5. Выбор схем распределительных устройств.

Для выбранного варианта структурной схемы произведу выбор конструкций распределительных устройств высокого и среднего напряжений.

В РУ-330 кВ число присоединений равно десяти. Следовательно, можно принять схему с двумя системами сборных шин и тремя выключателями на два присоединения –схема 3/2. В нормальных условиях все аппараты включены, каждое присоединение подключено через два выключателя. Все операции производят только выключателем. Выключатели ремонтируют без перерыва питания. Авария в любом элементе не затрагивает нормальной работы других элементов. При к.з. на системе шин отключаются все выключатели, присоединенные к данной системе шин.

В РУ-110 кВ число присоединений равно двенадцати. Для этого РУ принимаю схему с двумя системами шин и одной обходной. Для ревизии и ремонта выключателей присоединений схемы с двойной системой шин используется обходная система шин. Наличие обходной системы шин позволяет выводить в ремонт любой выключатель без разрыва цепи тока, заменив его обходным. Для повышения надежности схемы производится секционирование одной системы шин и разделение обходной системы шин на две с помощью разъединителя.

Окончательная схема:

2 Расчет токов короткого замыкания для выбора электрооборудования главной схемы и схемы собственных нужд.

2.1 Приведение элементов схемы к базисным условиям.

Выбираю базисную мощность: S_б=100 МВА

В качестве базисного напряжения принимаю среднее эксплутационное напряжение той ступени, на которой предполагается короткое замыкание (340; 115; 15,75; 6,3 кВ).

В каждой точке к.з. получается свое значение базисного тока:

2.1.1 Сопротивления элементов цепи в относительных единицах при базисных условиях.

Генератор:

X_*г= X_d^’’S_б/S_{ном г}

X₁=X₂=X₃=X₄=X₅=X₆=X₇=X₈=0,1906·100/259=0,0736

Двухобмоточные трансформаторы:

X_*т= u_кS_б/(S_{ном т}·100)

РУ-330 кВ:

X₉=X₁₀=X₁₁=X₁₂=X₁₃=X₁₄=0,11·100/250=0,0440

РУ-110 кВ:

X₁₅=X₁₆=0.105·100/250=0,0420

Автотрансформатор:

X_*ат= u_кВ-СS_б/(S_{ном т}·100)

X₁₇=X₁₈=0,105·100/250=0,0525

ЛЭП:

X_*л=X₀lS_б/U_ср

X₀=0,4 –индуктивное сопротивление линии на 1 км длины, [1];

X₁₉=X₂₀=X₂₁=X₂₂=X₂₃=0,4·500·100/340²=0,1730

Система:

X_*c=S_б/S_с^’’

X₂₄=100/7500=0.0133

Среднее относительное значение ЭДС турбогенераторов:

Е_*^’’=1,13

Е₁=Е₂=Е₃=Е₄=Е₅=Е₆=Е₇=Е₈=1,13

ЭДС системы: Е_*с=Е₉=1, [1].

2 .1.2 Схема замещения.

рис. 1

2.1.3 Эквивалентирование схемы.

X₂₅=(X₁+X₉)/6=(0,0736+0,0440)/6=0,0196

E₁₀=E₁=1,13

X₂₆=(X₇+X₈)/2=(0,0736+0,0420)/2=0,0578

E₁₁=E₇=1,13

X₂₇=X₁₇/2=0,0525/2=0,0263

X₂₈=X₂₄+X₁₉/5=0,0133+0,1730/5=0,0479

рис. 2

2 .2 Короткое замыкание на шинах РУ-330 кВ (точка к1).

U_б=340 кВ

X₂₉=X₂₇+X₂₆=0,0263+0,0578=0,0841 (см. рис. 3)

X₃₀=X₂₅||X₂₉=0,0196·0,0841/(0,0196+0,0841)=0,0159

E₁₂=E₁₀||E₁₁=1,33 (см. рис. 4)

X_э=X₃₁=X₂₈||X₃₀=0,0479·0,0159/(0,0479+0,0159)=0,0119

E _э=E₁₃=E₉||E₁₂=(0,0159·1+0,0479·1,13)/(0,0159+0,0479)=1,098 (см. рис. 5)

рис. 3 рис. 4 рис. 5

Начальное значение периодической составляющей:

I_по=Е_э·I_б/X_э=1,098·169,8/0,0119=15667 А

Ударный ток короткого замыкания:

i_у= √2·к_у·I_по

к_у –ударный коэффициент

к_у=1+exp(-0.01/T_a)

По табл. 5 [1]: к_у=1,935; T_a=0,14 с

i_у=√2·1,935·15667=42873 А

2 .3 Короткое замыкание на шинах РУ-110 кВ (точка к2).

U_б=115 кВ

X₂₉=X₂₉||X₂₅=(0,0478·0,0196)/(0,0479+0,0196)=0,0139

E₁₂=E₁₀||E₉=(0,0479·1,13+0,0196·1,0)/(0,0479+0,0196)=1,092 (см. рис. 6)

X₃₀=X₂₇+X₂₉=0,0263+0,0139=0,0402 (см. рис. 7)

X_э=X₃₁=X₂₉||X₃₀=0,0479·0,0159/(0,0479+0,0159)=0,0119

E_э=E₁₃=E₉||E₁₂=(0,0402·1,13+0,0578·1,092)/(0,0479+0,0159)=1,108 (см. рис. 8)

рис. 6 рис. 7 рис. 8

Начальное значение периодической составляющей:

I_по=Е_э·I_б/X_э=1,108·502/0,0237=23469 А

Ударный ток короткого замыкания:

i_у=√2·1,935·23469=64223 А

2 .4 Короткое замыкание на шинах генератора (точка к3).

U_б=15,75 кВ

р ис. 9 рис.10 рис. 11 рис. 12

X₂₉=(X₂+X₁₀)/5=(0,0736+0,044)/5=0,0235 (см. рис. 9)

X₃₀=X₂₇+X₂₆=0,0267+0,0578=0,0845 (см. рис. 10)

X₃₁=X₃₀||X₂₉=0,0845·0,0235/(0,0845+0,0235)=0,0184

E₁₃=E₁₁||E₁₂=1,33

X₃₂=X₂₈||X₃₁=0,0479·0,0184/(0,0478+0,0184)=0,0133

E₁₄=E₁₃||E₉=(0,0479·1,13+0,0184·1,0)/ /(0,0478+0,0184)=1,094 (см. рис. 11)

X₃₃=X₃₂+X₉=0,0133+0,044=0,0573 (см. рис. 12)

Начальное значение периодической составляющей от системы:

I_пос=Е₁₄·I_б/X₃₃=1,094·3666/0,0573=69993 А

Начальное значение периодической составляющей от генератора:

I_пог=Е₁·I_б/X₁=1,33·3666/0,0736=56285 А

По табл. 3.7, 3.8 [4]: к_ус=1,82; к_уг=1,93

Ударный ток короткого замыкания от системы:

i_ус=√2·1,82·69993=180153 А

Ударный ток короткого замыкания от генератора:

i_уг=√2·1,93·56285=153626 А

2 .5 Короткое замыкание на шинах собственных нужд при питании от ТСН (точка к4).

U_б=6,3 кВ

Эквивалентная схема получается путем добавления к схеме, изображенной на рис. 12, схемы замещения ТСН и учета подпитки от двигательной нагрузки (см. рис. 13).

X₁=0,0736

X₂=0,0573

E₁=1,13

E₂=1,094

X₃=1,875·u_кВ-HS_б/(S_{ном т}·100)=1,875·10,5·100/(25·100)=0,7875

X₄=X₁||X₂=0,0573·0,0736/(0,0573+0,0736)=0,0302

E₃=E₁||E₂=(1,13·0,0573+1,094·1,0736)/(0,0573+0,0736)=1,110

X₅=X₃+X₄=0,0302+0,7875=0,8177 (см. рис. 14)

р ис.13 рис. 14

Начальное значение периодической составляющей от системы:

I_пос=Е₅·I_б/X₅=1,110·9164/0,8177=12328 А

Начальное значение периодической составляющей от эквивалентного двигателя секции:

I_под=4,0·∑P_ном/U_ном

∑P_ном=0,5·S_{ном ТСН}=0,5·25·10³=12,5·10³ кВт

I_под=4,0·12,5·10³/6,3=7937 А

Суммарное значение периодической составляющей:

I_по∑= I_пос+ I_под=12328+7937=20265 А

Суммарный ударный ток короткого замыкания:

i_у∑=√2·к_ус·I_пос+√2·к_уд·I_под

По табл. 5 [1]: к_ус=1,8; к_уд=1,65

i_у∑=√2·1,8·12328+√2·1,65·7937=49903 А

2 .6 Короткое замыкание на шинах собственных нужд при питании от РТСН (точка к5).

U_б=6,3 кВ

Эквивалентная схема получается путем добавления к схеме, изображенной на рис. 8, схемы замещения РТСН и учета подпитки от двигательной нагрузки (см. рис. 15).

X₁=0,0237

Е₁=1,108

X₂=1,875·u_кВ-HS_б/(S_{ном т}·100)=1,875·10,5·100/(32·100)=0,615

X₃=X₁+X₂=0,615+0,0237=0,6387 (см. рис. 16)

Начальное значение периодической составляющей от системы:

I_пос=Е₅·I_б/X₅=1,108·9164/0,6387=15897 А

Начальное значение периодической составляющей от эквивалентного двигателя секции:

I_под=4,0·∑P_ном/U_ном

рис.15 рис. 16

∑P_ном=1,25·0,5·S_{ном ТСН}=1,25·0,5·25·10³=15,625·10³ кВт

I_под=4,0·15,625·10³/6,3=9921 А

Суммарное значение периодической составляющей:

I_по∑= I_пос+ I_под=15897+9921=25818 А

Суммарный ударный ток короткого замыкания:

i_у∑=√2·к_ус·I_пос+√2·к_уд·I_под

i_у∑=√2·1,8·15897+√2·1,65·9921=63617 А

3 Выбор коммутационных аппаратов, токопроводов, токоведущих частей и шин распределительных устройств, измерительных трансформаторов тока и напряжения.

В дальнейших расчетах используются токи короткого замыкания, рассчитанные в программе «Foccus».

3.1 Выбор выключателей.

В ГОСТ 687-78 приведены следующие параметры выключателей:

1. Номинальное напряжение U_ном.

2. Номинальный ток I_ном.

3. Номинальный ток отключения I_откл.

4. Номинальное процентное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения в соответствии с ГОСТ 687-78

β=i_{а ном}·100/√2·I_откл.

5. Действующее значение периодической составляющей I_дин и амплитудное значение полного тока I_{m дин}, которые характеризуют электродинамическую стойкость выключателя.

6. Ток термической стойкости I_т и время действия тока термической стойкости t_т.

7. Номинальный ток включения I_вкл.

8. Время действия выключателя:

• собственное время отключения t_св–промежуток времени от подачи команды на отключение до расхождения контактов выключателя;

• время отключения t_ов –промежуток времени от подачи команды на отключение до полного погасания дуги во всех фазах;

• время выключения выключателя t_вв –промежуток времени от подачи команды на включение до возникновения тока в цепи.

9. Параметры восстанавливающегося напряжения при номинальном токе отключения.

Условия выбора выключателей:

Расчетные величины	Каталожные данные выключателя	Условие выбора
Uуст Iраб утяж Iпо iу Iпτ β=iаτ·100/√2·Iпτ √2·Iпτ+ iаτ Вк	Uном Iном Iдин Im дин Iоткл βном – Iт2, tт	Uуст≤ Uном Iраб утяж ≤Iном Iпо ≤Iдин iу ≤Im дин Iпτ ≤Iоткл β≤βном √2·Iпτ+ iаτ≤√2·Iоткл(1+βном/100) Вк≤Iт2·tт

3.1.1 РУ-330 кВ.

Расчетные токи:

I_{раб утяж т}=2·S_{ном т}/(√3·U_ном·0,95)=2·250·10³/(√3·340·0,95)=894 А

I_{раб утяж ат}=к_пер·I_{ном ат}=1,4·S_{ном ат}/(√3·U_ном)=1,4·200·10³/(√3·340)=475 А

I_{раб утяж лэп}=S_{ном нагр}/(√3·U_ном·(n-1))=1580·10³/(√3·340·4)=671 А

Наибольшим током является ток, который течет от укрупненного блока Г-Т, по нему и будем выбирать.

Токи к.з.:

I_по⁽³⁾=15,83 кА i_у⁽³⁾=41,97 кА

I_по⁽¹⁾=18,21 кА i_у⁽¹⁾=48,51 кА

Выбор будем производить по однофазному к.з..

Предварительно по табл.5.2 [2] выбираю выключатель ВВ-330Б-31,5/2000 У1.

Расчетные величины	Каталожные данные выключателя ВВ-330Б-31,5/2000 У1	Условие выбора
Uуст=330 кВ Iраб утяж =849 А Iпо=18,21 кА iу=48,51 кА Iпτ=17,66 кА β=iаτ·100/√2·Iпτ=56,5% √2·Iпτ+ iаτ=39,1 кА Вк=82,3 (кА)2·с iаτ =14,11кА	Uном=330 кВ Iном=2000 А Iдин=31,5 кА Im дин=80 кА Iоткл=31,5 кА βном=23% √2·Iоткл(1+βном/100)=53,5 кА Iт2· tт=2977 (кА)2·с Iт=31,5 кА, tт=3 с tов=0,08 с, tсв=0,05 с	330=330 849<2000 18,21<31,5 48,51<80 17,66<31,5 не выполняется 39,1<53.5 79,6<2977

τ=t_{рз min}+t_св=0,01+0,05=0,06 с

Для момента времени τ находим токи: I_пτ=17,66 кА, i_аτ =14,11кА.

β=i_аτ·100/√2·I_пτ=14,11/(√2·17,66)=56,5%

В_к=I_по²·(t_откл+T_а)

t_откл=t_{рз max}+t_ов

t_{рз max}=0,1 с, T_а=0,14 с, t_{рз min}=0,01 с (из [1])

В_к=18,21²·(0,1+0,08+0,14)=82,3 (кА)²·с

Так как β>β_ном, то проводится проверка по полному току с учетом периодической и апериодической составляющих тока к.з.:

√2·I_пτ+ i_аτ=√2·17,66+14,11=39,1 кА

√2·I_откл(1+β_ном/100)=√2·31,5·(1+23/100)=53,5 кА

По всем основным условиям выбора выключатель подошел, следовательно принимаю выбранный выключатель.

3.1.2 РУ-110 кВ.

Расчетные токи:

I_{раб утяж т}=S_{ном т}/(√3·U_ном·0,95)=250·10³/(√3·115·0,95)=1351 А

I_{раб утяж ат}=к_пер·I_{ном ат}=1,4·S_{ном ат}/(√3·U_ном)=1,4·200·10³/(√3·110)=1470 А

I_{раб утяж лэп}=S_{ном нагр}/(√3·U_ном·(n-1))=180·10³/(√3·115·5)=181 А

Наибольшим током является ток, который течет от присоединения автотрансформатора, по нему и будем выбирать.

Токи к.з.:

I_по⁽³⁾=24,36 кА i_у⁽³⁾=63,70 кА

I_по⁽¹⁾=29,19 кА i_у⁽¹⁾=76,42 кА

Выбор будем производить по однофазному к.з..

Предварительно по табл.5.2 [2] выбираю выключатель ВВБМ-110Б-31,5/2000 У1.

Расчетные величины	Каталожные данные выключателя ВВБМ-110Б-31,5/2000 У1	Условие выбора
Uуст=110 кВ Iраб утяж =1470 А Iпо=29,19 кА iу=76,42 кА Iпτ=28,20 кА β=iаτ·100/√2·Iпτ=46,8% √2·Iпτ+ iаτ=58,5 кА Вк=264,1 (кА)2·с iаτ =18,66 кА	Uном=110 кВ Iном=2000 А Iдин=40 кА Im дин=102 кА Iоткл=31,5 кА βном=32% √2·Iоткл(1+βном/100)=58,8 кА Iт2· tт=4800 (кА)2·с Iт=40 кА, tт=3 с tов=0,07 с, tсв=0,05 с	110=110 1470<2000 29,19<40 76,42<102 28,20<31,5 не выполняется 58,5<58,8 204,5<4800

τ=t_{рз min}+t_св=0,01+0,05=0,06 с

Для момента времени τ находим токи: I_пτ=28,20 кА, i_аτ =18,66 кА.

β=i_аτ·100/√2·I_пτ=18,66/(√2·28,20)=46,8%

В_к=I_по²·(t_откл+T_а)

t_откл=t_{рз max}+t_ов

t_{рз max}=0,1 с, T_а=0,14 с, t_{рз min}=0,01 с (из [1])

В_к=29,19²·(0,1+0,07+0,14)=264,1 (кА)²·с

Так как β>β_ном, то проводится проверка по полному току с учетом периодической и апериодической составляющих тока к.з.:

√2·I_пτ+ i_аτ=√2·28,26+18,66=58,5 кА

√2·I_откл(1+β_ном/100)=√2·31,5·(1+32/100)=58,8 кА

По всем основным условиям выбора выключатель подошел, следовательно принимаю выбранный выключатель.

3.1.3. Шины генератора.

Расчетный ток:

I_{раб утяж} =S_{ном г}/(√3·U_ном·0,95)=259·10³/(√3·15,75·0,95)=9994 А

Токи к.з.:

I_пос=72,82 кА i_ус=197,61 кА

I_пог=54,67 кА i_уг=152,96 кА

Выбор будем производить по составляющей тока к.з. от системы.

Предварительно по табл.5.1 [2] выбираю выключатель ВВГ-20-160/12500 У3.

Расчетные величины	Каталожные данные выключателя ВВГ-20-160/12500 У3	Условие выбора
Uуст=15,75 кВ Iраб утяж =9994 А Iпос=72,82 кА iус=197,61 кА Iпτ=111,07 кА β=iаτ·100/√2·Iпτ=30% √2·Iпτ+ iаτ=204 кА Вк=70314 (кА)2·с iаτ =47,29кА	Uном=20 кВ Iном=12500 А Iдин=160 кА Im дин=410 кА Iоткл=160 кА βном=20% √2·Iоткл(1+βном/100)=272 кА Iт2· tт=102400 (кА)2·с Iт=160 кА, tт=4 с tов=0,14 с, tсв=0,12 с	15,75<20 9994<12500 72,82<160 197,61<410 111,07<160 не выполняется 204<272 70314<102400

τ=t_{рз min}+t_св=0,01+0,12=0,13 с

Для момента времени τ находим токи: I_пτ=111,07 кА, i_аτ =47,29кА.

β=i_аτ·100/√2·I_пτ=47,29/(√2·111,07)=30%

В_к= I_по²·(t_откл+T_а)

t_откл= 4 с, T_а=0,326 с, t_{рз min}=0,01 с (из [1])

В_к=(72,82+54,67)²·(0,4+0,326)=204,36 (кА)²·с

Так как β>β_ном, то проводится проверка по полному току с учетом периодической и апериодической составляющих тока к.з.:

√2·I_пτ+ i_аτ=√2·111,07+47,29=204 кА

√2·I_откл(1+β_ном/100)=√2·160·(1+20/100)=272 кА

По всем основным условиям выбора выключатель подошел, следовательно принимаю выбранный выключатель.

3.1.4 Шины собственных нужд.

Расчетный ток:

I_{раб утяж} =0,5·S_{ном т}/(√3·U_ном·0,95)=0,5·25·10³/(√3·15,75·0,95)=1206 А

Токи к.з.:

I_по=24,85 кА i_ус=58,84 кА

Предварительно по табл.9,6 [2] выбираю комплектное распределительное устройство КЭ-10/31,5 с выключателем ВЭ-10-1250-31,5-У3.

Расчетные величины	Каталожные данные КРУ КЭ-10/31,5	Условие выбора
Uуст=6,3 кВ Iраб утяж =1206 А iус=58,84 кА	Uном=10 кВ Iном=1600 А iус=81 кА Iоткл=31,5 кА	6,3<10 1206<1600 58,84<81

По табл.5.1 [2] выбираю выключатель ВЭ-10-1250-31,5-У3.

Расчетные величины	Каталожные данные выключателя ВЭ-10-1250-31,5-У3	Условие выбора
Uуст=6,3 кВ Iраб утяж =1206 А Iпо=24,85 кА iу=58,84 кА Iпτ=20,56 кА β=iаτ·100/√2·Iпτ=20% √2·Iпτ+ iаτ=35 кА Вк=145 (кА)2·с iаτ =5,95 кА	Uном=10 кВ Iном=1250 А Iдин=31,5 кА Im дин=80 кА Iоткл=31,5 кА βном=23% √2·Iоткл(1+βном/100)=55 кА Iт2· tт=3969 (кА)2·с Iт=31,5 кА, tт=4 с tов=0,075 с, tсв=0,06 с	6,3<10 1206<1250 24,85<31,5 58,84<80 20,56<31,5 20<23 35<55 145<3969

τ=t_{рз min}+t_св=0,01+0,06=0,07 с

Для момента времени τ находим токи: I_пτ=20,56 кА, i_аτ =5,95 кА.

β=i_аτ·100/√2·I_пτ=5,95/(√2·20,56)=20%

В_к=I_по²·(t_откл+T_а)

t_откл=t_{рз max}+t_ов

t_{рз max}=0,1 с, T_а=0,06 с, t_{рз min}=0,01 с (из [1])

В_к=24,85²·(0,1+0,075+0,06)=145 (кА)²·с

√2·I_пτ+ i_аτ=√2·20,56+5,95=35 кА

√2·I_откл(1+β_ном/100)=√2·31,5·(1+23/100)=55 кА

По всем условиям выбора выключатель и КРУ подошли, следовательно принимаю выбранный выключатель и КРУ.