Российское акционерное общество энергетики и электрификации "ЕЭС России”

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

Руководящие указания ио организации системы оперативного постоянного тока на

ПС 110 кВ я выше. Этап 4

Расчеты системы оперативного постоянного тока для ПС 330 кВ

а выше.

N 83тм-т4

Зам. генерального директора института «Энергосетьпроект»

Начальник отдела РЗАУ

Главный специалист РЗАУ

Москва, 1999г.

83тм-т4

АННОТАЦИЯ

Настоящий том 4 работы содержит указания по выбору структуры системы оперативного тока (ОПТ) на ПС 330 кВ и выше с двумя аккумуляторными батареями (АБ), выбор параметров автоматических выключателей, осуществляющих защиту элементов системы ОПТ, выбор минимально возможных сечений кабеля при обеспечении чувствительности, селективности и резервирования в системе ОПТ. В работе также содержатся указания по оптимальному распределению нагрузки между АБ, каналами питания и секциями шинок, обеспечивающие необходимую надежность в системе ОПТ ПС.

83тм-т4

выключателей (например, при работе защиты шин) не превышал 100-150 А При этом; возможно получить наиболее экономичное из возможных сечение кабелей от ОПУ до приводов выключателей, обеспечив при этом селективность, чувствительность и резервирование. Обычно, четырех секций бывает достаточно для указанных цепей, но в случаях, когда на ПС большое количество воздушных выключателей с большим потреблением электромагнитов отключения, количество секций может быть увеличено до б или 8.

Устройства релейной защиты, автоматики и противоаварийного управления распределяются между четырьмя секциями ±ЕС РЗА с учетом обеспечения надежности их работы в системе ОПТ при отключении любого из четырех каналов питания или одной АБ.

З.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СИСТЕМЕ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА

3.1.0бнше положения.

Расчет токов КЗ в системе ОПТ необходим для выбора устройств зашиты (автоматических выключателей или предохранителей), используемых для надежной и экономичной работы системы ОПТ на ПС.

Расчеты выполняются в соответствии с [1].

В томе 2 настоящей работы дана методика расчета токов КЗ в системе ОПТ с аккумуляторами открытого типа СК отечественного производства. Указанная методика основана на обобщенной Вольт-Амперной характеристике аккумуляторов одного типа разной емкости, использование которой для других типов аккумуляторов не представляется возможным. В связи с указанным, для выполнения расчетов токов КЗ в системах ОПТ с разными типами аккумуляторов (с пластинами типа Plante и с намазными пластинами) нами разработаны на основании разрядных характеристик аккумулято-

83тм-т4

ров и помещены в настоящем томе Вольт-Амперные характеристики соответствующих аккумуляторов различных типов и фирм.

Ток металлического КЗ от аккумуляторной батареи в системе ОПТ определяется по выражению 1_юм=^Е£2-^п. =    (1),

R-кш °А£ ⁺

где Нрасц - расчетная ЭДС одного элемента, определяется для данного типа аккумулятора по его Вольт-Амперной характеристике, показанной на рис. 2

Для определения величины Ер** соответствующая характеристика продолжается до пересечения с осью ординат. Полученная величина ЭДС учитывает влияние ЭДС поляризации.

п - число элементов в батарее,

R_e*- сопротивление всей цепи металлического КЗ,

R _ш- сопротивление внешней цепи металлического КЗ (без сопротивления АБ)

Rab - внутреннее сопротивление АБ, определяется, как произведение сопротивления одного элемента на число элементов (аккумуляторов) в батарее, соединенных последовательно. В таблице 1 приведены сопротивления аккумуляторов с плоскими пластинами типа Plante и намазными пластинами.

Ток КЗ с учетом сопротивления дуги определяется по выражению

-п-К'

'УАБ ^ТЛю*

где Кс - коэффициент снижения тока короткого замыкания, учитывающий сопротивление дуги в месте КЗ, определяется по кривой на рис.З в зависимости от сопротивления цепи КЗ (R__1. Максимальная величина коэф

фициента К:^в0,77 будет при R*^^600mOm R^-Rab+R

юн (3)

ЪЪтн~тЦ i3

Рис.В, Зависимость напряжения 1!в одной пары пластин

аккумулятор/} от величины толчкового токи J_T чюсуимя-тороь типа GtoB и с НОМашми Шстннами(Вольт-ДнпгРиые. 'характеристики].    *

83tm-t4.

Список характеристик аккумуляторов типа GroE и с намазными пластинами, изображенных на рис.2.

I. CPF (GroE), ATSA (СЕАС)

2.SPF100 (GroE), ATSA (СЕАС)

3. БП100 (GroE), АО Курский завод “Аккумулятор"

4. БП25 (GroE), АО Курский завод “Аккумулятор"

5. GroE25 (Hoppecke) GroE25 (Sonnenschein)

6. GroE100 (Hoppecke)

7. GroE100 (Sonnenschein)

8. Vb2301 (50АЧ) - Varta

9. Vb2401 (ЮОАЧ)-Varta Ю.0Р1 (26АЧ) - Oldham France

II. GroE25 (Hoppecke) и CPF25 (СЕАС) при г=0,5часа.

83тм-т4

Сопротивление внешней цепи КЗ определяется как суммарное сопротивление ошиновки АБ (Rob), кабелей (R*s), катушек и контактов автоматических выключателей (RabX контактов рубилышков (R^ р^Х переходных сопротивлений контактных соединений Ш—^ (табя.3,83тм-т1)

R вк^Исш+^об +RAB+R«_grbR_M-r (4)

В общем случае имеется три группы кабелей:

R*gi - кабели от выводов АБ до щита постоянного тока (верхний уровень системы ОПТ)

R*g2 - кабели от щита постоянного тока до шинок управления в ОПУ, или до шинок, питающих устройства РЗА на щите РЗА, шш до шинок РЗА и управления в ЗРУ, шш до шинок, питающих электромагниты включения в ЗРУ или ОРУ (средний уровень системы ОПТ)

R*63- кабели от шинок среднего уровня системы ОПТ до конкретных потребителей (устройств РЗА, приводов выключателей и т.д.) (нижний уровень системы ОПТ)

Сопротивление аккумуляторной батареи определяется как произведение сопротивления одного элемента (аккумулятора) на количество элементов в батарее Rab“R«»ii (5)

Сопротивление петли короткого замыкания определяется по формуле

R-=£—    (6).

где р - удельное сопротивление, для меди

мОм'ММ²

/>„-0,0172x10*-;-

мОм-ММ¹

р_аж-0,0283х10³-м-

При этом R.6 подучим в мишшОмах (мОм).

Бели в формуле р не имеет индекса следует, что проводник выполнен из меди. Сопротивления аккумуляторов, как правило, приводятся в материалах соответствующей фирмы (табл.1),

83тм-т4

Таблица!

TmiGroB Фирма «Норреске» и фирма Курский завод <<Аккумушггор>> (БП) Емкость пластины 25 Ач Емкость пластины ЮОАч Тип аккуму лятора Ем кость акку муля тора, Ач Сопротивление, мОм Тип аккуму- Ем кость акку муля тора, Ач Сопротивление, мОм Акку му лятора Одной пласти ны лятора Аккуму лятора. Одной ппасги ны 1 2 3 4 5 6 7 8 3GroE75 75 1,158 3,47 5GroE500 500 0,225 1,125 4GroE100 100 0,868 3,47 6GrbE600 600 0,187 1,122 5GroE125 125 0,695 3,47 7GroE700 700 0,160 1,120 6GroE150 150 0,579 3,47 8GroE800 800 0,140 1,120 7GroEI75 175 0,496 3,47 9GroE90G 900 0,125 1,125 8GroE200 200 0,434 3,47 lOGroElOOO 1000 0,112 1,120 9GroE225 225 0,386 3,47 llGroEllOO 1100 0,102 1,122 I0GroE250 250 0,347 3,47 12GroE1200 1200 0,094 1,128 HGroE275 275 0,316 3,47 13GroE1300 1300 0,086 1,118 12GroE300 300 0,289 3,47 14GroE1400 1400 0,080 1,120 13GroE325 325 0,267 3,47 15GroE1500 1500 0,075 1,125 14GroE350 350 0,248 3,47 16GroE1600 1600 0,070 1,120 15GroE375 375 0Д32 3,47 17GroEI700 1700 0,066 1,122 16GroE400 400 ОДП 3,47 18GroE1800 1800 0,062 1,116 I7GroE425 425 0,204 3,47 19GroE1900 1900 0,059 1,121 18GroE450 450 0,193 3,47 20GroE2000 2000 0,056 1,120 22GroE2200 2200 0,051 1,122 24GroE2400 2400 0,047 1,128 26GroE2600 2600 0,043 1.118 Фирма «СЕАС» SPF50/2 50 1,900 3,8 SPF100/1 100 1,650 1,65 SPF75/3 75 U60 3,8 SPF200/2 200 0,825 1,65 SPF100/4 100 0,950 3,8 SPF30Q/3 300 0,550 1,65 SPF125/5 125 0,760 3,8 SPF40G/4 400 0,413 1,65 SPF150/6 150 0,630 3,8 SPF500/5 500 0,330 1,65 SPF175/7 175 0,540 3,8 SPF60G/6 600 0Д75 1,65 SPF200/8 200 0,475 3,8 SPF7Q0/7 700 0,236 1,65 SPF225/9 225 0,422 3,8 SPF800/8 800 0Д06 1,65 SPF250/10 250 0,380 3,8 SPF900/9 900 0,183 1,65 SPF275/I1 275 0,345 3,8 SPF1Q00/10 1000 0,165 1,65

83тм-т4

i? To<fn t (п[Хф*я«нск)

1 2 3 4 5 6 7 8 SPF300/12 300 0,317 3,8 SPF2000/20 2000 0,083 1,65 Фирма “Sonnenschein” 3GroE75 75 1,333 4,0 5GroE500 500 0,320 1,6 4GroElQQ 100 1,000 4,0 6GroE60Q 600 0,267 1,6 5GroE125 125 0,800 4,0 7GroE70Q 700 0,229 1,6 6GroE150 150 10,667 4,0 8GroE8G0 800 0,200 1,6 7GroE175 175 0,571 4,0 9GroE900 900 0,178 1,6 8GroE200 200 0,500 4,0 lOGroElOOO 1000 0,160 1,6 9GroE225 225 0,444 4,0 HGroEllOO 1100 0,145 1,6 10GroE250 '250 0,400 4,0 12GroE1200 1200 0,133 1,6 11GtoE275 275 0,364 4,0 13GroE1300 1300 0,123 1,6 12GroE300 300 0,333 4,0 14GroE1400 1400 0,114 1,6 13GroE325 Г 325 0,308 4,0 15GroE1500 1500 0,107 1,6 14GroE350 350 0,286 4,0 16GroE1600 1600 0,100 1,6 15GroE375 375 0,267 4,0 17GroE1700 1700 0,094 1,6 I6GroE400 400 0,250 4,0 18GroE1800 1800 0,089 Г 1,6 17GroE425 425 0,235 4,0 19GroE1900 1900 0.084 1 1,6 18GroE450 450 0,222 4,0 20GroE2000 2000 0,080 1,6 21GroE2100 2100 0,076 1,6 22GroE2200 2200 0,073 1,6 23GroE2300 2300 0,070 1,6 24GroE2400 2400 0,067 1,6 25GroE2400 2500 0,064 1,6 26GroE2600 2600 0,062 1,6 Аккумуляторы с намазными пластинами

83тм-т4

is Tagki foofWHtejeu*)

1 2 3 4 5 6 7 8 OP17(OPC17) 425 0,31 5,27 OP18(OPCI8) 450 0,31 5,58 OP19(OPC19) 475 0,30 5,70 OP20(OPC20) 500 0,28 5,60 OP2KOPC21) 525 0,27 5,67 OP22COPC22) 550 0,25 5,5 OP23(OPC23) 575 0,24 5,52 0 1 I 600 0,23 5,52 OP25(OPC25) 625 0,23 5,75 OP26(OPC26) 650 0,22 5,72 OP27(OPC27) 675 0,21 5,67 OP28(OPC28) 700 0,20 5,60 OP29(OPC29) 725 0,20 5,80 ОРЗО(ОРСЗО) 750 0,19 5,70 Фирма “VARTA” VB2305 250 0,514 2,57 VB2407 700 0,244 1,70 7roi. VB2306 300 0,431 VB2408 1 800 0,215 1,72 8im. VB2307 350 0,367 VB2409 900 0,192 1,73 9пл. VB2308 400 0,323 VB2410 1000 0,174 1,74 Юпл. VB2309 450 0,289 VB2411 1100 0,156 1,72 Пил. VB2310 500 0,265 VB2412 1200 0Д43 1,72 12пл. VB23I1 550 0,242 VB2413 1300 0,132 1,72 13пл. VB2312 600 0,223 VB2414 1400 0,123 1,72 14пл. VB2415 1500 0,116 1,74 15пл. VB2416 1600 0,108 1,73 16пл. VB2417 1700 0,102 1,73 17пл. VB2418 1 1800 0,096 1,73 18шг. VB2419 1900 0,091 1,73 19пл VB2420 2000 0,087 1,74 20пл Фи] з ш “Hoppecke” 80gi200 200 0,515 50m500 500 0,237 1,185 90ш225 225 0,458 бОшбОО 600 0,197 1,182 100gj250 250 0,412 7081700 700 0,169 1,183 I10gi275 275 0,374 80gi800 800 0,148 1,184 12081300 300 0,343 90gi900 900 0,131 1,179 1300325 325 0,317 lOOgilOOO 1000 0,118 U80 14Ogi350 350 0,294 llOfiillOO 1100 0,108 1,188 150«i375 375 0,274 120fiil200 1200 0,099 1,188 160gj400 400 0,257 130ail300 1300 0,091 1,183 170и425 425 0,242 14Ogil4Q0 1400 0,084 1,176

СОДЕРЖАНИЕ

Состав проекта.................. 6

Введение.................... 7

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

2. Выбор схемы для системы оперативного постоянного тока

на ПС с двумя аккумуляторными батареями....................................9

3. Расчет токов короткого замыкания в системе оперативного постоянного тока ..................... II

3.1 .Общие положения............................................................11

3.2. Расчет токов при кз на верхнем уровне защиты (на главных шинках щита постоянного тока)...................................................19

3.3. Расчет токов при кз на среднем уровне защиты.........................20

3 АРасчет токов при кз на нижнем уровне защиты..........................21

4. Выбор автоматических выключателей нижнего уровня зашиты..........21

4.1.    Общие положения...............................................................21

4.2.    Выбор автоматических выключателей для защиты цепей элек

тромагнитов включения масляных выключателей........................23

4.3. Примеры выбора автоматических выключателей нижнего уровня

защиты..............................................................................26

4.4. Проверка автоматических выключателей нижнего уровня заши

ты на несрабатывание от бросха емкостного тока.........................28

З.Выбор автоматических выключателей среднего уровня зашиты...........30

5.1.Общие положения................................................................30

5.2. Выбор автоматических выключателей для защиты шинок питания устройств РЗА на щите релейной защиты..............................31

5.3. Выбор автоматических выключателей для защиты шинок, питающих цепи управления выключателей........................................32

5.4. Выбор автоматических аыхлючатедей для защиты шинок, питающих электромагниты включения выключателей,

20

В случае, когда аккумуляторная батарея на ПС имеет дополнительные элементы (104+п), выведенные на шинку ±EY для включения электромагнитных приводов высоковольтных выключателей, токи КЗ следует определять также и на секциях шинок ± EY.

З.З.Расчет токов при КЗ на среднем уровне защиты.

Шинки среднего уровня защиты находятся в различных помещениях:

-    на щите управления,

-    на щите релейной защиты и автоматики,

-    на ОРУ (“кольцо соленоидов”) для питания электромагнита включе

ния.

-    в ЗРУ для питания цепей управления и релейной защиты,

-    в ЗРУ для питания электромагнитов включения.

Токи при КЗ в кабелях, питающих указанные выше шинки, следует определять по соответствующим выражениям:

• П + R_aul +    ^-ЛВ*    I    >    ^ксуув    &Мс    /у

<П'К,

R_u ■ П + И_ш + Лд! +    + R„pyg + Л_я?2 + &АВе If ^Ttam

Ток металлического КЗ рассчитывается при КЗ в конце питающего шинки кабеля (в начале шинок), а ток КЗ с учетом влияния дуги - у самого отдаленного привода для проверки чувствительности АВ, защищающего указанные кабель и шинки.

4

6. Выбор автоматических выключателей верхнего уровня защиты... 37

6.3. Общие положения.........................................................37

6.2. Выбор автоматических выключателей для защиты главных шинок щита постоянного тока ± ЕС ЩПТ.................................38

6.3. Выбор автоматических выключателей для защиты шинок ± EY

ЩПТ...........................................................................41

7. Выбор сечений кабелей системы оперативного постоянного тока...44

7.1. Общие положения..........................................................44

7.2. Выбор сечения кабеля от аккумуляторной батареи до щита постоянного тока................................................................44

7.3. Выбор сечения кабелей от шинок щита постоянного тока до шинок среднего уровня защиты...............................................46

7.4. Выбор сечений кабелей от шинок среднего уровня защиты до

индивидуальных потребителей............................................51

З.Проверка чувствительности автоматических выключателей в системе оперативного постоянного тока...........................................53

8.1. Проверка чувствительности автоматических выключателей зер-

него уровня защиты..........................................................53

8.2. Проверка чувствительности автоматических выключателей среднего уровня зашиты............................................................54

8.3. Проверка чувствительности автоматических выключателей нижнего уровня защиты............. 54

9.Распределение нагрузки а системе оперативного постоянного тока... 55

9.1.Общие положения............................................................55

9.2. Распределение устройств РЗА линий электропередач между каналами питания...............................................................55

9.3. Распределение устройств защиты шин между каналами питания..57

9.4.    Распределение устройств РЗА автотрансформаторов между ка

налами питания

83тм-т4

Ю.Пример выбора автоматических выключателей и сечений кабелей в

системе ОПТ ПС 500/220/1 ОкВ.................................................59

И. Литература..........................................................................71

12.Приложения.

83тм-т4

ВВЕДЕНИЕ

Работа выполнена отделом РЗАУ института «Энергосетъпроект» в четырех томах. Настоящий том 4 содержит указания по построению системы оперативного постоянного тока для ПС 330 кВ и выше с двумя аккумуляторными батареями. Указания основаны на методиках, разработанных ранее в институте «Энергосегьпроекг», на Вольт-Амперных характеристиках аккумуляторов, построенных по материалам фирм производителей, на методике расчета токов КЗ с учетом сопротивления дуги на основании [1] и работ СибОРГРЭС [2].

Настоящие указания в части расчетов токов КЗ в системе ОПТ предназначены для случаев использования аккумуляторов закрытого типа и герметичных. Методика расчета токов КЗ в системе с аккумуляторами открытого типа помещена в томе 2 настоящей работы (83тм-т2).

83тм-т4

1-ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Как показано в томе 2 настоящей работы система оперативного постоянного тока (ОПТ) с аккумуляторной батареей и зарядно подзарядным агрегатом в виде источников питания имеют три уровня защиты: нижний (защита непосредственных потребителей автоматическими выключателями (АВ), работающими без выдержки времени), средний (защита шинок, питающих непосредственных потребителей автоматическими выключателями, имеющими выдержку времени (селективные автоматы), верхний (защита главных шинок на щите постоянного тока (ЩПТ) головными селективными автоматами).

Из отечественных выключателей для защиты системы ОПТ можно рекомендовать АВ следующих типов:

Для нижнего уровня зашиты - АП50Б, ВА19-29 с номинальными токами моментальных расцепителей от 1,6 до 63 А и от 0,6 до 63 А соответственно. Полное время действия указанных АВ не превышает 50мс (83тм-т2, табл.1).

Для среднего уровня зашиты - А3793С производства Харьковского завода ХЭМЗ (НПО «ВИРА», ЛТД) с номинальным током полупроводникового расцепителя 160А и калибруемыми значениями номинального рабочего тока полупроводникового расцепителя от 20 до 160 А и по времени срабатывания от 0,1 до 0,5 с. ступенями по ОД с.

Для верхнего уровня зашиты - А3793С с колибруемым значением номинального рабочего тока полупроводникового расцепителя от 160 до 630 А и максимально возможным током срабатывания АВ 1^=6x630=3780 А.

83тм-т4

2.ВЫБОР СХЕМЫ ДЛЯ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ПОДСТАНЦИЯХ С ДВУМЯ АККУМУЛЯТОРНЫМИ БАТАРЕЯМИ.

Система ОПТ на ПС с двумя АБ должна иметь четыре независимых канала питания потребителей постоянного тока по два канала от каждой АБ. Выводы обоих каналов каждой АБ соединены между собой в помещении АБ, каждый канал имеет свои проходные изоляторы и подключенные к ним кабели, которые на щите постоянного така соединены с головными автоматами (верхний уровень защиты), вторые полюса которых подключены к со-ответсвующим секциям шинок ЩПТ. Секции шинок ЩПТ каждой АБ попарно соединены между собой кабельными перемычками или перемычками в виде шинок. Каждая перемычка имеет один нормально отключенный АВ с селективными уставками.

Перемычки между секциями шинок разных АБ включаются в режиме резервирования при выходе из строя одного из каналов питания или одной из двух АБ. При этом, включаются, соответственно, одна или обе перемычки. В пределах одной АБ возможно резервирование между собой обоих каналов питания на верхнем и среднем уровнях защиты с помощью рубильников или переключателей. Система резервирования показана на рис.1.

От главных секций каждого канала питания на ЩПТ через АВ, осуществляющих средний уровень защиты, питаются шинки на щите релейной защиты (± ЕС РЗА), на щите управления (± ЕС ОПУ), в ЗРУ (± ЕС РЗА+У). Шинки питания электромагнитов включения (± EY) рекомендуется подключить только к одному из двух каналов каждой АБ.

При указанном построении система ОПТ на ПС содержит по 4 секции питания устройств РЗА и цепей управления выключателей, между которыми распределяются соответствующие устройства. Экономически наиболее це лесообразно, чтобы толчковый ток от одной секции при отключении группы

(33 ГМ- г А

6ВЙ	ин-ггов
	п™ 104+йп
3 нанки	|4 ионол

У с/| о в н ы е _ о§ о з на м §]

DB1 - аккумуляторная Батарея N 1 ЗГ1АЗ' нарядно-ПоАзаряАиыи Огрет ат N 3 $П аатоматиУЕ^кии выключатель- постоянного тока 14 1 si • рубильник или эамЕН1яюции его переключатель

SKJ.....SK6 - секции ГЛОВНЫК ЫИИОК На ците постоянного TQKQ

SK7/SK8.,SKM1.,SKI2 шинки в ОПМ питаюцие цепи управления выключателей SK9,,SK10 ,SKJ 3,$К14 - ыинки, . питрюкие устройство релейной

асциты и дв томат ики .

SK15*SK16~Iijhhkm в ЗРУ.. питаоцие цепи управления и рвивимои эаци-гы.

Рис. 1 . Схема включения перемычек РЕзервтуиоцих каналы питания на ЩПГ,