Пример проверки выключателей по отключающей способности

Выбрать и проверить по отключающей способности с учетом параметров восстанавливающегося напряжения выключатели в схеме рис 6-1.

Рисунок 6-1.

Генераторы (4 штуки):

ТВВ-200; S_н=235,3 МВА; U_н=15,75 кВ; х_d^”= 0,1805

С_3ф=0,685.

Трансформаторы Т:

ТДЦ-250000/220; U_нн=15,75 кВ; u_k=11%.

Трансформатор Т1 (резервный трансформатор собственных нужд):

ТРДН-32000/220; U_нн=6,3 кВ; u_k=11,5%.

Линии электропередач:

6 воздушных ЛЭП 220 кВ по 100 км каждая; х_уд⁽¹⁾=0,4 Ом/км; х_уд⁽⁰⁾=2·х_уд⁽¹⁾=0,8 Ом/км.

Система:

S=10000 МВА; х_с⁽¹⁾=4,84 Ом; х_с⁽⁰⁾=2·х_с⁽¹⁾=9,68 Ом; х⁽¹⁾, х⁽⁰⁾ – сопротивления в расчетных схемах прямой и обратной последовательности.

Выключатель Q1. Выбирается по условиям длительной работы и проверяется по условиям отключения трехфазного короткого замыкания на выводах со стороны генератора (точка К-1 на рис.6-1). I_п,о=65,5 кА.

Претенденты : МГУ-20-90/9500 ценой 4,84 тыс. руб. [6];

ВВГ-20-160/12500 ценой 30,5 тыс. руб.

Соотношения I_п,о/I_н,отк=65,5/90=0,73 » 1,0 для МГУ; 65,5/160=0,41 » 0,6 для ВВГ и сведения из ГОСТ 687-78 (табл.10-1 [3], например) позволяют построить график гарантированного восстановления прочности дугогасящего промежутка первогасящей фазы или хотя бы оценить допустимую величину средней скорости восстановления напряжения. Для МГУ U_доп=0,5 кВ/мкс и U_с=30 кВ, для ВВГ соответственно 1,25 кВ/мкс и 32 кВ.

Схема замещения для расчета восстанавливающегося напряжения представлена на рисунке 6-2. Индуктивность в ней обусловлена всей системой и определяется по выражению

Рисунок 6-2.

Гн.

Емкость С складывается из емкостей [3]:

-силового трансформатора

С_Т= ·0,5·10^-9 Ф = ·0,5·10^-9=3,2·10^-9;

-измерительных трансформаторов тока и напряжения

С_ТТ=С_ТН=0,5·10^-9 Ф;

-силового выключателя и разъединителя

С_В=С_Р=0,1·10^-9 Ф;

-шинного моста ( токопровода ТЭКНЕ-20-10000-300) длиной 50 м

С_Ш »3,2·10^-9 Ф.

С=7,6·10^-9 Ф.

Сопротивление r в основном определяется шунтирующими дугогасительный промежуток резисторами и другими подобными элементами. Выключатель типа МГУ не имеет шунтирующих сопротивлений, поэтому для него r → ¥ и восстанавливающее напряжение

U_в » E_m·[1-cos(w₀·t)];

E_m= ·I_п,о·w··L= ·65,5·314·4,4·10^-4=12,9 кВ;

рад/с;

Гц.

Наибольшее значение восстанавливающего напряжения

U_вmax=к_а·Em=2·12,9=25,8 кВ.

Средняя скорость восстановления напряжения на участке первого его пика

U_ср=2·f₀·U_вmax=2·8,7·10⁴·25,8=4,5 кВ/мкс > U_доп=0,5 кВ/мкс.

Выключатель МГУ-20-90/9500 не проходит по отключающей способности.

Выключатель ВВГ-20 имеет сопротивления, шунтирующие его дугогасительные контакты.

R_ш=5,0 Ом; принимается r=R_ш. Показатель затухания переходного процесса при этом

Поэтому восстанавливающееся напряжение экспоненциально

U_в»E_m·(1-e^-r·t/L)

и имеет скорость изменения

,

наибольшее значение этой скорости

U_max= кВ/мкс.

Здесь даже U_max<U_доп=0,5 кВ/мкс и выключатель ВВГ-20-160/12500 проходит по отключающей способности.

Выключатели ГУ-220 кВ выбираются одинаковыми. В длительном режиме наибольшую нагрузку несут выключатели блоков (I_раб » 650 А), наибольший ток к.з. отключают выключатели пассивных присоединений (например, выключатель Q4 при к.з. в точке К-2). С точки зрения восстановления напряжения интерес представляют:

- отключение выключателем Q4 к.з. в точке К-2 (к.з. на выводах самого нагруженного выключателя);

- отключение выключателем Q2 к.з. в точке К-1 (к.з. за силовым трансформатором);

- отключение выключателем Q3 к.з. в точке К-3 (неудаленное к.з.).

Сеть 220 кВ имеет большие токи замыкания на землю. Условия отключения однофазного к.з. здесь могут быть столь же тяжелыми, что и трехфазного и потому следует рассчитывать токи к.з. и параметры восстанавливающегося напряжения в обоих случаях. На рисунке 6-3 представлены свернутые к точке К-2 схемы замещения всей системы для токов прямого (а) и нулевого (б) следования фаз. Величины сопротивлений определены при S_б=1000 МВА (U_б=230 кВ; I_б=2,5 кА).

Рисунок 6-3.

Ток трехфазного к.з.

кА,

ток однофазного к.з.

кА.

Для расчета параметров восстанавливающегося напряжения необходимо знать величины:

- волновых сопротивлений ЛЭП:

прямой последовательности z₁=955·x_уд⁽¹⁾=955·0,4=382 Ом,

нулевой последовательности z₀=955·х_уд⁽⁰⁾=955·0,8=764 Ом;

- индуктивности обобщенного блока (n_б – число блоков):

прямой последовательности

Гн,

нулевой последовательности

Гн;

- емкости оборудования, подключенного к шинам РУ (n_л – число ЛЭП),

С » n_б·С_Т+(n_б+n_л)·(С_В+С_ТТ+2·С_Р)+С_Ш+2·С_ТН=

=[4·3,2+(4+6)·(0,1+0,5+2·0,1)+0,11+2·0,5]·10^-9=2,3·10^-8 Ф.

Наибольшие значения тока в длительном режиме (650 А), тока к.з. (20,4 кА) и сравнительная оценка стоимости выключателей 220 кВ позволяют наметить для установки в этом РУ выключатель типа ВВБ-220-31,5/2000. Для него I_п,о/I_н,отк=20,4/31,5=0,65 » 1,0. Нормированные ГОСТ 687-78 параметры гарантированного восстановления прочности здесь определяются тремя точками, имеющими координаты 1) 0;0 2) t₁;U₁ 3) t₂;U₂.

Причем, U₁=К_пг· ·U_раб,max / ; U₂=К_а·U₁,

где К_пг – коэффициент первогасящей фазы;

К_а – коэффициент превышения максимального переходного восстанавливающегося напряжения над амплитудой возвращающегося напряжения.

В рассматриваемом примере (см., например, табл.10-2 [3])

t₁=222 мкс; U₁=1,3· ·252=268 кВ;

t₂=3·222=666 мкс ; U₂=1,4·268=375 кВ,

U_доп=U₁/t₁=268/222=1,2 кВ/мкс.

Итак, отключение к.з. на выводах наиболее нагруженного выключателя (выключатель Q4, точка к.з. К-2, рисунок 6-1).

а) трехфазное к.з. Схема замещения для расчета процесса восстановления напряжения представлена на рисунке 6-2.

Ее параметры:

Ом;

Гн;

С=2,3·10^-8 Ф; d=2·76,4· =0,13 < 1,

поэтому процесс восстановления напряжения – экспоненциальный, при

E_m= ·20,4·314·3,2·10^-2=290 кВ; U_в » 290·(1- ).

Начальная скорость восстановления напряжения

U_max=76,4·290·10^-6/3,2·10^-2=0,69 кВ/мкс < U_доп=1,2 кВ/мкс.

Выключатель ВВБ-220-31,5/2000 справляется с отключением тока трехфазного к.з. на его выводах.

б) однофазное к.з. Схема замещения для расчета процесса восстановления напряжения представлена на рисунке 6-4.

Она имеет следующие параметры:

;

L=²/₃·L₁=²/₃·5,09·10^-2=3,4·10^-2 Гн; С=³/₂·С₁=³/₂·2,3·10^-8=3,4·10^-8 Ф;

Ом; L¢=L₀/3=1,86·10^-2/3=6,2·10^-3 Гн;

С¢=3·С₀=3·2,3·10^-8=6,9·10^-8 Ф.

Рисунок 6-4.

Показатели затухания переходного процесса в обеих половинках схемы рисунок 6-4 (d и d¢) меньше единицы. Следовательно, в обеих половинках идет экспоненциальный процесс восстановления напряжения. Между дугогасительными контактами выключателя процесс восстановления напряжения идет по закону:

U_в= ·I_п,о·w·[L·(1-e^-rt/L)+L¢·(1-e^-r¢t/L)].

Наибольшая скорость его изменения

U_max= ·I_п,о·w·(r+r¢)=2·20,2·314·(42,4+21,2)·10-6=0,57 кВ/мкс.

Условия отключения однофазного к.з. в этом случае оказались чуть более легкими, чем трехфазного.

Отключение к.з. за силовым трансформатором (выключатель Q2, точка к.з. К-1 на рисунке6-1). Трехфазное к.з. имеет I_п,о=4,5 кА. Для выбранного выключателя I_п,о/I_н,отк=4,5/31,5=0,14 < 0,3. Параметры гарантированного восстановления прочности по ГОСТ 687-78:

t₁=0,2·t_1,100=0,2·222=44,4 мкс; U₁=268 кВ; t₂=3·t₁=3·44,4=133 мкс.

U_c=1,5·268=402 кВ; U_доп=268/44,4=6,0 кВ/мкс.

Схема замещения для расчета восстанавливающегося напряжения имеет вид, представленный на рисунке 6-4. Ее параметры:

Гн;

Гн;

r=76,4 Ом; L= Гн; С=2,3·10^-8 Ф; r¢→ ¥; С¢=С_Т=3,2·10^-9 Ф; L¢=L_Т= Гн.

Восстанавливающее на Q2 напряжение

U_в=U_ш+U_Т ,

где U_ш – напряжение на контакте со стороны сборных шин,

U_Т– напряжение на контакте со стороны трансформатора.

Показатель затухания со стороны сборных шин d=0,11 < 1.