Помощь студентам в учебе
Реконструкция системы оперативного тока подстанции 220/110/10 кВ «Рысаево»
|
Введение 3
1 Анализ действующей системы оперативного тока подстанции «Рысаево» 8
1.1 Главная схема 8
1.2 Щит постоянного тока 10
1.3 Размещение оборудования на щите постоянного тока 14
1.4 Сигнализация щита постоянного тока 16
1.5 Аккумуляторная батарея 16
1.6 Недостатки существующей системы оперативного тока 20
2 Выбор наиболее рационального варианта системы оперативного тока .. 22
2.1 Разновидности систем оперативного тока 22
2.2 Области применения различных систем оперативного тока 24
3 Разработка условий применения новой системы оперативного тока в
условиях подстанции «Рысаево» 44
3.1 Расчет существующей нагрузки 44
3.2 Проверка существующей аккумуляторной батареи 45
3.3 Расчет емкости существующей батареи 47
3.4 Расчет токов короткого замыкания в сети постоянного тока 48
3.5 Выбор новой аккумуляторной батареи 53
3.6 Выбор автоматических выключателей и предохранителей 64
3.7 Проверка силовых кабелей на термическую стойкость 70
3.8 Выбор УЗВ 73
3.9 Этапы проведения реконструкции системы оперативного тока 78
Заключение 80
Список используемых источников 81
Приложение А Схемы оперативного тока ПС 220кВ «Рысаево»
1 Анализ действующей системы оперативного тока подстанции «Рысаево» 8
1.1 Главная схема 8
1.2 Щит постоянного тока 10
1.3 Размещение оборудования на щите постоянного тока 14
1.4 Сигнализация щита постоянного тока 16
1.5 Аккумуляторная батарея 16
1.6 Недостатки существующей системы оперативного тока 20
2 Выбор наиболее рационального варианта системы оперативного тока .. 22
2.1 Разновидности систем оперативного тока 22
2.2 Области применения различных систем оперативного тока 24
3 Разработка условий применения новой системы оперативного тока в
условиях подстанции «Рысаево» 44
3.1 Расчет существующей нагрузки 44
3.2 Проверка существующей аккумуляторной батареи 45
3.3 Расчет емкости существующей батареи 47
3.4 Расчет токов короткого замыкания в сети постоянного тока 48
3.5 Выбор новой аккумуляторной батареи 53
3.6 Выбор автоматических выключателей и предохранителей 64
3.7 Проверка силовых кабелей на термическую стойкость 70
3.8 Выбор УЗВ 73
3.9 Этапы проведения реконструкции системы оперативного тока 78
Заключение 80
Список используемых источников 81
Приложение А Схемы оперативного тока ПС 220кВ «Рысаево»
Одним из основных условий надежного и бесперебойного функционирования устройств РЗА, АСУТП и АИИСКУЭ на подстанциях электроэнергетической системы является организация оптимальной структуры их оперативного питания. Главная особенность обеспечения оперативного питания этих систем заключается в том, что в наши дни на подстанциях происходит установка и развертывание новых типов систем и видов электрооборудования, которые требуют совершенно других подходов относительно существующих. Питание эти системы получают от системы переменного или постоянного оперативного тока подстанции. При этом при проектировании систем оперативного питания должна быть учтена возможность работы подстанции без постоянного нахождения оперативного персонала на ее территории [1].
Достижение установленных стратегических целей электросетевого комплекса в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности может быть обеспечено разработкой технических и организационных мероприятий, направленных на решение ряда задач, среди которых: «внедрение системы мониторинга потребления энергетических ресурсов, а также технологического и экономического эффектов от реализации мероприятий по энергосбережению, а также анализ и внедрение передового опыта и технологий» [1], что невозможно без организации современной и надежной системы оперативного тока на подстанции.
На подстанциях энергосистемы используется множество вторичных электротехнических устройств и механизмов, выполняющих функции по управлению, регулированию электрического режима, релейной защиты и автоматики, автоматизированному учету. Эти системы получают питание от специальных источников питания, которые принято называть источниками оперативного тока. Электрические цепи, которые питают эти системы на подстанции, называются оперативными цепями, а их схемы питания называют схемами оперативного тока.
«Оперативным называется ток, при помощи которого производится управление выключателями, а также питание цепей защит, автоматики и различного вида сигнализации. Кроме того, в период аварийных режимов работы оперативный ток может служить для аварийного освещения и электроснабжения особо ответственных механизмов. Электроустановки оперативного тока обеспечивают управляемость и живучесть электрических станций и подстанций, а, следовательно, и всей энергосистемы.
Источники оперативного тока должны иметь достаточную величину напряжения и мощности во время КЗ и ненормального режима для действия устройств релейной защиты и автоматики, а также для надежного отключения и включения выключателей.
В качестве источника постоянного тока используется аккумуляторные батареи с зарядными устройствами, осуществляющие централизованное питание оперативным током цепей всех присоединений. Ряд стандартных напряжений постоянного оперативного тока: 24, 48, 110 и 220В.
В ряде случаев применяют схемы питания оперативных цепей с использованием различных источников тока. Так, например, при малой мощности аккумуляторной батареи от нее получают питание цепи управления и защиты, а включающие электромагниты - от выпрямительных устройств» [1, 14, 35].
С целью повышения надежности электроснабжения потребителей в системах оперативного тока их распределительную сеть принято делить на отдельные участки, которые получают независимое питание от различных сборных шин аккумуляторных батарей. Кроме того, оперативные цепи должны быть защищены от негативного воздействия токов короткого замыкания при помощи коммутационно-защитных аппаратов, таких как автоматические выключатели или предохранители.
«Наиболее ответственными потребителями являются цепи оперативного тока релейной защиты, автоматики и управления выключателями. Эти цепи питаются от отдельных шинок управления, которые делятся на несколько секций для повышения надежности рубильниками. От шинок управления питания на цепи релейной защиты, автоматики и управления подается через отдельные автоматы или предохранители для каждого выключателя.
Несмотря на то что, аккумуляторные батареи и являются наиболее надежными источниками питания, обеспечивающие необходимые уровни напряжения и мощности вне зависимости от исполнения основной схемы, они в свою очередь являются и самыми дорогими, требующие специальные помещения, зарядные устройства и квалифицированного обслуживания. Поэтому в настоящее время наибольшее распространение получает питание оперативных цепей от источников переменного тока. А постоянный оперативный ток в первую очередь используется на установках, где аккумуляторные батареи требуются как для включения мощных выключателей, так и для ряда других нужд.
Наиболее надежными источниками переменного оперативного тока для работы защит являются трансформаторы тока, обеспечивающие их четкую работу при перегрузках и коротких замыканиях. Трансформаторы напряжения нельзя использовать для питания оперативных цепей отключения, так как при близких трехфазных КЗ напряжение на шинах электроустановки может понизиться настолько, что не сработает отключающая катушка привода выключателя.
По этой причине трансформаторы напряжения используются для питания тех защит, которые действуют при режимах, не связанных со значительным понижением напряжения на шинах. От трансформаторов собственных нужд получают питание устройства и цепи, для которых не требуется особая стабильность подводимого напряжения и допускаются временные перерывы в подаче питания» [2, 15, 34].
Источники выпрямленного тока можно разделить на три основные группы, это источники: для зарядки и подзаряди аккумуляторных батарей; для питания цепей управления, защиты, автоматики и сигнализации; для включающих электромагнитов приводов высоковольтных выключателей. К этой группе принято также относить заранее заряженные от выпрямителей конденсаторы.
«В настоящее время на электрических станциях и подстанциях происходит замена традиционных средств релейной защиты и противоаварийной автоматики на микропроцессорные. Изменение состава электроприемников постоянного тока требует пересмотра требований к отключающим защитным аппаратам. Значительно усиливаются требования к качеству питания и электромагнитной совместимости электроприемников и систем питания.
Традиционные принципы построения сети оперативного постоянного тока не отвечают возросшим требованиям» [2].
Актуальность работы обусловлена тем, что подстанция «Рысаево» была введена в техническую эксплуатацию в 1975 году и по прошествии стольких лет установленное на ней электрооборудование успело устареть как технически, так и морально. Установка нового электрооборудования, позволит повысить надежность подстанции, следовательно, и всей электроэнергетической системы.
В связи с заменой двух автотрансформаторов (АТ) мощностью 200 МВА на АТ мощностью 250 МВА на ПС 220 кВ «Рысаево» предполагается ввод новых присоединений, подключенных к щиту постоянного тока. При реконструкции релейной защиты электромеханические реле будут заменены на микропроцессорные устройства релейной защиты (МУРЗ). В настоящее время внедрение микропроцессорных устройств является главным направлением развития и модернизации устройств релейной защиты. Кроме реализации основных функций по обеспечению защиты элементов электроэнергетических систем современные микропроцессорные устройства обладают дополнительными функциями по отслеживанию и регистрации возникновения и протекания аварийных событий.
Целью работы является повышение энергетической эффективности путем обеспечения надежности системы оперативного тока на подстанции 220 кВ «Рысаево».
Поставленная цель достигается решением следующих задач, которые поставлены в данной работе:
- Анализ действующей системы оперативного тока подстанции «Рысаево».
- Выбор наиболее рационального варианта системы оперативного тока.
- Разработка условий применения новой системы оперативного тока в условиях подстанции «Рысаево».
Достижение установленных стратегических целей электросетевого комплекса в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности может быть обеспечено разработкой технических и организационных мероприятий, направленных на решение ряда задач, среди которых: «внедрение системы мониторинга потребления энергетических ресурсов, а также технологического и экономического эффектов от реализации мероприятий по энергосбережению, а также анализ и внедрение передового опыта и технологий» [1], что невозможно без организации современной и надежной системы оперативного тока на подстанции.
На подстанциях энергосистемы используется множество вторичных электротехнических устройств и механизмов, выполняющих функции по управлению, регулированию электрического режима, релейной защиты и автоматики, автоматизированному учету. Эти системы получают питание от специальных источников питания, которые принято называть источниками оперативного тока. Электрические цепи, которые питают эти системы на подстанции, называются оперативными цепями, а их схемы питания называют схемами оперативного тока.
«Оперативным называется ток, при помощи которого производится управление выключателями, а также питание цепей защит, автоматики и различного вида сигнализации. Кроме того, в период аварийных режимов работы оперативный ток может служить для аварийного освещения и электроснабжения особо ответственных механизмов. Электроустановки оперативного тока обеспечивают управляемость и живучесть электрических станций и подстанций, а, следовательно, и всей энергосистемы.
Источники оперативного тока должны иметь достаточную величину напряжения и мощности во время КЗ и ненормального режима для действия устройств релейной защиты и автоматики, а также для надежного отключения и включения выключателей.
В качестве источника постоянного тока используется аккумуляторные батареи с зарядными устройствами, осуществляющие централизованное питание оперативным током цепей всех присоединений. Ряд стандартных напряжений постоянного оперативного тока: 24, 48, 110 и 220В.
В ряде случаев применяют схемы питания оперативных цепей с использованием различных источников тока. Так, например, при малой мощности аккумуляторной батареи от нее получают питание цепи управления и защиты, а включающие электромагниты - от выпрямительных устройств» [1, 14, 35].
С целью повышения надежности электроснабжения потребителей в системах оперативного тока их распределительную сеть принято делить на отдельные участки, которые получают независимое питание от различных сборных шин аккумуляторных батарей. Кроме того, оперативные цепи должны быть защищены от негативного воздействия токов короткого замыкания при помощи коммутационно-защитных аппаратов, таких как автоматические выключатели или предохранители.
«Наиболее ответственными потребителями являются цепи оперативного тока релейной защиты, автоматики и управления выключателями. Эти цепи питаются от отдельных шинок управления, которые делятся на несколько секций для повышения надежности рубильниками. От шинок управления питания на цепи релейной защиты, автоматики и управления подается через отдельные автоматы или предохранители для каждого выключателя.
Несмотря на то что, аккумуляторные батареи и являются наиболее надежными источниками питания, обеспечивающие необходимые уровни напряжения и мощности вне зависимости от исполнения основной схемы, они в свою очередь являются и самыми дорогими, требующие специальные помещения, зарядные устройства и квалифицированного обслуживания. Поэтому в настоящее время наибольшее распространение получает питание оперативных цепей от источников переменного тока. А постоянный оперативный ток в первую очередь используется на установках, где аккумуляторные батареи требуются как для включения мощных выключателей, так и для ряда других нужд.
Наиболее надежными источниками переменного оперативного тока для работы защит являются трансформаторы тока, обеспечивающие их четкую работу при перегрузках и коротких замыканиях. Трансформаторы напряжения нельзя использовать для питания оперативных цепей отключения, так как при близких трехфазных КЗ напряжение на шинах электроустановки может понизиться настолько, что не сработает отключающая катушка привода выключателя.
По этой причине трансформаторы напряжения используются для питания тех защит, которые действуют при режимах, не связанных со значительным понижением напряжения на шинах. От трансформаторов собственных нужд получают питание устройства и цепи, для которых не требуется особая стабильность подводимого напряжения и допускаются временные перерывы в подаче питания» [2, 15, 34].
Источники выпрямленного тока можно разделить на три основные группы, это источники: для зарядки и подзаряди аккумуляторных батарей; для питания цепей управления, защиты, автоматики и сигнализации; для включающих электромагнитов приводов высоковольтных выключателей. К этой группе принято также относить заранее заряженные от выпрямителей конденсаторы.
«В настоящее время на электрических станциях и подстанциях происходит замена традиционных средств релейной защиты и противоаварийной автоматики на микропроцессорные. Изменение состава электроприемников постоянного тока требует пересмотра требований к отключающим защитным аппаратам. Значительно усиливаются требования к качеству питания и электромагнитной совместимости электроприемников и систем питания.
Традиционные принципы построения сети оперативного постоянного тока не отвечают возросшим требованиям» [2].
Актуальность работы обусловлена тем, что подстанция «Рысаево» была введена в техническую эксплуатацию в 1975 году и по прошествии стольких лет установленное на ней электрооборудование успело устареть как технически, так и морально. Установка нового электрооборудования, позволит повысить надежность подстанции, следовательно, и всей электроэнергетической системы.
В связи с заменой двух автотрансформаторов (АТ) мощностью 200 МВА на АТ мощностью 250 МВА на ПС 220 кВ «Рысаево» предполагается ввод новых присоединений, подключенных к щиту постоянного тока. При реконструкции релейной защиты электромеханические реле будут заменены на микропроцессорные устройства релейной защиты (МУРЗ). В настоящее время внедрение микропроцессорных устройств является главным направлением развития и модернизации устройств релейной защиты. Кроме реализации основных функций по обеспечению защиты элементов электроэнергетических систем современные микропроцессорные устройства обладают дополнительными функциями по отслеживанию и регистрации возникновения и протекания аварийных событий.
Целью работы является повышение энергетической эффективности путем обеспечения надежности системы оперативного тока на подстанции 220 кВ «Рысаево».
Поставленная цель достигается решением следующих задач, которые поставлены в данной работе:
- Анализ действующей системы оперативного тока подстанции «Рысаево».
- Выбор наиболее рационального варианта системы оперативного тока.
- Разработка условий применения новой системы оперативного тока в условиях подстанции «Рысаево».
На основе анализа существующей системы оперативного тока выявлено, что установленное оборудование устарело и не отвечает современным требованиям.
Произведен анализ возможности применения на подстанции различных систем оперативного тока. Определено, что наиболее надежной и экономически выгодной будет применение системы постоянного оперативного тока. При разработке новой схемы постоянного оперативного тока учтены основные нормативные требования ОАО «ФСК ЕЭС» к системе оперативного тока.
На основе анализа известных методов произведена оценка влияния высших гармоник на время срабатывания МУРЗ, последствия воздействия электромагнитных возмущений со стороны питающей сети на работу МУРЗ, определены методы уменьшения их воздействия на МУРЗ. При исследовании микропроцессорного реле напряжения с зависимой выдержкой времени установлено, что эта выдержка в сильной степени зависит от третьей гармоники напряжения.
Расчетным путем доказана необходимость замены существующей аккумуляторной батареи. В случае увеличения времени на ликвидацию аварии, элементы аккумуляторной батареи разрядятся и их емкости не хватит во время второго толчка.
Произведены расчеты по выбору оптимального оборудования для системы оперативного тока ПС «Рысаево». Взамен старой аккумуляторной батареи 6ССАП600 будут установлены две батареи 5 GROE 500, предохранители марки NS-SI, автоматические выключатели марки S-US-Z4, кабели ВВГЭнг-LS, УЗВ HPT.60.220 XET. Установка новых батарей снизит риск аварии на 40%.
Определены этапы проведения реконструкции системы оперативного тока, позволяющие провести замену оборудования без остановки подстанции.
Произведен анализ возможности применения на подстанции различных систем оперативного тока. Определено, что наиболее надежной и экономически выгодной будет применение системы постоянного оперативного тока. При разработке новой схемы постоянного оперативного тока учтены основные нормативные требования ОАО «ФСК ЕЭС» к системе оперативного тока.
На основе анализа известных методов произведена оценка влияния высших гармоник на время срабатывания МУРЗ, последствия воздействия электромагнитных возмущений со стороны питающей сети на работу МУРЗ, определены методы уменьшения их воздействия на МУРЗ. При исследовании микропроцессорного реле напряжения с зависимой выдержкой времени установлено, что эта выдержка в сильной степени зависит от третьей гармоники напряжения.
Расчетным путем доказана необходимость замены существующей аккумуляторной батареи. В случае увеличения времени на ликвидацию аварии, элементы аккумуляторной батареи разрядятся и их емкости не хватит во время второго толчка.
Произведены расчеты по выбору оптимального оборудования для системы оперативного тока ПС «Рысаево». Взамен старой аккумуляторной батареи 6ССАП600 будут установлены две батареи 5 GROE 500, предохранители марки NS-SI, автоматические выключатели марки S-US-Z4, кабели ВВГЭнг-LS, УЗВ HPT.60.220 XET. Установка новых батарей снизит риск аварии на 40%.
Определены этапы проведения реконструкции системы оперативного тока, позволяющие провести замену оборудования без остановки подстанции.