2020-04-20
728
Для выбора и проверки электрических аппаратов необходимо сначала правильно оценить расчётные условия КЗ: составить расчётную схему; наметить места расположения расчётных точек КЗ.
Расчётные точки намечаются в следующих местах [1]:
. на сборных шинах РУ каждого напряжения;
. на выводах генератора;
. за линейным реактором;
. за трансформаторами собственных нужд.
Расчётное время КЗ оценивают в зависимости от цели расчёта: для проверки оборудования на электродинамическую стойкость tрасч=0 при токе Iп0; для проверки выключателей на отключающую способность расчётное время определяется как сумма наименьшего возможного времени действия защиты (0,01 с) и собственного времени отключения выключателя для тока Iп.τ.
В качестве расчётного вида КЗ принимаем трёхфазное короткое замыкание. Исходная расчётная схема КЗ показана на рис. 3.1 и 3.2.
Рисунок 3.1 - Расчётные точки короткого замыкания
Определим значения сопротивлений на схеме замещения (рис. 3.2).
Рисунок 3.2 - Схема замещения для расчетов токов КЗ
|
|
|
Исходные данные для проведения расчётов тока КЗ: Sс=∞ МВА; X*с=0. (X1=0) Следует задаться базисными значениями мощности и тока и опеределить сопротивления ЛЭП, трансформатора, генераторов и реакторов в относительных единицах.
Задаёмся базисными мощностью и напряжениями:б=100 МВА; Uб1=230 кВ; Uб2=37 кВ; Uб3=10,5 кВ, Uб4=6,3 кВ.
Значения базисных токов определяются по формуле:
(3.1)
кА; 
кА; 
кА;
кА;
Сопротивление ЛЭП:
(3.2)
где Худ - удельное сопротивление 1 км линии, равное 0,4 Ом.
l - длина линии, 100 км;ср.н.2 - средненоминальное напряжение, 230 кВ;
.
Сопротивление трёхобмоточного трансформатора:
(3.3)
(3.4)
(3.5)
Сопротивления соответствующих обмоток трёхобмоточного трансформатора ТДТН-40000/220 по (3.3) - (3.4):
Сопротивление двухобмоточного трансформатора:
(3.6)
Трансформатор собственных нужд (ТДНС-6300/10) по (3.6):
Резервный трансформатор собственных нужд (ТДНС-10000/10) по (3.6):
Секционный реактор (РБ 10-1600-0,35У3):
(3.7)
Генераторы (ТВС-32У3):
(3.8)
ЭДС генератора (ТВС-32У3):
(3.9)
.
Расчет токов КЗ в точке К1 (шины ОРУ-220 кВ).
Производим преобразования исходной расчётной схемы к простейшему виду, сворачивая её к точке КЗ.
Рисунок 3.3 - Схема замещения для расчёта точки К1
а) 
;
;
Рисунок 3.4 - Последовательное преобразование схемы (а-д)
б) 
;
;
;
;
в) 
;
;
г) 
;
;
д) 
.
Периодические составляющие тока КЗ в именованных единицах при t=0:
кА;
кА.
Полный ток КЗ:
кА.
Ударный ток КЗ:
(3.10)
где Ку - ударный коэффициент, определяем по [1].
|
|
|
кА;
кА;
Ударный ток КЗ в К1:
кА.
Периодические составляющие тока КЗ в произвольный период времени (при t=τ) принимаем равным периодическим составляющим тока КЗ при t=0 (кроме расчета точки КЗ К3 на ГРУ-10 кВ для точного определения Iпτ для выбора выключателей):
.
Апериодическая составляющая тока КЗ в произвольный период времени (при t=τ):
(3.11)
где τ - время отключения выключателя, с;а - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с (по [1]).
τ=tрз+tо; (3.12)
где tрз - время действия релейной защиты, с (tрз=0,01с);о - полное время отключения выключателя, с.
Рассчитываем τ для элегазового выключателя:
τ=0,01+0,05=0,06 с.
Рассчитываем апериодическую составляющую тока КЗ в произвольный период времени:
кА;
кА;
кА.
Для других точек КЗ производится аналогичный расчет, а результаты сводятся в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 - Результаты расчетов токов КЗ
| Точка КЗ | Источник | Та, с | t, с | Ку | Токи КЗ, кА | |||
| Iпо | Iпt | iat | Iу | |||||
| К1 Шины ОРУ-220 кВ | Система | 0,03 | 0,06 | 1,72 | 6,64 | 6,64 | 1,27 | 16,15 |
| Г1,2 | 0,115 | 0,06 | 1,92 | 0,59 | 0,59 | 0,49 | 1,59 | |
| Сумма | 7,23 | 7,23 | 1,76 | 17,74 | ||||
| К2 Шины ОРУ-35 кВ | Система | 0,115 | 0,07 | 1,92 | 8,45 | 8,45 | 6,50 | 22,94 |
| Г1,2 | 0,115 | 0,07 | 1,92 | 5,33 | 5,33 | 4,10 | 14,46 | |
| Сумма | 13,78 | 13,78 | 10,60 | 37,40 | ||||
| К3 ГРУ-10 кВ | Система | 0,05 | 0,04 | 1,95 | 12,62 | 12,62 | 8,02 | 32,49 |
| Г1,2 | 0,185 | 0,04 | 1,82 | 22,51 | 18,21 | 25,34 | 62,06 | |
| Сумма | 35,13 | 30,8 | 33,66 | 94,55 | ||||
| К4 ТСН-1 6,3 кВ | Система | 0,045 | 0,04 | 1,8 | 2,42 | 2,42 | 1,41 | 6,17 |
| Г1,2 | 0,045 | 0,04 | 1,8 | 4,32 | 4,32 | 2,51 | 11,0 | |
| Сумма | 6,74 | 6,74 | 3,92 | 17,17 | ||||
| К5 РТСН 6,3 кВ | Система | 0,045 | 0,04 | 1,8 | 3,60 | 3,60 | 2,10 | 9,17 |
| Г1,2 | 0,045 | 0,04 | 1,8 | 6,42 | 6,42 | 3,73 | 16,35 | |
| Сумма | 10,02 | 10,02 | 5,83 | 25,52 | ||||
ВЫБОР АППАРАТОВ
Выбор реакторов
В соответствии с выбранным числом секций ГРУ определяют схему включения секционных реакторов - разомкнутую при числе секций две - три и кольцевую при числе секций три-четыре. Анализируя возможность перетоков между секциями в нормальном режиме и при отключении питающих присоединений - генераторов, трансформаторов связи, выбирают номинальные токи секционных реакторов. Обычно они определяются 
. Полученное значение округляют до ближайшей большей каталожной величины. Затем по UНОМ и IНОМ выбирают реактор с наибольшим индуктивным сопротивлением. В п.1 предварительно выбран реактор РБ-10-1600-0,35У3.
Проверка стойкости реактора в режиме КЗ.
кА;
.
Принимаем два реактора РБ-10-1600-0,35У3, включенных параллельно (чтобы обеспечить их электродинамическую стойкость к токам КЗ).
Проверка на термическую стойкость.
Ток 8-ми секундной термической устойчивости реактора РБ-10-1600-0,35У3 
кА, тогда
.
Таким образом, выбранный реактор термически устойчив.
Место подключения линейных реакторов определяется структурной схемой ТЭЦ. Номинальный ток реактора определяется исходя из наибольшего тока группы линий. Рекомендуется, чтобы число линий присоединенных к реактору не превышало 3-4.
(4.1)
кА.
Результирующие сопротивление цепи КЗ до реактора ХΣ можно определить по выражению:
(4.2)
Ом.
Требуемое сопротивление цепи КЗ для обеспечения Iном.откл:
(4.3)
где 20 - Iном.откл - номинальный ток отключения вакуумного выключателя BB/TEL-10-20/1600 У2.
Ом.
ХРез=ХТРЕБ-ХΣ = 0,303-0,173=0,13 Ом.
Выбираем реактор РБГ-10-1600-0,14У3 (по [4]).
Результирующее сопротивление:
Х’рез= ХΣ +Хр = 0,173+0,14=0,313 Ом.
Проверка выбранного реактора:
кА.
Проверка стойкости реактора в режиме КЗ.
кА;
.
Проверка на термическую стойкость.
Ток 8-ми секундной термической устойчивости реактора РБГ-10-1600-0,14У3 
кА, тогда
.
Таким образом, выбранный реактор термически устойчив.
Выбор выключателей и разъединителей
) Выключатель и разъединитель, находящиеся на шинах ОРУ-220 кВ за трансформатором ТДТН - 40000/220.
|
|
|
Расчетные токи продолжительного режима определяются:
(4.4)
А.
Наибольший рабочий ток присоединения с учетом возможных длительных перегрузок:
(4.5)
А.
По каталожным данным выбираем элегазовый выключатель ВГК-220II-31,5/3150У1 [6].
Данные по выбору сводим в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 - Выбор выключателей и разъединителей ОРУ-220 кВ
| Расчетные данные | Каталожные данные | |
| Выключатель ВГК-220II-31,5/3150У1 | Разъединитель РНДЗ.1-220/1000У1 | |
| Uуст = 220 кВ | Uном = 220 кВ | Uном = 220 кВ |
| Iмакс = 147 А | Iном = 3150 А | Iном = 1000 А |
| Iп,t = 7,23 кА | Iном.откл = 31,5 кА | - |
| ia,t = 1,76 кА | ia.t.ном==√2· Iном.откл ·β = √2∙31,5∙0,25 =24,7 кА | - |
×Iп.t + iа.t =
= × 7,23+1,76 =12,0 кА ×I ном.откл×(1+bном) =
| = 31,5×(1+0,25) =55,7кА-
| ||
| Iп,о = 7,23 кА | Iдин = 40 кА | - |
| iу = 17,74 кА | iдин = 102 кА | iдин = 100 кА |
| Вк = 7,232∙(0,06+0,115) =9,1 кА2∙с | IТ2∙tТ = 402∙2= 3200 кА2∙с | IТ2∙tT = 402∙3=4800 кА2∙с |
) Выключатель и разъединитель, находящиеся за силовым трансформатором
ТДТН - 40000/220 на стороне напряжения 35 кВ.
Расчетные токи продолжительного режима определяются по (4.4):
А.
Наибольший рабочий ток присоединения с учетом возможных длительных перегрузок по (4.5):
А.
По каталожным данным выбираем вакуумный выключатель ВБЭТ-35 III-25/1600УХ1 [6].
Данные по выбору сводим в таблицу 4.2.
Таблица 4.2 - Выбор выключателей и разъединителей РУ-35 кВ
| Расчетные данные | Каталожные данные | |
| Выключатель ВБЭТ-35 III-25/1600УХ1 | Разъединитель РНДЗ.1-35/1000У1 | |
| Uуст = 35 кВ | Uном = 35 кВ | Uном = 35 кВ |
| Iмакс = 924 А | Iном = 1600 А | Iном = 1000 А |
| Iп,t = 13,78 кА | Iном.откл = 25 кА | - |
| ia,t = 10,60 кА | ia.t.ном==√2· Iном.откл ·β = √2∙25∙0,20 =9,5 кА | - |
×Iп.t + iа.t =
= ×13,78+10,6 =30,1 кА ×I ном.откл×(1 + bном) =
| = ×25×(1+0,20) =42,4 кА-
| ||
| Iп,о =13,78 кА | Iдин = 25 кА | - |
| iу = 37,4 кА | iдин = 63 кА | iдин = 63 кА |
| Вк =13,78∙(0,07+0,115)=35,1кА2∙с | IТ2∙tТ = 252∙3= 1875 кА2∙с | IТ2∙tT = 252∙4=2500 кА2∙с |
) Разъединитель и выключатель, находящийся на стороне 10 кВ трансформатора ТДТН - 40000/220.
Расчетные токи продолжительного режима определяются по (4.4):
|
|
|
А.
Наибольший рабочий ток присоединения с учетом возможных длительных перегрузок по (4.5):
А.
По каталожным данным выбираем элегазовый выключатель ВГП-10-40/3150 [6].
Данные по выбору сводим в таблицу 4.3.
Таблица 4.3 - Выбор выключателей и разъединителей РУ-10 кВ
| Расчетные данные | Каталожные данные | |
| Выключатель ВГП-10-40/3150 | Разъединитель РВРЗ.1-10/4000У2 | |
| Uуст = 10 кВ | Uном = 10 кВ | Uном = 10 кВ |
| Iмакс = 3079 А | Iном = 3150 А | Iном =4000 А |
| Iп,t = 30,8 кА | Iном.откл = 40 кА | - |
| ia,t = 33,66 кА | ia.t.ном==√2· Iном.откл ·β = √2∙40∙0,40 =22,6 кА | - |
×Iп.t + iа.t =
= × 30,8+33,66=77,2 кА ×I ном.откл×(1 + bном) =
| = ×40×(1+0,40) =79,2кА-
| ||
| Iп,о = 35,13 кА | Iдин = 40 кА | - |
| iу = 94,55 кА | iдин = 128 кА | iдин = 180 кА |
| Вк = 35,132∙(0,04+0,185) =278 кА2∙с | IТ2∙tТ =402∙3= 4800 кА2∙с | IТ2∙tT = 712∙4=20164 кА2∙с |
) Выключатель и разъединитель для генераторов ТВС-32У3.
Расчетные токи продолжительного режима определяются по (4.4):
А.
Наибольший рабочий ток присоединения с учетом возможных длительных перегрузок по (4.5):
А.
По каталожным данным выбираем элегазовый выключатель ВГП-10-40/3150 [6].
Данные по выбору сводим в таблицу 4.4.
Таблица 4.4 - Выбор выключателей и разъединителей генераторов ТВС-32У3
| Расчетные данные | Каталожные данные | |
| Выключатель ВГП-10-40/3150 | Разъединитель РВРЗ.1-10/2500У2 | |
| Uуст = 10 кВ | Uном = 10 кВ | Uном = 10 кВ |
| Iмакс = 2425 А | Iном = 3150 А | Iном =2500 А |
| Iп,t = 30,8 кА | Iном.откл = 40 кА | - |
| ia,t = 33,66 кА | ia.t.ном==√2· Iном.откл ·β = √2∙40∙0,40 =22,6 кА | - |
×Iп.t + iа.t =
= × 30,8+33,66=77,2 кА ×I ном.откл×(1 + bном) =
=  ×40×(1+0,40) =79,2кА-
| ||
| Iп,о = 35,13 кА | Iдин = 40 кА | - |
| iу = 94,55 кА | iдин = 128 кА | iдин = 125 кА |
| Вк = 35,132∙(0,04+0,185) =278 кА2∙с | IТ2∙tТ =402∙3= 4800 кА2∙с | IТ2∙tT = 452∙4=8100 кА2∙с |
5) Выключатель и разъединитель, находящиеся за трансформатором собственных нужд ТМНС - 6300/10 на стороне напряжения 10 кВ.
Расчетные токи продолжительного режима определяются по (4.4):
А.
Наибольший рабочий ток присоединения с учетом возможных длительных перегрузок по (4.5):
А.
По каталожным данным выбираем элегазовый выключатель ВГП-10-40/1600 [6].
Данные по выбору сводим в таблицу 4.5.
Таблица 4.5 - Выбор выключателей и разъединителей для трансформатора собственных нужд ТМНС - 6300/10
| Расчетные данные | Каталожные данные | |
| Выключатель ВГП-10-40/1600 | Разъединитель РВ-10/1000У2 | |
| Uуст = 10 кВ | Uном = 10 кВ | Uном = 10 кВ |
| Iмакс = 382 А | Iном = 630 А | Iном =1000 А |
| Iп,t = 30,8 кА | Iном.откл = 40 кА | - |
| ia,t = 33,66 кА | ia.t.ном==√2· Iном.откл ·β = √2∙40∙0,40 =22,6 кА | - |
×Iп.t + iа.t =
= × 30,8+33,66=77,2 кА ×I ном.откл×(1 + bном) =
| = ×40×(1+0,40) =79,2кА-
| ||
| Iп,о = 35,13 кА | Iдин = 40 кА | - |
| iу = 94,55 кА | iдин = 128 кА | iдин = 100 кА |
| Вк = 35,132∙(0,04+0,185) =278 кА2∙с | IТ2∙tТ =402∙3= 4800 кА2∙с | IТ2∙tT = 402∙4=6400 кА2∙с |
) Выключатель и разъединитель, находящиеся за резервным трансформатором собственных нужд ТДНС - 10000/10 на стороне напряжения 10 кВ.
Расчетные токи продолжительного режима определяются по (4.4):
А.
Наибольший рабочий ток присоединения с учетом возможных длительных перегрузок по (4.5):
А.
По справочнику выбираем элегазовый выключатель ВГП-10-40/1600.
Данные по выбору сводим в таблицу 4.6.
Таблица 4.6 - Выбор выключателей и разъединителей для резервного трансформатора собственных нужд ТДНС - 10000/10
| Расчетные данные | Каталожные данные | |
| Выключатель ВГП-10-40/1600 | Разъединитель РВ-10/1000У2 | |
| Uуст = 10 кВ | Uном = 10 кВ | Uном = 10 кВ |
| Iмакс = 606 А | Iном = 630 А | Iном =1000 А |
| Iп,t = 30,8 кА | Iном.откл = 40 кА | - |
| ia,t = 33,66 кА | ia.t.ном==√2· Iном.откл ·β = √2∙40∙0,40 =22,6 кА | - |
×Iп.t + iа.t = × 30,8+33,66=77,2 кА ×I ном.откл×(1 + bном) =
| = ×40×(1+0,40) =79,2кА-
| ||
| Iп,о = 35,13 кА | Iдин = 40 кА | - |
| iу = 94,55 кА | iдин = 128 кА | iдин = 100 кА |
| Вк = 35,132∙(0,04+0,185) =278 кА2∙с | IТ2∙tТ =402∙3= 4800 кА2∙с | IТ2∙tT = 402∙4=6400 кА2∙с |
) Секционный выключатель и разъединитель.
Наибольший рабочий ток присоединения с учетом возможных длительных перегрузок по (4.5):
А.
По каталожным данным выбираем элегазовый выключатель ВГП-10-40/3150 [6].
Данные по выбору сводим в таблицу 4.7.
Таблица 4.7 - Выбор секционных выключателей и разъединителей
| Расчетные данные | Каталожные данные | |
| Выключатель ВГП-10-40/3150 | Разъединитель РВРЗ.2-10/2500У2 | |
| Uуст = 10 кВ | Uном = 10 кВ | Uном = 10 кВ |
| Iмакс = 2425 А | Iном = 3150 А | Iном =2500 А |
| Iп,t = 30,8 кА | Iном.откл = 40 кА | - |
| ia,t = 33,66 кА | ia.t.ном==√2· Iном.откл ·β = √2∙40∙0,40 =22,6 кА | - |
×Iп.t + iа.t =
= × 30,8+33,66=77,2 кА ×I ном.откл×(1 + bном) =
| = ×40×(1+0,40) =79,2кА-
| ||
| Iп,о = 35,13 кА | Iдин = 40 кА | - |
| iу = 94,55 кА | iдин = 128 кА | iдин = 125 кА |
| Вк = 35,132∙(0,04+0,185) =278 кА2∙с | IТ2∙tТ =402∙3= 4800 кА2∙с | IТ2∙tT = 452∙4=8100 кА2∙с |
) Выключатель для кабельных линий и разъединитель для линейного реактора.
Наибольший рабочий ток присоединения с учетом возможных длительных перегрузок по (4.5):
А.
По каталожным данным выбираем вакуумный выключатель BB/TEL-10-20/630У2 [6].
Данные по выбору сводим в таблицу 4.8.
Таблица 4.8 - Выбор выключателя для кабельных линий и разъединитель для линейного реактора
| Расчетные данные | Каталожные данные | |
| Выключатель для КЛЭП BB/TEL-10-20/630У2 | Разъединитель для линейного реактора РВРЗ-III-2-10/2000У3 | |
| Uуст = 10 кВ | Uном = 10 кВ | Uном = 10 кВ |
| Iмакс = 379 А | Iном = 630 А | Iном =2000 А |
| Iп,t = 19,4 кА | Iном.откл = 20 кА | - |
| ia,t = 13,2 кА | ia.t.ном==√2· Iном.откл ·β = √2∙20∙0,40 =11,3 кА | - |
×Iп.t + iа.t =
= × 19,4+13,2=37,7 кА ×I ном.откл×(1 + bном) =
| = ×20×(1+0,40) =39,6кА-
| ||
| Iп,о = 19,4 кА | Iдин = 20 кА | - |
| iу =48,9 кА | iдин = 51 кА | iдин = 85 кА |
| Вк = 19,42∙(0,04+0,045) =32,0 кА2∙с | IТ2∙tТ =202∙3= 1200 кА2∙с | IТ2∙tT = 31,52∙4=3970 кА2∙с |
Выбор разрядников
Для защиты от атмосферных и кратковременных внутренних перенапряжений изоляции оборудования применяют следующие виды разрядников:
РВС - 220 МУ1 (для электрооборудования 220 кВ);
РВС - 35 У1 (для электрооборудования 35 кВ).
