Открытое акционерное общество ’’Институт ’’Энергосетьпроект”

Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт по проектированию энергетических систем и электрических сетей

Руководящие указания по организации системы оперативного постоянного тока на ПС

110 кВ и выше

Этап 111

Расчеты по выбору параметров аккумуляторных батарей для ПС 330 кВ и выше с двумя аккумуляторными батареями. Полные схемы щитов постоянного тока.

№ 83тм-т3

Москва, 1999 г.

83тм-т3

2.ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

2.1.Общие положения Нагрузка постоянного тока на ПС при конкретном проектировании должна определяться непосредственным подсчетом. При отсутствии соответствующих данных по нагрузке, она может быть принята равной 50 А в нормальном режиме и не более 100 А в режиме аварийного разряда аккумуляторной батареи (в течение основных 30 минут).

Одним из основных параметров, необходимым для выбора аккумуляторной батареи, является величина толчкового тока при отключении группы выключателей или при включении наиболее мощного масляного выключателя, зависящая от схем электрических соединений распределительных устройств на ПС и типов высоковольтных выключателей. Параметры современных выключателей, необходимые для выбора АБ, приведены в таблице 1. Соединение проводов АБ с щитом постоянного тока выполняется медным кабелем большого сечения в зависимости от величины толчкового тока (см. таблицу 2).

83тм-т3

Таблица 1 Сведения о потреблении постоянного тока электромагнитами управления некоторых высоковольтных выключателей

Тип выключа теля Напряже ние, кВ Фирма изготови тель Кол- во ком плек тов элек- тро- магн. от- клю- че- ния Нач. ток втягивания электромагнита отключения, А Примеча ния од ной фа зы трех фаз ВНВ- 330,500,750 330.500.750 Уралэлек- тротяжмаш, г.Екатерин- бург 2 13,5 40,5 ВВБ- 500,750 500,750 Электроаппарат, г.С-Петербург 1 20 60 ВВДМ-ЗЗО 330 и 1 20 60 ВВД-220- 220 и 1 12 36 ВВБК- 220,500 220,500 « 1 22 66 ВВБМ-1 Ю(ВВБК) ПО и 1 12- 36 ВГУ- 220,330 220,330 Уралэлек-тротяжмаш, г. Екатеринбург 2 2,3 7 Элегазо- вый ВГУ-500 500 « 2 4,6 14 и ВГТ-110 110 и 1 2,5 « LTV 145-D1/B ПО АВВ 2 1 « 145 РМ 40 110 _ и 2 . б а

83тм-т3 12

ВГБ-220 220 Электроаппарат г.С-Петербург 2 2,3 7 а РХТ15 330 GEC ALSTHOM 2 7 ВМТ-220 220 Уралэлек-тротяжмаш, г. Екатеринбург 1 2,5 7,5 а ВМТ-110 110 « 1 2,5 “ ВКЭ10 10 Ровенский завод в/в аппаратуры 1 2,5 Электромагнит включения 100 А ВБЭК10- 20/1600 10 НПГРКон- такт” г.Саратов I 1,5 Вакуум ный ввэм 10-20 10 АО “ЭНЭКО” г. Минусинск 1 2,5 Электро магнит включе ния 60А,вакуумный ВБЧЭ 10 10 1 2,5 Электромагнит включения 20кА-40А, 31,5кА-70А VP 10 АВВ 1 1,5 Элегазо-вый привод пружинный

83тм-т3

Таблица 2.

Величина толчкового тока 1т, А 60-170 170-440 500 720 Сечение жил кабеля от АБ доЩПТ Sk6I, ММ2 70 120 240 2x240 Диаметр ошиновки АБ doui, мм 10 12 Сечение ошиновки АБ, Бош, мм2 ( 78,5 113

При выполнении расчетов, необходимых для выбора емкости АБ, потребуются величины сопротивлений в цепи толчкового тока. В таблице 3 приведены сопротивления катушек и контактов автоматических выключателей и рубильников постоянного тока.

Таблица 3. Сопротивление электромагнитов и главных контактов автоматиче ских выключателей и рубильников (на один полюс).

IhOMjA 50 70 100 140 200 400 600 1000 Rtk+Rkc мОм 7 3,5 2,15 1,3 1,1 0,65 0,41 0,25 Rkc руб,мОм 0,5 0,4 0,2 0,15 0,08

При выборе АБ во всех случаях определяющим является обеспечение минимально допустимого напряжения (0,8Uhom) на устройствах релейной защиты и автоматики (РЗА), противоаварийной автоматики (ПА), телемеханики (ТМ) и связи.

14

Вторым условием выбора АБ является обеспечение включения одного или двух выключателей после получасового разряда батареи.

Расчетными режимами являются:

-    одновременное отключение группы выключателей - учитывается суммарный установившийся ток электромагнитов отключения,

-    включение выключателя с наиболее мощным электромагнитным приводом.

В нормальном режиме напряжение на устройствах РЗА, ПА, ТМ и связи не должно превышать 1,G5Uhom (231 В). При срабатывании привода напряжение на нем должно быть не ниже минимально допустимого.

Толчковые токи при выборе АБ рассматриваются в следующих режимах:

-    в предшествующем нормальном режиме для случая одновременного отключения группы выключателей,

-    в конце получасового аварийного разряда АБ током 50 или 100

А,

-    в любом режиме, в том числе в режиме дозаряда и в конце получасового аварийного разряда для случая включения наиболее мощного электромагнитного привода,

■ то же, но в конце двухчасового разряда ( по требованию заказчика).

Во всех случаях исходным при выборе АБ является минимальный номер батареи, определяемый по условию обеспечения минимально допустимого напряжения на устройствах РЗА (0,8Uhom).

83тм-т3

2.2.Расчет максимального толчкового тока

Максимальный толчковый ток при отключении определяется по

ВЫражеНИЮ    1т⁼ 1тоткл + 1нагр (1),

где 1т откл - суммарный ток электромагнитов отключения одновременно отключаемых выключателей (из табл.1),

1нагр - суммарный ток нагрузки нормального рабочего режима

Соответственно определяется максимальный толчковый ток при включении выключателя (выключателей)

1т = 1т зкл + 1нагр (2)

It вкл - ток электромагнита включения высоковольтного выключателя (выключателей).

2.3. Определение числа аккумуляторов для батареи с номинальным напряжением 220 В

В соответствии с Правилами технической эксплуатации (Издание 15, п.5.5.9) “Напряжение на шинах постоянного тока питающих цепи управления, устройства релейной защиты, сигнализации, автоматики и телемеханики, в нормальных эксплуатационных условиях допускается поддерживать на 5% выше номинального напряжения электро приемников ”.

Необходимо определить напряжение на шинах шита постоянного тока, ближайших к выводам от аккумуляторной батареи, учитывая, что на ПС 330-750 кВ нагрузка в нормальном режиме не превысит 50 А.

Суммарное, приведенное сечение кабелей можно принять равным 150 мм², а Приведенную длину кабеля равной - 50 м

Rnp=    =    5,73    мОи

150

Напряжение на шинах ЩПТ будет равно

UiunT⁼ 1 ,05Uhom + Inp Rnp⁼ 231+50x5,73=231,3 В

83тм-т3

При работе АБ в режиме постоянного подзаряда наиболее экономичным является режим, при котром напряжекние на каждом элементе (аккумуляторе) поддерживается на уровне 2,23 В. Указанное касается аккумуляторов закрытого типа GroE (БП и SPF), OP, Ogi, VB, SPL и др, с пластинами типа Plante и с намазными пластинами, которые по своим разрядным характеристикам и сроку службы (GroE - 20 лет, намазные - 12-15 лет) обеспечивают нормальную эксплуатацию системы ОПТ на ПС 110 кВ и выше.

Определяется число аккумуляторов в батарее

„=^Ш = ,03,72

2,23

Число аккумуляторов в батарее принимается равным 104.

При необходимости иметь на шинках ЩПТ более высокое напряжение (например для включения выключателей с электромагнитными приводами). Количество аккумуляторов устанавливается в соответствии с расчетом сверх основного количества аккумуляторов дополнительные аккумуляторы с выводом на отдельные шинки ЩПТ.

2.4.Расчет минимального напряжения, приходящегося на один аккумулятор батареи.

Расчет производится при условии обеспечения на шинках питающих устройства релейной защиты и автоматики (РЗА), противоаварий-ной автоматики (ПА) напряжения не менее 0,8U_Hom.

Для Ui.om=220 В, 0,8U„om=G,8x220= 176 В

При указанных условиях, напряжение на одном элементе должно

быть не менее U™,„ _г№мi +    ₍₃₎

104    104

где д и'_АР - падание напряжения от толчкового тока на сопротивление цепи от АБ до шинок ± РЗА, которое складывается из двух частей:

83тм-т3

aUap - падения напряжения от полного толчкового тока 1т на участке цепи от АБ до главных шинок на ЩПТ и падения напряжения aUp3a от тока 1_Нагр<рзА) на участке от главных шинок ± ЩПТ до шинок ± РЗА, расположенных на щите релейной защиты.

AUap= AU'_3p+ A U_P3A (4)

ди;_Р=ди ош^" A Uk6I AUaBb/у"^ A Ukc+ A Unep^-'Iт(Roш■'*"Rкбl'*■RABв/y'^■Rкcpyб"t'

+Rпep) (5),

где aUouj- падение напряжения от полного толчкового тока (1_т) в сопротвлении R_0Ui ошиновки АБ,

aUk6i - падение напряжения от полного толчкового тока а в сопротивлении R_K6i кабеля, соединяющего выводы АБ с ЩПТ,

А Uabb/у - падение напряжения от полного толчкового тока на сопротивлении Rabb/у контактов автоматических выключателей верхнего уровня защиты,

А и_кс - падение напряжения от полного толчкового тока на сопротивлении Rkc руб контактов рубильника, включенного последовательно с автоматическим выключателем верхнего уровня защиты,

Д Unsp - тоже на переходных сопротивлениях контактных соединений.

Падение напряжения на участке от ЩПТ до шинок ± ЕС ЩРЗ определяется по выражению

ди_РЗА= (R«*+Raw>),    (6)

где Wp /2 - ток нагрузки, потребляемый устройствами РЗА, определяется как половина всей нагрузки постоянного тока на ПС при получасовом аварийном разряде АБ,

Rk62 - сопротивление кабеля от ЩПТ до шинок ± ЕС РЗА (или до шинок управления ± ЕС ОПУ (ЗРУ)),

83тм-т3

Кабели от выводов АБ до автоматических выключателей верхнего уровня (вводных автоматических выключателей) выбираются в зависимости от толчкового тока (табл.2). Предварительно (только для выбора параметров АБ) произвольно выбирается сечение кабеля от ЩПТ до шинок ± ЕС ЩРЗ. Чаще всего оно принимается равным от 16 до 50мм² Вычислив все необходимые сопротивления (Ro ш, Rk61, Rk62, Rkc, Rabb/у, Rabc/у) и соответствующие им падения напряжения (ди_ош, ди_Кб1, Д Uk62 , aUkc, aUabb/у, дидвс/у), определяется Д и_РЗА, Д и'_др, д1Тар соответственно по выражениям (6), (5), (4). Далее по выражению (3) определяется значение U₃min.

2.5,Определение емкости аккумуляторной батареи.

Для вычисленного значения U₃mm (минимально допустимое напряжение на одном аккумуляторе, обеспечивающее в .составе АБ напряжение на шинках, питающих устройства РЗА, не менее 0,8U_Ho_M) по вольт-амперной характеристике выбранного типа аккумулятора определяется величина толчкового тока j_T в амперах. Вольт-амперные характеристики построены для одной пары пластин емкостью 25,50, или 100 Ач и t=0c.

На рис.2 приведены вольт-амперные характеристики для двух типов аккумуляторов: с пластинами типа Plante (тип GroE) и с намазными пластинами следующих фирм: Hoppecke, Sonnenschein, СЕАС, VARTA, Oldham France (соответственно - Хоппеке, Зонненшайн, СЕАК, ВАРТА, Ольдам Франс), Курский завод.

Необходимое количество параллельно соединенных пластин определяется делением величины толчкового тока (1_т) на значение толчкового тока для одной пары пластин (j_T), полученное из вольт-амперной характеристики. Принимается ближайшее большее число пластин.

(7}

2

В работе принимали участие:

Главный специалист Главный инженер проекта Заведующая группой

83тм~гЗ, -20-

аккумул,ятогд от величины толчкового тока JT ^ #&с#шя- торов типа GtoB ы с нанавнв/мн пластинами.

з

АННОТАЦИЯ

Настоящий том 3 работы содержит указания по выбору параметров аккумуляторных батарей для ПС 330 кВ и выше, а также полные схемы щитов постоянного тока для ПС с двумя аккумуляторными батареями.

Дан пример выбора параметров аккумуляторной батареи.

4

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Состав проекта........................................................................5

Список рйсумкещ.....................................................................6

Введение......................... 7

1 .Общие положения..............................................................8

2. Выбор параметров аккумуляторной батареи...............................10

2.1. Общие положения................................................................10

2.2.Расчет максимального толчкового тока.............................. 15

2.3.0пределение числа аккумуляторов для АБ с номинальным

напряжением 220 В............ 15

2.4.Расчет минимального напряжения приходящегося

на один аккумулятор....................................... 16

2.5.Определение емкости аккумуляторной батареи..................... 19

3. Примеры выбора типа и емкости аккумуляторных батарей

для ПС 330 кВ и выше............... 25

3.1. Аккумуляторная батарея для ПС 500/220/110/10 кВ............ 25

3.2. Выбор емкости АБ по характеристикам разряда,

изображенным в табличной форме.......................................31

4. Схемы щита постоянного тока................ 33

4.1 .Основные положения............ 33

5

СОСТАВ ПРОЕКТА

Руководящие указания по организации системы оперативного постоянного тока на ПС 110 кВ и выше N83tm

Том 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 ПС 110-220 кВ	83тм-т2
Том 3	Расчеты по выбору параметров аккумуляторной батареи для ПС 330 кВ и выше с двумя аккумуляторными батареями. Полные схемы щитов постоянного тока.	83тм-т3
Том 4	Расчеты системы оперативного постоянного тока для ПС 330 кВ и выше.	83тм-т4

б

список рисунков.

Рис, Наименование Примечание 1 Схема ЩПТ для двух АБ без дополнительных элементов и без уравнительного заряда 2 Схема ЩПТ для двух АБ с дополнительными элементами и без уравнительного заряда с четырьмя секциями +ЕС и двумя секциями ±EY 3 Схема ЩПТ для двух АБ без дополнительных элементов с возможностью уравнительного заряда 4 Схема ЩПТ для двух АБ 220 В с дополнительными элементами и возможностью уравнительного заряда 5 Схема включения перемычек резервирующих каналы питания на ЩПТ и взаимного резервирования отдельных шинок каждой АБ в системе ОПТ.

83тм-т3

ВВЕДЕНИЕ

Настоящая работа (том 3) содержит методику и примеры выбора параметров аккумуляторных батарей (типа, емкости и числа элементов).

Расчеты даны для случаев использования отечественной серии аккумуляторов типа БП, которая заменила серию СК.

Аккумуляторы серии БП являются аккумуляторами типа GroE, с электродами типа Plante, В случае задержки в освоениии Курским заводом аккумуляторов типа БП, можно использовать аккумуляторы типа GroE других фирм (например, Hoppecke, Sonnenschein и др.) или аккумуляторы с намазными пластинами.

Работа выполнена с учетом того, что при расчетах токов короткого замыкания в системе оперативного постоянного тока учитывается сопротивление дуги в месте короткого замыкания.

83тм-т3

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Выбор параметров аккумуляторной батареи (АБ) производится для системы оперативного постоянного тока (ОПТ) подстанций (ПС) 330 кВ и выше, где по нормам технологического проектирования предусматривается установка двух аккумуляторных батарей, являющихся источником постоянного тока для двух изолированных систем ОПТ. Каждая из АБ должна быть выбрана из расчета питания всей основной нагрузки постоянного тока на ПС. Должна быть предусмотрена возможность вывода из работы одной АБ для ремонта или замены на новую с переключением всей нагрузки постоянного тока на вставшую в работе АБ. В свою очередь, каждая из АБ имеет два независимых канала питания нагрузки системы ОПТ, которые связаны между собой только через ошиновку АБ. Начиная от “головных” автоматов, каждый канал ОПТ является независимым источником питания нагрузки.

Аккумуляторные батареи работают параллельно с зарядно -подзарядными агрегатами в режиме постоянного подзаряда. Вся длительная нагрузка на ПС (устройства релейной защиты, автоматики, управления, сигнализации) питается от зарядно-подзарядных агрегатов, которые также возмещают потери, связанные с саморазрядом батареи. Аккумуляторная батарея воспринимает на себя толчковую нагрузку, а также всю нагрузку при исчезновении питания переменного тока.

На точность расчетов при выборе параметров АБ влияют:

-    наличие генерального плана ПС (ОПУ, ОРУ, ЗРУ, кабельных каналов и т.д.),

-    наличие принятых решений по схемам электрических соединений распределительных устройств,

-    тип выбранного основного оборудования.

83тм-т3

При отсутствии сведений о нагрузке в системе ОПТ проектируемой ПС можно считать, что на ПС 330-750 кВ нагрузка в нормальном режиме не превысит 50 А, а при аварийном разряде в течении основных 30 минут - не превысит 100 А.