяет:

• Уменьшить количество элементов до 105 в большинстве случаев без увеличения емкости батареи;

• Существенно повысить качество эксплуатации батареи за счет исключения хвостовых элементов и практически полного снятия нагрузок с батареи в нормальном режиме работы;

• Обеспечить высокую точность стабилизации напряжения подзаряда и, как следствие, увеличить срок службы батареи и вероятность безотказной работы;

• Уменьшить до двух количество шин от батареи;

• Исключить зарядный мотор-генератор.

Так как станция мощностью более 200 МВт, устанавливаем две аккумуляторных батареи с одинаковой емкостью. Батарея будет работать в режиме постоянного подзаряда в схеме со стабилизатором напряжения. Расчетная длительность аварийной нагрузки 0,5 ч. Номинальное напряжение на шинах установки 230 В. Расчетная температура электролита +25^оС.

Дальнейший выбор будет производится по пунктам:

1. Устанавливаем длительность аварийного режима. Для электрических станций, работающих в ЭЭС, длительность аварийного режима принимается равной 0,5 часа.

2. Определяем режим разряда батарей, при возможных аварийных ситуациях на ЭС и ПС и расчетные нагрузки установки постоянного тока. Все сведения оформляют в виде таблицы. В нашем случае батарея будет работать в режиме постоянного подзаряда в схеме с элементарным коммутатором. Номинальное напряжение - 230В, температура электролита - +25⁰С.

Порядок введения элементов в работу:

• Постоянная нагрузка функционирует постоянно;

При возникновении аварийной ситуации последовательно вводятся:

1. Преобразовательный агрегат оперативной связи;

2. Привод выключателя КМ-1КФ, который вводит в работу резервное питание (АВР), данная процедура вызывает первый толчок тока;

3. Аварийное освещение;

4. Двигатели аварийного маслонасоса смазки подшипников турбины.

5. Предполагается, что в конце аварийного режима необходимо, чтобы АКБ была способна включить привод одного из выключателей (выдержать толчковый ток), в нашем случае это генераторный выключатель.

Вид потребителя	Кол-во электроприемников	Параметры эл. приемников				Расчетные нагрузки, А
		Ном. мощность, кВт	Ном ток, А	Расчетный ток длит режима, А	Пусковой ток, А	Аварийный режим до 30 мин(0.5часа)	Толчок тока в начале аварийного режима	Наибольший толчковый ток (в конце разряда)
Постоянная нагрузка	-	-	-	20	-	20	20	20
Аварийное освещение	-	-	-	160	-	160	-	160
Приводы выключателей: КМ-1КФ	2	-	58	-	-	-	58*2= =116	-
Преобразовательный агрегат оперативной связи	1	7,2	38	30	100	30	100	30
Двигатели аварийного маслонасоса смазки подшипников турбины	2	14	73.5	73	184	73*2= 146	-	146
Включение выключателя генераторного напряжения	1	-	5	-	-	-	20	-
ИТОГО:	-	-	-	-	-	436	256	436

Номинальные токи приводов и номинальные толчковые токи для генераторных выключателей и выключателей нагрузки примем приблизительно равными, так как не удалось найти данных параметров в инструкциях, прилагаемых к выключателям, поэтому берём среднестатистические для выключателей одного напряжения.

3. Определяем количество элементов аккумуляторной батареи.

Число основных элементов, напряжение на шинах GBпринимается равным 1,05^.U_НОМ,U_ПЗ=2,15 - напряжение на элементах в режиме подзаряда:

В режиме аварийного разряда напряжение на элементе составит 1,75 В, при этом на шинах напряжение должно быть не ниже номинального:

При условии поддержания напряжения 230В:

4.

Исходя из длительности аварийной нагрузки, определяем номер (емкость) аккумуляторной батареи.

Типовой номер батареи N выбирается по формуле

N ,

где I_АВ- нагрузка установившегося получасового (часового) аварийного разряда,

1,05 - коэффициент запаса;

j- допустимая нагрузка аварийного разряда = 25A/N, приведенная к первому номеру аккумуляторов в зависимости от температуры электролита. Определяется по кривой 1 [3, с. 580 рис. 7.26]

=18,3.

Рис.16 Характеристика зависимости тока разряда аккумулятора первого номера от температуры электролита: 1-время разряда 0,5ч; 2-время разряда 1ч.

5. Выбранный номер аккумулятора СК-20 надо проверить по наибольшей кратковременной нагрузке (I_ав.кр.) в начале или конце аварийного разряда.

I_ав.кр.≤ 46N.

Для аккумулятора типа СК максимально допустимый кратковременный (пятисекундный) ток разряда принимается равным 46 А.

46·20 = 920 > 494.

Следовательно, выбранный аккумулятор проходит, поэтому окончательно принимаем:

Принимаем СК-20.

5. Аккумулятор типа СК-20 необходимо проверить по допускаемому напряжению (U_{ш доп.}) в условиях толчковой нагрузки.

Толчок может иметь место в начале аварийного режима электростанции при переключении системы электроснабжения собственных нужд на резервный источник питания или в конце аварии, когда выполняются поочередные включения выключателей генератора или высшего напряжения.

Значение U_ш.допопределяем по условию надёжной работы приводов выключателей, т.е. 85%U_ном. С учётом потерь напряжения в питающем кабеле (5%) принимаемU_ш.доп= 90%U_ном.

По кривой определяем I_р(N=1)=35А.

Выполняем проверку:

А;

5. Выбираем подзарядные устройства (ПЗУ) основных и добавочных элементов по току и напряжению, имеющих три автоматических регулятора напряжения

• АРН - 1 – для подзарядки основных аккумуляторов

• АРН - 2 – регулятор разряда с воздействием на элементарный коммутатор

• АРН - 2 – для подзарядки добавочных элементов

Согласно ГОСТ ток подзаряда должен быть равен 0,03N, А, но, учитывая возможные продолжительные разряды, этот ток принимают равным 0,15N, тогда

I_пз> 0,15N+I_п= 0,15·20 + 20 = 24 А;

где I_п– ток постоянно включенной нагрузки.

Напряжение подзарядного устройства

Uпзу=Uпз·n₀

Здесь Uпз=2,15 В

Окончательно

Uпзу =2,15·108=232,2 В.

Выбираем подзарядное устройство типа ВАЗП-380/260-40/80.

Подзаряд добавочных элементов:

I_пз= 0,05N= 0,05·20 = 1 А.

U_{ПЗУ ДОБ.}=Uпз·n_ДОБ= 2,15·22 = 47,3 В.

Выбираем автоматическое подзарядное устройство типа АРН-3, которое поставляется комплектно с панелью автоматического регулирования Uтипа ПЭХ-9045-00А2.

Зарядное устройство:

I_з= 5N+I_п= 5 · 20 + 20 =120 А;

U_з= 2,75n= 2.75 ·125 = 343.75 В.

Выбираем зарядный агрегат из генератора постоянного тока П-91: Р_ном= 48 кВт;

U_ном= 270/360 В;I_ном= 1589 А и асинхронного двигателя типа А2-82-4: Р_ном= 55 кВт;

При параллельном, резервном режиме эксплуатации допускается максимальное напряжение заряда

Определяем количество элементов аккумуляторной батареи:

Однако напряжение при разряде не должно быть меньше, чем .

Поэтому конечное напряжение на элементе составляет:

В конце разряда, то есть после 0,5ч, конечное напряжение не должно быть ниже, чем 1,66В/эл на элемент.

Расчёт типа батареи производим с помощью табл. 14, по [22, стр. 28], для , принимаем аккумуляторную батарею серииVARTA12OPzS1500, с разрядным током