83 тм-т2
Руководящие указания по организации системы оперативного постоянного тока на подстанциях 110 кВ и выше. Этап II. Расчеты системы оперативного постоянного тока для ПС 110 - 220 кВ

Открытое акционерное общество “Институт “Энергосетьпроект”

Проектаонизыскательекий и научно-исследовательский институт по проектированию энергетических систем и электрических сетей

Руководящие указания

по организации системы оперативного постоянного тока на подстанциях 110 кВ и выше Этап II

Расчеты системы оперативного постоянного тока для ПС ПО- 220 кВ № 83тм-т2

Москва. 1998 г.

83тм-т2

Нижний уровень защиты реализуется АВ без специальной выдержки времени, собственное время отключения которых может находиться в пределах (20 - 50) мс, но не менее 5 мс. Величина 5 мс используется как время, обеспечивающее отстройку от броска емкостного тока при замыкании на землю в системе ОПТ. Наиболее подходящие технические данные из отечественных автоматических выключателей имеют автоматические выключатели типов АП50Б и ВА19-29. Некоторые их характеристики помещены в таблице 1.

Технические характеристики автоматических выключателей

Таблица 1

Номинальный ток максимального расцепителя тока 1цом.р, А 1,6 2,5 4,0 6,3 10 16 25 40 50 63 АП 50Б Уставка по току срабатывания в зоне токов КЗ, кратная номинальному току расцепителя Ку 3,5; 10 Предельная коммутационная способность выключателя Ijnax дон АВ) КА 0,5 0,7 1,0 1,4 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 4,0

83тм-т2

ройства защиты с учетом однофункциональных реле.

Таблица 2

Тип автоматического выключателя Наименование параметра ВА93-33 А 3790С Номинальное напряжение постоянного тока, В 440 Номинальный ток максимального расцепителя (номинальный ток выключателя) 1„ом.р, А 40; 50; 80; 100; 125; 160 250; 400; 630 Уставка по току полупроводникового расцепителя, кратная 1„ом.„ 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1 0,63; 0,8; 1,0 Калибруемое значение номинального рабочего тока полупроводникового расцепителя, 1„ом.р, А — 160; 200; 250 250; 320; 400 400; 500; 630 Калибруемое значение уставки полупроводникового расцепителя по току срабатывания, кратное 1ном.р в зоне токов КЗ, Kv 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 10 2; 4; 6 Калибруемое значение уставки полупроводникового расцепителя по времени срабатывания в зоне токов КЗ, с 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4 ОД; 0,25 Уставка по току срабатывания полупроводникового расцепителя в зоне перегрузки, кратная 1„ом.в 1,25 1,25

Имеются случаи проектирования для присоединений 110 кВ и выше микропроцессорных устройств РЗА зарубежных фирм (ABB, Siemens, GEC Alsthom).

В таблице 3 приведены сведения о потреблении по цепям постоянного тока некоторых устройств РЗА.

83тм-т2

Потребление по цепям оперативного постоянного тока (при U=220B) некоторых устройств РЗА

Таблица 3

Тип устройства РЗА Потребление в нормальном режиме, А I Потребление в услови- 1 1 ях срабатывания, А ДФЗ 201 0.7 2.13 ЭПЗ-1636 0.5 1.68 ПЭ-21105 1.2 1.2 УРОВ, общий для секц. шин 0.05 0.25 ШДЭ2801 0.32 0.45 ШДЭ 2802 0.66 0.66 ПДЭ 2802 0.37 0.86 ПДЭ 2001 0.9 1.14 ПДЭ 2002 1.05 1.27 ПДЭ 2003 1.14 1.59 ПДЭ 2004 1.8 1.8 ПДЭ 2005 0.82 1.14 ПДЭ 2006 1.14 1.36 Ш 2101 0.59 0.86 Ш 2102 0.59 0.86 Ш 2103 0.59 0.86 ШЭ 2106 0.59 0.86 ШЭ 2107 0.59 0.86 ШЭ 2108 0.59 0.86 ШЭ 2113 0.59 0.86 АКГ1Л 1.14 1.14 АЛАР 1.14 1.14 АОПН 1.14 1.14 ФОЛ 1.14 1.14

83тм-т2

Продолжение табл. 3

Тип устройства РЗА Потребление в нормальном режиме, Вт/А Потребление в условиях срабатывания, Вт/А REL501 14/0.06 30/0.14 REL511 14/0.06 30/0.14 REL531 14/0.06 30/0.14 REL551 14/0.06 30/0.14 REL561 20 / 0.09 30/0.14 REB 551 14/0.06 30/0.14 7SA513 15/0.07 25/0.11

83тм-т2

2. ВЫБОР СХЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ПОДСТАНЦИЯХ С ОДНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ

Система ОПТ на ПС с одной АБ должна иметь, как правило, два независимых канала питания потребителей постоянного тока на ПС. Каждый канал ОПТ начинается от выводов АБ, которые соединены кабелем с АВ верхнего уровня защиты (головные АВ), расположенными на ЩПТ (см. черт. 1-3 из [5]). Каждая группа головных АВ защищает секции главных шинок своего канала (±ЕС щпт), от которых через АВ среднего уровня защиты питаются секции шинок на щите управления (±ЕС ОПУ), на щите релейной защиты и автоматики (±ЕС ЩРЗ), в ЗРУ (±ЕС ЗРУ). Кроме указанного, по каждому из каналов ОПТ питаются цепи электромагнитов включения выключателей через шинки ±EY ОРУ(ЗРУ).

Учитывая, что все элементы электрических сетей (линии, трансформаторы) имеют, как правило, два комплекта устройств релейной защиты (основные и резервные) и малое потребление, то достаточно иметь две секции шинок на щите РЗА, а также и в ЗРУ - по одной от каждого канала ОПТ.

Двух секций шинок (по одной от каждого канала) достаточно для питания электромагнитов включения выключателей в ЗРУ или на ОПУ, учитывая, что больше двух выключателей одновременно в ЗРУ или на ОРУ не включается.

Разделение шинок среднего уровня защиты на шинки управления (±ЕС ОПУ) и шинки РЗА (±ЕС ЩРЗ) имеет следующие преимущества:

■    цепи питания устройств РЗА не выходят за пределы закрытого помещения, что уменьшает вероятность их повреждения;

■    может быть выбрано разное количество секций шинок РЗА и шинок управления;

наиболее рационально, чтобы толчковый ток с одной секции управления не превышал 100-150 А, что при большом количестве одновременно отключаемых выключателей с большими токами отключения позволит получить наиболее

83тм-т2

экономичное сечение кабелей от ОПУ до приводов выключателей, обеспечив при этом селективность и резервирование.

Количество секций шинок, питающих цепи управления выключателей зависит от величины толчкового тока при одновременном отключении группы выключателей.

Расчеты показывают, что величина толчкового тока одной секции, определяющая экономически целесообразное сечение кабеля от ОПУ до привода выключателя, находится в пределах (100-150)А, что позволяет питать одновременно электромагниты отключения трех выключателей типа ВНВ или двух выключателей типа ВВБ (ВВБК). Из условия надежности наименьшее количество секций шинок управления равно двум (по одной секции от каждого канала).

При толчковых токах, превышающих указанные выше величины, количество секций шинок управления можно определить по формуле

где N_c - число секций в системе ОПТ;

т_откл s - общее число одновременно отключаемых выключателей (зависит от схемы ОРУ и типа выключателей);

тоткп.доп - допустимое число одновременно отключаемых выключателей, цепи управления которых питаются от одной секции ± ЕС ОПУ.

А доп с    \

^отклхюп т    5    \~/

¹ ОП1КЛ

h доп. с - допустимая величина толчкового тока одной секции шинок ОПТ; принимается равной 100-150 А;

1_откл - ток отключения одного выключателя (см. табл. 1 из [5]).

Так, например, для ОРУ 220 кВ с выключателями типа ВВБ-220, схемой «Две рабочие и обходная системы шин» при четырнадцати присоединениях и

83тм-т2

током отключения выключателя 1_отт = 60 А, число секций шинок управления в системе ОПТ определяется по выражению (2) следующим образом.

К = 14 / 2 = 7, при т_откл,_доп = 120 / 60 = 2.

Предусматриваем восемь секций по четыре секции шинок управления от каждого канала ОПТ.

Если в рассматриваемом примере ОРУ 220 кВ имеет схему «Одна рабочая секционированная выключателем и обходная системы шин», одновременно могут отключиться только восемь выключателей при действии защиты шин (семь присоединений и секционный выключатель).

В этом случае N_c = 8/2 = 4 секции (по две секции от каждого канала

ОПТ).

От каждой секции ОПТ могут питаться цепи управления четырех выключателей: двух выключателей - от I секции шин 220 кВ и двух - от П секции шин 220 кВ. Указанное возможно, поскольку одновременно КЗ на обеих системах шин практически быть не может.

3. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СИСТЕМЕ

ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА

3.1. Общие положения

Расчет токов КЗ в системе ОПТ необходим для выбора устройств защиты (автоматических выключателей или предохранителей) верхнего, среднего и нижнего уровней сети постоянного тока.

Расчеты выполняются в соответствии с [1], где в Приложении 5 дана упрощенная методика расчета начального тока КЗ в цепи аккумуляторной батареи, а также последними работами СибОРГРЭС (М.А.Шиша) по уточнению методики расчета с учетом сопротивления дуги в месте КЗ [2].

На рис. 1 показана зависимость величины коэффициента снижения тока металлического КЗ К_с от сопротивления цепи короткого замыкания R ’_кз.

Ток металлического КЗ определяется по выражению

^ЕРас _ Е_рас-П ^ЕКЗ м Rab ⁺ ЕКЗ.

а ток КЗ с учетом сопротивления дуги - по выражению

где Е_Расч - расчетная э.д.с. одного элемента; п - количество элементов аккумуляторной батареи;

К_с - коэффициент снижения тока короткого замыкания, учитывающий сопротивление дуги в месте КЗ; определяется по кривой на рис. 1 в зависимости от сопротивления цепи КЗ (при Я_КЗЛ1 = 600 мОм, К_с = 0,77);

R.4E - внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи;

R-кз.и - сопротивление всей цепи металлического короткого замыкания;

R кз м - сопротивление внешней цепи металлического короткого замыка

ния.

АННОТАЦИЯ

Настоящий том 2 работы содержит указания по выбору структуры системы оперативного постоянного тока (ОПТ) на ПС 110-220 кВ с одной аккумуляторной батареей, выбор параметров автоматических выключателей, осуществляющих защиту элементов системы ОПТ, выбор минимально возможных сечений кабелей при обеспечении чувствительности, селективности и резервирования в системе ОПТ. В работе также содержатся указания по оптимальному распределению нагрузки между каналами питания и секциями шинок, обеспечивающие необходимую надежность в системе ОПТ ПС.

83тм-т2

^RK3 ju ⁼ Аш +    ,,    (6)

Сопротивление внешней цепи КЗ определяется как суммарное сопротивление ошиновки АБ, кабелей, катушек и контактов АВ, рубильников, контактных соединений

^RK3 л! = Кш + ^RK6 + ^RAB + ^Rkc руб + Коит »    (7)

где R_om - сопротивление ошиновки аккумуляторной батареи;

К_кб - сопротивление петли кабеля,

В общем случае имеется три группы кабелей :

R_k6i - кабели от выводов аккумуляторной батареи до щита постоянного тока (верхний уровень системы ОПТ);

R_K62 - кабели от щита постоянного тока до шинок управления в ОПУ, или до шинок, питающих устройства РЗА на щите РЗА, или до шинок РЗА и управления в ЗРУ, или до шинок, питающих электромагниты включения в ЗРУ или ОРУ ( средний уровень системы ОПТ);

R_K63 - кабели от шинок среднего уровня системы ОПТ до конкретных потребителей (устройств РЗА, приводов выключателей, подзарядного устройства и т.д.) (нижний уровень системы ОПТ);

Rab - суммарное сопротивление токовых катушек АВ и переходных сопротивлений контактов R_M = R_nn!AB+R_KCAB (см. табл.З из [5]);

Яке руб - сопротивление контактной системы рубильника (см. табл. 3 из

[5]);

Rkoiwi - переходное сопротивление контактов.

Расчетная э.д.с. одного элемента АБ Е_расч определяется в зависимости от сопротивления петли КЗ.

В выражениях (4), (5) Е_раСч и Rae - это расчетные величины, которые нелинейно зависят от тока, протекающего через аккумуляторную батарею. В свою очередь этот ток зависит от сопротивления, на которое замкнута аккумулятор-

•S3tm-t2    3

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Состав проекта......................................................................................................7

Введение...............................................................................................................8

1.    Общие положения............................................................................................9

2.    Выбор системы оперативного постоянного тока на

подстанциях с одной аккумуляторной батареей..........................................15

3.    Расчет токов короткого замыкания в системе

оперативного постоянного тока...................................................................18

3.1.    Общие положения.......................................... 18

3.2.    Расчет токов при КЗ на верхнем уровне защиты

(на главных шинках щита постоянного тока).......................................21

3.3.    Расчет токов при КЗ на среднем уровне защиты.................................22

3.4.    Расчет токов при КЗ на нижнем уровне защиты..................................22

4.    Выбор автоматических выключателей нижнего

уровня защиты..............................................................................................24

4.1.    Общие положения..................................................................................24

4.2.    Выбор автоматических выключателей для защиты цепей электромагнитов включения масляных

выключателей........................................................................................25

4.3.    Пример выбора автоматических выключателей

для защиты устройств РЗА.....................................................................27

4.4.    Пример выбора автоматических выключателей для защиты

цепей управления воздушных выключателей.......................................27

4.5.    Пример выбора автоматических выключателей

для защиты цепей электромагнитов включения масляных выключателей............................................................................ 28

4.6.    Пример выбора автоматического выключателя

83тм~т2    4

для защиты кабеля подключения подзарядного устройства

к шинкам ± ЕС щита постоянного тока.................. 28

4.7. Проверка автоматических выключателей нижнего

уровня защиты на несрабатывание от броска емкостного

тока.................................................................... 29

5.    Выбор автоматических выключателей среднего

уровня защиты..................................................................... 31

5.1.    Общие положения..................................................................................31

5.2.    Выбор автоматических выключателей для защиты

шинок питания устройств РЗА на щите релейной защиты.................32

5.3.    Выбор автоматических выключателей для защиты

шинок питания цепей управления выключателей.................................33

5.4.    Выбор автоматических выключателей для защиты шинок питания цепей электромагнитов включения

масляных выключателей.................................................. 35

5.5.    Выбор автоматических выключателей для защиты

шинок питания устройств РЗА и цепей управления выключателей 6-10 кВ в ЗРУ................................................................36

6.    Выбор автоматических выключателей верхнего

уровня защиты.......................... 37

6.1.    Общие положения ............... 37

6.2.    Выбор автоматических выключателей для защиты

шинок ± ЕС щита постоянного тока....................................................38

6.3.    Выбор автоматических выключателей для защиты

шинок ± ЕУ щита постоянного тока...................................................39

7.    Выбор сечений кабелей системы оперативного

постоянного тока..........................................................................................41

7.1. Выбор сечения кабеля от аккумуляторной батареи

83тм-т2    5

до щита постоянного тока....................... ......................41

7.2.    Выбор сечения кабеля от шинок ± ЕС щита

постоянного тока до шинок среднего уровня защиты.......................41

7.3.    Выбор сечения кабеля от шинок среднего

уровня защиты до индивидуальных потребителей.............................44

8.    Проверка чувствительности автоматических выключателей в системе оперативного

постоянного тока.......................... 46

8.1.    Проверка чувствительности автоматических

выключателей верхнего уровня защиты.............................................46

8.2.    Проверка чувствительности автоматических

выключателей среднего уровня защиты............................................47

8.3.    Проверка чувствительности автоматических

выключателей нижнего уровня защиты..............................................47

9.    Распределение нагрузки оперативного постоянного

тока подстанции............................................................................................49

9.1.    Организация питания цепей оперативного

постоянного тока устройств РЗА.........................................................49

9.2.    Организация питания цепей управления

высоковольтных выключателей...........................................................52

9.3.    Организация питания цепей электромагнитов

включения масляных выключателей...................................................55

10.    Примеры выбора автоматических выключателей

в системе оперативного постоянного тока..............................................56

10.1.    Примеры выбора автоматических выключателей

нижнего зфовня защиты................. 56

10.2.    Примеры выбора автоматических выключателей

среднего уровня защиты............................................................. 57

83тм-т2

10.3. Примеры выбора автоматических выключателей

верхнего уровня защиты...................................................................59

11.    Примеры выбора сечений кабелей в системе оперативного

постоянного тока.......................................................................................62

11.1.    Пример выбора сечения кабеля от аккумуляторной батареи до автоматического выключателя верхнего

уровня защиты...................................................................................62

11.2.    Примеры выбора сечений кабелей от шинок

± ЕС (± ЕУ) щита постоянного тока до шинок среднего уровня защиты....................................... 62

12.    Примеры проверки чувствительности автоматических выключателей в системе оперативного постоянного

тока............................................................................................................67

12.1.    Пример проверки чувствительности автоматических

выключателей верхнего уровня защиты..........................................67

12.2.    Пример проверки чувствительности автоматических

выключателей среднего уровня защиты.........................................68

12.3.    Пример проверки чувствительности автоматических

выключателей нижнего уровня защиты...........................................69

Литература......................................................................................................70

СОСТАВ ПРОЕКТА

Руководящие указания по организации системы оперативного постоянного тока на подстанциях 110 кВ и выше

N83tm

Том 1 (этап 1)	Расчеты по выбору параметров аккумуляторной батареи для ПС 110-220 кВ с одной аккумуляторной батареей. Полные схемы щитов постоянного тока	83тм-т1
Том 2	Расчеты системы оперативного постоянного тока для	83тм-т2
(этап 2)	ПС 110-220 кВ
Том 3	Расчеты по выбору параметров аккумуляторной ба	83тм-т3
(этап 3)	тареи для ПС 330 кВ с двумя аккумуляторными бата
	реями. Полные схемы щитов постоянного тока
Том 4	Расчеты системы оперативного постоянного тока для	83тм-т4
(этап 4)	ПС 330 кВ и выше

83тм-т2

ВВЕДЕНИЕ

Работа выполнена отделом РЗАУ института «Энергосетьпроект» в четырех томах. Настоящий том 2 содержит указания по построению системы оперативного постоянного тока для ПС 110-220кВ с одной аккумуляторной батареей. Указания основаны на методиках, разработанных ранее в институте «Энергосетьпроект», а в части методики расчета токов короткого замыкания в системе постоянного тока - на основании [1] и работ Сиб ОРГРЭС [2], [3].

Настоящие Указания могут быть рекомендованы также при использовании зарубежного оборудования ( аккумуляторных батарей, автоматических выключателей и кабелей ) в системе оперативного постоянного тока.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Система оперативного постоянного тока (ОПТ) с источником питания в виде аккумуляторной батареи (АБ) и подзарядного устройства (например, типа ВАЗП), секциями шинок управления, релейной защитой и автоматикой (РЗА) и электрической сетью имеет три уровня защиты.

1.1    Нижний уровень - защита кабелей цепей управления и привода выключателя; защита оперативных цепей устройств РЗА, противоаварийной автоматики (ПА), сигнализации, а также защита других устройств (например, ВАЗП). Осуществляется автоматическими выключателями (АВ) с максимальными токовыми расцепителями, работающими без выдержки времени.

1.2    Средний уровень - защита шинок и питающих шинки кабелей в ОПУ, на щите РЗА, в ЗРУ, в ОРУ. Защита элементов нижнего уровня в режиме резервирования. Осуществляется селективными АВ с расцепителями максимального тока с выдержкой времени.

1.3. Верхний уровень - защита шин и аппаратов щита постоянного тока

(ЩПТ), а также защита кабелей и секций шинок среднего уровня в режиме резервирования. Осуществляется селективными АВ с i юлупроводниковыми расцепителями максимального тока с выдержкой времени второй ступени на ступень большей выдержки времени срабатывания расцепителя среднего уровня защиты, т. е.

(1)

где t_c._{p в}/у - выдержка времени срабатывания расцепителя АВ верхнего уровня защиты;

t_c.p су - выдержка времени срабатывания расцепителя АВ сред

него уровня защиты;

At - ступень выдержки времени.