5.6 Пример расчета параметров пвн на полюсах выключателя

Определить параметры ПВН на полюсах линейного выключателя в распределительном устройстве 220 кВ электростанции мощностью 2400 МВт при следующих параметрах элементов:

генераторы: 8300 МВт;

трансформаторы: 5ТДЦ-400000/220; ; 3ТДЦ-400000/110; ;

автотрансформаторы: 2АТДЦТН-200000/220/110; ; ; ;

линии ОРУ 220 кВ: 4 линии длиной 120 км связаны с системой и 2 линии длиной по 50 км идут к потребителям. Индуктивное сопротивление прямой последовательности , сопротивление нулевой последовательности .

Мощность системы , относительное сопротивление системы прямой последовательности ; нулевой - .

Схема КЭС представлена на рисунке 5.11.

Рисунок 5.11 - Принципиальная схема КЭС

Схема замещения прямой последовательности КЭС приведена на рис. 5.12.

Для расчета токов КЗ определим относительные сопротивления всех элементов схемы при ,

, .

;

Рисунок 5.12 - Схема замещения прямой последовательности КЭС

;

;

;

.

Определим ток трехфазного КЗ на шинах ОРУ 220 кВ, для этого преобразуем схему замещения.

;

;

;

;

.

Результирующее сопротивление до точки КЗ равно:

.

Эквивалентная ЭДС равна:

.

Ток трехфазного КЗ равен:

.

Намечаем к установке выключатель типа ВНВ-220. Произведем приближенную проверку выключателя по скорости восстановления напряжения по выражению:

,

где - ток трехфазного КЗ в месте установки выключателя; n ‑ количество линий, не считая поврежденной, отходящих от распределительного устройства, где рассматривается КЗ.

Так как условие не выполняется необходимо произвести уточненный расчет скорости восстановления напряжения на полюсах выключателя.

Произведем дополнительно расчет тока однофазного КЗ, для определения расчетного вида КЗ. Схема замещения нулевой последовательности приведена на рисунке 5.13.

Рисунок 5.13- Схема замещения нулевой последовательности КЭС

;

;

;

.

Преобразуем схему замещения нулевой последовательности:

;

;

Результирующее сопротивление нулевой последовательности до точки КЗ равно:

.

Ток однофазного КЗ равен:

.

Произведем расчет ПВН. Для этого рассчитаем индуктивности, волновые сопротивления и емкости прямой и нулевой последовательностей.

Индуктивности прямой и нулевой последовательности местной электростанции (КЭС) равны:

;

;

где - сопротивление прямой последовательности КЭС; - сопротивление нулевой последовательности КЭС.

Эквивалентные индуктивности схемы при трехфазном и однофазном КЗ в соответствии с (5.15) равны:

;

.

Волновое сопротивление прямой последовательности одноцепной линии определяем из [3], которое для линии напряжением 220 кВ равно

Волновое сопротивление нулевой последовательности одноцепной линии принимается равным

Определим входные сопротивления схемы при трехфазном и однофазном КЗ. Данные сопротивления в соответствии с выражениями (5.13) и (5.18) равны:

;

.

Эквивалентные емкости схемы при трехфазном и однофазном КЗ равны:

;

;

где .

Определим по формуле (5.14) восстанавливающееся напряжение без учета емкости на первом полюсе выключателя, при трехфазном КЗ на землю:

.

При значении напряжение .

Скорость ПВН согласно уравнения (5.16) равна:

.

Определим скорость ПВН при учете емкости. Данная скорость ПВН определяется по уравнению (5.17):

;

где ; .

При значении в соответствии с кривой , рис. 5.4, имеем .

Определим ПВН и скорость его изменения при трехфазном КЗ без учета емкости на первом полюсе выключателя. При трехфазном КЗ и поэтому ПВН на первом полюсе выключателя равно

.

При значении напряжение .

.

С учетом емкости скорость изменения ПВН равна:

,

где ; .

По кривым рисунка 5.4 для  =1,63 находим  =0,83.

Определим величину ПВН и скорость его изменения при однофазном КЗ без учета емкости на первом полюсе выключателя.

.

При значении , напряжение .

.

С учетом емкости скорость изменения напряжения при однофазном КЗ равна:

,

где ; .

Значению  =2,36 по кривым рисунка 5.4 соответствует  =0,89.

Результаты выполненных выше расчетов приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Значения скорости ПВН для различных видов КЗ

Вид короткого замыкания
Отключаемый ток,	31,090	31,090	37,16
Максимальное значение	182,300	426,600	269,00
Скорость ПВН без учета емкости	1,490	1,864	1,98
Скорость ПВН с учетом емкости	0,567	0,950	0,75

Кривые ПВН при различных видах короткого замыкания приведены на рисунке 5.14, а их значения в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Значения ПВН при различных видах КЗ

	100	200	300	330	400	800	1200	1600
	151,0	248,9	311,6	327,1	352,3	413,7	424,3	426,2
	101,9	146,8	166,6	170,4	175,4	182,0	182,3	182,3
	140,2	207,3	239,5	245,9	254,8	268,2	268,9	269,0

Произведем расчет второй стадии переходного процесса. Напряжение второй стадии переходного процесса рассматриваем как волну, распространяющуюся от выключателя по линиям со скоростью

света.

Первую отраженную волну следует ожидать по короткой линии спустя время

Рисунок 5.14 – Кривые ПВН при различных видах КЗ

.

Отраженная волна частично отражается, частично проникает во входное сопротивление и изменяет ПВН на полюсе выключателя. Отраженная волна, проникшая в сопротивление , определяется по формуле:

,

где - при входном сопротивлении схемы равном бесконечности, короткая линия разомкнута на конце;

.

Результаты расчета второй стадии переходного процесса приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3

Значения ПВН второй стадии переходного процесса

	333,3	400,0	600,0	800,0	1000,0	1200,0
	0	41,8	92,5	104,1	106,8	107,4

Кривые ПВН с учетом второй стадии переходного процесса приведены на рисунке 5.15.

Кривую 1а необходимо сопоставить с номинальной характеристикой ПВН выключателя, намеченного к установке.

Принимаем к установке выключатель с номинальным током отключения 40 кА, таблица 10.1 [3]. При однофазном КЗ в точке К1 выключатель линии отключает ток, равный 37,16 кА, что составляет примерно 93% от номинального тока отключения. Поэтому нормированная характеристика ПВН выключателя соответствует 100% тока отключения.

Рисунок 5.15 - Кривые ПВН с учетом второй стадии переходного процесса

Нормированная характеристика ПВН имеет вид ломаной прямой с параметрами .

Так как расчетная кривая ПВН выходит за пределы номинальной характеристики выключателя, необходимо уточнить расчет.

При уточненном расчете считаем, что входное сопротивление станции состоит из активного сопротивления и индуктивного , которые включены параллельно.

Волну, увеличивающую ПВН на полюсе выключателя, при уточненном расчете определим с помощью кривой представленной на рисунке 5.9.

Для определения кривой накладывающегося напряжения, необходимо умножить ординаты вспомогательной кривой на величину ,

где - амплитуда среднего эксплуатационного фазного напряжения; - число линий, не считая поврежденной.

; .

Расчеты кривой сведены в таблицу 5.4

Таблица 5.4

Уточненные значения ПВН второй стадии переходного процесса

	34,00	68	102	136	170	200
	0,25	0,5	0,75	1,0	1,25	1,472
Ординаты кривой	0,20	0,325	0,35	0,375	0,35	0,325
Ординаты кривой умноженные на 75,12 кВ	18,78	24,4	26,3	28,2	26,3	24,4
	238,00	300	400	600
	1,75	2,208	2,945	4,417
Ординаты кривой	0,30	0,25	0,15	0,05
Ординаты кривой умноженные на 75,12 кВ	22,50	18,78	11,3	3,75

Как видно из рисунка 2.15, уточненный расчет, кривая 1б, дает заметное снижение максимума ПВН. Таким образом, выбранный выключатель проходит по скорости восстановления напряжения.