Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка нормативно-технической базы проектирования и эксплуатации систем собственных нужд электростанций и подстанций нового поколения

Ю.Л. Гусев,

ВВЕДЕНИЕ

Отраслевые нормативно-технические документы (НТД), регулирующие вопросы проектирования и эксплуатации электроустановок собственных нужд электростанций и подстанций (ПС) не обновлялись с 80-х годов прошлого века. За прошедшие десятилетия накопилось много вопросов, требующих современных решений.

За последние годы на кафедре «Электрические станции» МЭИ были разработаны:

* отраслевой стандарт «Системы оперативного постоянного тока подстанций. Технические требования»;

* отраслевой стандарт «Системы собственных нужд ПС ЕНЭС. Типовые проектные решения» ОАО «ФСК ЕЭС»;

* обновленный национальный стандарт РФ «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ».

Одновременно с совершенствованием стандартов по методам расчета коротких замыканий, на кафедре разработаны соответствующие новым стандартам компьютерные программы для расчета коротких замыканий. Информация о новых методах расчета и о новых программных продуктах опубликована в [1 - 3]. Программы GuExpert, GuSelect, GuFaults, GuTestAC, GuDCsets, GuChoice, GuSetsDC и GuMapsDC используются многими проектными институтами, сетевыми и генерирующими компаниями.

1. СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОДСТАНЦИЙ. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Отраслевой стандарт «Системы оперативного постоянного тока подстанций. Технические требования» разработан впервые, аналогов не имеет.

Предложен типовой состав компонентов СОПТ:

* две аккумуляторные батареи (АБ) для ПС с высшим напряжением 220-750 кВ и ПС ПО кВ с более чем тремя выключателями в распределительном устройстве высшего напряжения, одна АБ -- для ПС с высшим напряжением 35 кВ и остальных -- для ПС ПОкВ;

* четыре стационарных зарядных устройства (ЗУ) -по два на каждую АБ для ПС с высшим напряжением 220-750 кВ и ПС 110 кВ с более чем тремя выключателями в распределительном устройстве высшего напряжения, два ЗУ на одну АБ -- для ПС с высшим напряжением 35 кВ и остальных -- ПС 110 кВ;

* два ЩПТ для ПС с высшим напряжением 220-750 кВ и ПС 110 кВ с более чем тремя выключателями в распределительном устройстве высшего напряжения, один -- для ПС с высшим напряжением 35 кВ и остальных -- для ПС 110 кВ;

* шкафы распределения оперативного тока;

* кабельная распределительная сеть;

* отключающие аппараты защиты от сверхтоков (коротких замыканий и перегрузок);

* устройства защиты от перенапряжений;

* коммутационные аппараты;

* устройства мониторинга СОПТ;

* устройство контроля изоляции полюсов сети относительно земля;

* система автоматизированного поиска мест повреждения изоляции полюсов сети относительно земли (поиск «земли»);

* устройства регистрации аварийных процессов и событий СОПТ в составе АСУ ТП по требованию заказчика;

* средства выдачи сигнала обобщенной неисправности в АСУ ТП.

Для ПС ЕНЭС стандартом предусмотрена возможность использования децентрализованных СОПТ.

С учетом тенденции на сокращение количества обслуживающего персонала на подстанциях стандарт предусматривает широкое применение систем мониторинга за режимами и состоянием оборудования СОПТ и устанавливает периодичность технического обслуживания не чаще чем 1 раз в 3 года.

Требования к построению распределительной сети СОПТ обеспечивают надежное электропитание потребителей и выполнение требований ЭМС. Питание РЗА должно осуществляться от отдельных секций шин или сборок щитов постоянного тока (ЩПТ). Основные и резервные комплекты устройств РЗА должны иметь раздельное электропитание от разных АБ через разные секции ЩПТ. Запрещается объединение на одной сборке цепей питания электроприемников, чувствительных к перенапряжениям и высокочастотным помехам, и цепей, выходящих за пределы помещения, в котором размещен шкаф распределения оперативного тока (ШРОТ).

СОПТ должна иметь двух- или трехуровневую систему отключающих защитных аппаратов для защиты от перегрузок и коротких замыканий (КЗ). На верхних уровнях должны применяться комбинированные коммутационно-защитные аппараты с плавкими предохранителями, на нижнем уровне допускается применение автоматических выключателей. Защитные аппараты должны обеспечивать отключение коротких замыканий в любой точке СОПТ сопровождающихся снижением напряжения на сборках ЩПТ и ШРОТ глубиной более 50 % со временем, не превышающим 50 мс. Плавкие вставки должны иметь датчики состояния, а сигналы с датчиков должны отображаться в системе местной индикации и передаваться в АСУ ТП. При срабатывании плавкого предохранителя замене подлежат плавкие вставки в обоих полюсах

На подстанциях ЕНЭС должны использоваться стационарные свинцово-кислотные аккумуляторы открытых (вентилируемых) типов по ГОСТ С МЭК 60896-1-95. Суммарная индуктивность цепей, соединяющих АБ и ЩПТ, должна обеспечивать значение постоянной времени не более 5 мс. Запрещается подключать какую-либо нагрузку к части элементов АБ. Для выявления отстающих элементов в АБ должен использоваться контроль симметрии напряжения групп аккумуляторов АБ (двух или четырех).

Технические параметры ЗУ должны полностью соответствовать типу аккумуляторов по пульсациям тока поддерживающего заряда, как правило, не более 5 А на 100 Ач емкости АБ. ЗУ должны обеспечивать термокомпенсацию напряжения поддерживающего заряда аккумуляторов. Для проведения индивидуальной подзарядки, тренировки отстающих элементов АБ должно применяться переносное зарядно-разрядное устройство.

В щите постоянного тока (ЩПТ) для защиты от перенапряжений рекомендуется использовать кремниевые диоды, подключаемые через плавкие предохранители между полюсами сборок и землей. Диоды должны иметь номинальный ток не менее 160 А. Необходимо обеспечить контроль за исправностью устройства защиты от перенапряжений.

СОПТ должна иметь систему поиска «земли», состоящую из двух основных частей: * стационарной для автоматического выявления секции шин или сборок ЩПТ, на присоединениях которых произошло снижение сопротивления изоляции относительно земли;

* переносной в виде специализированного прибора для поиска местоположения дефекта изоляции.

Устройства контроля изоляции и поиска «земли» не должны производить помехоэмиссию в распределительную сеть СОПТ сигналов, способных вызывать ложные срабатывания РЗА. Инжектируемый в сеть ток не должен превышать 1,8 мА.

Регистрация аварийных процессов и событий в СОПТ должна выполняться средствами АСУ ТП. Рекомендуемый состав регистрируемых параметров:

* напряжения на сборках ЩПТ;

* токи в цепях АБ и ЗУ;

* напряжения полюсов сети относительно «земли».

2. СИСТЕМЫ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ПС ЕНЭС. ТИПОВЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ

Отраслевой стандарт «Системы собственных нужд ПС ЕНЭС. Типовые проектные решения» разработан впервые, аналогов не имеет.

Предложено осуществлять питание собственных нужд по схеме явного резерва для ПС с напряжением 220 кВ и выше, по схеме неявного резерва для ПС напряжением до ПО кВ. Предложены три варианта схемы щита собственных нужд 0,4 кВ (ЩСН), (рис. 1--3). В схеме с секционным автоматическим выключателем последовательно с ним дополнительно устанавливается рубильник или пустая вы-катная ячейка для безопасности ремонта шасси секционного выключателя. Вариант схемы ЩСН с присоединением трансформаторов через два автоматических выключателя позволяет уменьшить задержку отключения КЗ и, следовательно, уменьшить сечение кабелей в распределительной сети. Кроме того, при этой схеме расширяются возможности дистанционного управления источниками питания СН.

Потребители СН классифицированы по категориям надежности электроснабжения. Предложены типовые схемы питания электроприемников собственных нужд разных категорий. Так, непосредственно к ЩСН подключаются электроприемники мощностью более 40 кВт или электроприемники первой категории независимо от их мощности по индивидуальным кабельным линиям. Вторичные сборки для питания электроприемников первой и второй категорий подключают к ЩСН по схеме разомкнутого кольца по двум групповым кабельным линиям от разных секций или систем шин ЩСН.

При этом групповые кабельные линии должны постоянно находиться под напряжением со стороны ЩСН. На вводах питания вторичных сборок с электроприемниками первой категории устанавливаются контакторы, управляемые устройством АВР, для автоматического переключения источников питания. На вводах питания вторичных сборок без электроприемников первой категории устанавливаются рубильники для ручного переключения источников

Предложены уточненные расчетные условия для выбора сечений кабелей по термической стойкости и невозгораемости. Проверка должна выполняться по токам при дуговом КЗ в начале кабельной линии и при металлическом КЗ в конце. Предложенные расчетные условия позволяют устранить нечеткие требования, содержащиеся в циркуляре Ц-02-98(Э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания». Циркуляр предлагает проверять кабели на невозгораемость по металлическим КЗ в начале, но одновременно допускает удалять точку КЗ от начала кабеля на 20 м. В ГОСТ С 52736-2007. «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия тока короткого замыкания» нет указаний о виде КЗ - металлическом или дуговом.

В системе СН ПС предлагается применять систему заземления TN-C-S. Питание цепей силовых электроприемников организуется по системе заземления TN-C, а питание шкафов с электронным и слаботочным оборудованием по системе TN-S.

Сечение защитных и заземляющих проводников принимается не менее площади сечения нулевого рабочего проводника.

3. КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ. МЕТОДЫ РАСЧЕТА В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НАПРЯЖЕНИЕМ ДО1кВ

Государственный стандарт «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ» разработан для замены ГОСТ 28249--93.

Стандарт устанавливает методику расчетов максимальных и минимальных значений тока при симметричных и несимметричных коротких замыканиях. замыкание электроустановка ток сеть

Авторами предлагается учитывать ряд факторов, которыми раньше пренебрегали или учитывали не комплексно [4]:

* учет токоограничивающего влияния электрической дуги в месте короткого замыкания;

* учет эффекта теплового спада тока, обусловленного увеличением сопротивления кабелей при протекании по ним тока короткого замыкания;

* учет внутренних сопротивлений коммутационных и защитных аппаратов;

* учет переходных сопротивлений разборных и разъемных контактных соединений;

* учет температурных факторов на сопротивление кабелей в начальный момент короткого замыкания;

* учет подпитки и шунтирующего эффекта асинхронных электродвигателей [5].

Уточнение расчетных значений максимально возможных токов КЗ позволяет избежать завышения сечений кабелей. Уточнение расчетных оценок минимальных токов КЗ позволяет избежать ошибок в выборе параметров отключающих защитных аппаратов и повысить надежность локализации аварий.

Электрическую дугу предложено учитывать нелинейным активным сопротивлением:

д где /д -- ток дуги, кА.

Полученное с помощью этой формулы значение сопротивления дуги можно вводить в схемы замещения всех симметричных последовательностей, что позволяет корректно рассчитывать несимметричные дуговые КЗ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кафедрой «Электрические станции» МЭИ разработаны новые методические материалы по расчету коротких замыканий и выбору электрооборудования электростанций и подстанций, предложены типовые проектные решения по электроустановкам собственных нужд переменного тока и электроустановкам оперативного постоянного тока электростанций и подстанций, применение которых позволит повысить качество проектных решений и надежность работы электроэнергетических объектов ЕЭС России.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования / И.П. Крючков, Б.Н. Неклепаев, В.А. Старшинов и др.; под ред. И.П. Крючкова и В.А. Старшинова. М.: Издательский центр «Академия», 2005. -- 416 с.

2. Крючков И.П., Старшинов В.А., Гусев Ю.П., Пираторов М.В. Короткие замыкания и несимметричные режимы электроустановок. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. -- 472 с.

3. Крючков И.П., Старшинов В.А., Гусев Ю.П., Пираторов М.В. Переходные процессы в электроэнергетических системах. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. 414 с.

4. Гусев Ю.П. Совместное действие электромагнитных, электромеханических и тепловых процессов при коротких замыканиях в электроустановках до 1 кВ // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции «Токи короткого замыкания в энергосистемах». М.: РАО «ЕЭС России», 1995.

5. Гусев Ю.П., Чо Г.Ч. Снижение чувствительности защитных аппаратов в низковольтных электроустановках из-за шунтирующего эффекта асинхронных двигателей // Вестник МЭИ. 2003. № 6.

АННОТАЦИЯ

В докладе представлены результаты работ, выполненных кафедрой «Электрические станции» МЭИ, по совершенствованию методов расчета коротких замыканий в низковольтных электроустановках электростанций и подстанций, по разработке технических требований к системам оперативного постоянного тока (СОПТ) и по разработке типовых проектных решений для собственных нужд (СН) подстанций. Методы расчета коротких замыканий гармонизированы со стандартами МЭК. Предложены схемные решения щитов собственных нужд и распределительной сети СН напряжением 0,4 кВ на основе разделения электроприемников по категориям надежности электроснабжения, представлены уточненные расчетные условия выбора кабелей, требования к заземлению нейтрали в сети СН. Технические требования к СОПТ и её компонентам разработаны с учетом появления новых типов аккумуляторных батарей и зарядных устройств, тенденций к снижению толчковых токов и повышению требований к качеству напряжения на выводах электроприемников.

Размещено на Allbest.ru