Реферат - Магистр ДонНТУ Васильев В.В. - Оценка токов КЗ в системе с.н. 6 кВ энергоблоков 200 МВт СбТЕС в связи с установкой на 4 энергоблоке котлоагрегата с ЦКС и изменениями параметров оборудования системы с.н.

На энергоблоке ст. №4 Старобешевской ТЭС выполнена замена пылеугольного котлоагрегата на котел типа АЦКС – 670. Это повлекло за собой изменение схемы и состава агрегатов с.н. на напряжениях как 6 кВ, так и 0,4 кВ. Кроме того на СбТЭС проведена замена ПРТСН на более мощные (40 МВА). Изменение схем питания и оборудования привели к увеличению величин токов КЗ и усложнению режимов работы оборудования и токопроводов.
Впервые расчеты токов КЗ в связи с реконструкцией блока ст. №4 СбТЭС были выполнены фирмой разработчиком проекта реконструкции блока “Mgengineering Lurgi Lentjes” и были получены токи КЗ 31,187 кА при «наихудших случаях» работы. После руководство СбТЭС поручило выполнить расчеты режимов самозапуска электродвигателей и токов КЗ Донецкому проектному институту „Теплоелектропроект”.
В данной работе величины токов КЗ предложено определять методами математического моделирования схемы главных электрических соединений и системы электроснабжения с.н. с применением средств вычислительной техники. по повышению надежности работы электрической части СбТЭС.

Выполненные на СбТЭС изменения в схемах главных электрических соединений и системы с.н. привели к изменению величин токов КЗ, что вызвало необходимость проверки электрического оборудования и токопроводов в первую очередь четвертого энергоблока.

Целью исследований является расчет токов КЗ в системе с.н. ТЭС с использованием методов математического моделирования с применением ПЭВМ, основанные на матричных методах расчета многоузловых электрических схем. Проверка оборудования и токопроводов по условиям действия этих токов.

Схема электрических соединений СбТЕС на напряжениях 6 –; 220 кВ, рис. 1, имеет большое количество ветвей (более 300), узлов (более 200) и расчетных точек КЗ (более 100).

Рисунок 1. Эквивалентная схема СБТЭС (анимация состоит из 7 кадров с задержкой 80 мс между кадрами; количество циклов воспроизведения ограничено 5-ю)

В связи с тем, что секции с.н. энергоблоков напряжением 6 кВ могут получать питание от трех или четырех источников (на СбТЭС это собственные рабочие ТСН и ПРТСН 301Т и 302Т), расчеты токов КЗ были разъединены на два этапа. Сначала расчеты выполнялись в схеме главных электрических соединений для выяснения вопроса о наиболее мощном источнике питания секций с.н. со стороны главной схемы. Затем, рассчитывались токи КЗ собственно для секций с.н. с выбранным максимальным источником и с учетом подпитки от электрических двигателей [1]. В работе был применен метод узловых потенциалов в векторно-матричной форме записи. Его основное уравнение имеет вид

где Uu – вектор искомых напряжений узлов; Yu – квадратная матрица узловых проводимостей; Iu – вектор узловых токов. Учет активных сопротивлений всех ветвей расчетной схемы позволил автоматизировать нахождение постоянных времени затухания апериодических составных токов КЗ, а также основанных на них значений ударных токов КЗ, теплового импульса и др [4].

Для автоматизации формирования исходных матрицы Yu и вектора Iu применяется вспомогательная матрица описания ветвей V. В каждой строке этой матрицы для отдельной ветви расчетной схемы последовательно заносятся:

– символьное обозначение ветви;

– символьное обозначение узла, из которого выходит ток ветви;

– то же, но для тока ветви, который входит в узел;

– комплексное сопротивление ветви;

– величина ЭДС активной ветви (системы, генераторы, ЭД).

Поскольку в электрической схеме СбТЭС имеется несколько ступеней напряжения (220, 110, 35 и 6 кВ), расчеты токов КЗ для СГЭС выполнялись методом приближенного приведения в относительных единицах [5].

Результаты расчета токов КЗ от системы и генераторов в СГЭС и системе с.н. 6 кВ

Вначале были выполнены расчеты токов КЗ для СГЭС и системы рабочего и резервного электроснабжения с.н. 6 кВ СбТЭС без учета подпитки от ЭД.
Результаты расчета суммарных начальных значений периодических составляющих токов КЗ от всех источников энергии (энергосистем и генераторов) (кроме подпитки от ЭД), а также величины максимальных тепловых импульсов токов КЗ для секций с.н. напряжением 6 кВ первой очереди станции, секций с.н. всех энергоблоков СбТЭС, а также новых секций котлоагрегата с АЦКС приведены в таблице 1.

Таблица 1. Суммарные значения токов и тепловых импульсов КЗ на секциях с.н. энергоблоков

Место КЗ	Источник и величина КЗ
Место КЗ	ток от ТСН, кА	ток от ПРТСН, кА	ударное мгновенное значение, кА	тепловой импульс максимального тока КЗ, кА2 с
с.н. первой очереди ЭС
за 20Т		15,56	40,0	53,15
за 21Т
существующие с.н. энергоблоков (питание от 301Т)
4А	13,5	19,3	50,9	88,7
5А	13,2	18,5	48,75	81,3
6А	13,5	17,8	46,8	74,8
7А	-	17,1	45,0	71,0
8А	15,5	16,5	43,3	63,9
9А	16,0	15,75	41,3	55,9
существующие с.н. энергоблоков (питание от 302Т)
10А	13,4	16,5	43,6	65,6
11А	13,4	17,1	45,3	71,0
12А	13,75	17,8	47,1	77,1
13А	13,6	18,5		84,0
Новые секции котлоагрегата с АЦКС
4BBA		18,75	49,1	56,9
4BBB		18,74	49,0	56,7

Как видно из табл. 1 в большинстве случаев (кроме блока ст. № 9) ток КЗ от системы со стороны резервных источников превышает ток КЗ от рабочих источников. Таким образом, максимальные токи КЗ от системы были выбраны в качестве основных для проведения дальнейших расчетов. По этим максимальным токам КЗ в этой же таблице (см. табл.1) были рассчитаны ударные мгновенные токи КЗ и их тепловые импульсы для расчета термической стойкости оборудования и токопроводов.

Результаты проверки оборудования и токопроводов системы собственных нужд

Суммарные значения токов КЗ и их составляющих состоят из токов КЗ от системы и генераторов и токов КЗ подпитки от ЭД. Суммирование проведем по отдельным составляющим токов КЗ [2].

2.1. Отключающая способность выключателей ячеек КРУ 6 кВ

Данные проверки отключающей способности выключателей ячеек КРУ системы с.н. 6 кВ приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты проверки выключателей ячеек КРУ фидеров с.н. 6 кВ энергоблоков ст. №№ 4 – 13

Секция с.н. 6 кВ	Периодическая составляющая			Апериодическая составляющая
Секция с.н. 6 кВ	I_{nt расч}кА	I_отклкА	i_превыш%	i_{аt расч}кА	BI_откл,кА	i_превыш,%
4 А 5 Б 6 Б 8 Б 9 Б 10 Б 11 Б 12 Б 13 Б	23,96 20,7 20 18,6 18,2 18,9 19,2 20,05 20,5	31,5 20 20 20 20 20 20 20 20	- 3,5 - - - - - 0,25 2,5	14,8 6 5,7 5,1 3,1 5,97 6,2 6,6 6,9	10,1 1,74 1,74 1,74 1,74 1,74 1,74 1,74 1,74	-- 14.7 10.5 2,1 -- 6,5 8.5 13.7 16.7
1 очередь	15,6	20	-	2,3	1,74	--

Как видно из табл. 2, по отключающей способности выключатели ячеек КРУ фидеров с.н. 6 кВ энергоблоков и с.н. 1 очереди станции ( кроме ячеек с.н. 4 энергоблока и с.н. 1 очереди ТЭС) находятся либо на предельном значении, либо превышают его (максимум до 16,7%) .

2.2. Динамическая стойкость ячеек КРУ 6 кВ

Данные проверки по динамической стойкости ячеек КРУ приведены в таблице 3.

Таблица 3. Результаты проверки выключателей ячеек КРУ фидеров с.н. 6 кВ энергоблоков и с.н. 1 очереди ТЭС

Секции с.н. 6 кВ	4 А	5 Б	6 Б	8 Б	9 Б	10 Б	11 Б	12 Б	13 Б	с.н.1-ой очереди
i_уд,кА	76,4	73,1	71,4	67,2	64,9	69,9	69	72,4	70,9	40
i_доп	82	52	52	52	52	52	52	52	52	52
%	-	40,6	37,7	29	24,8	34,4	32,7	39,2	36,3	-

Как видно из табл. 3, на всех энергоблоках, кроме реконструированного ст. № 4 и с.н. первой очереди, ячейки КРУ фидеров отходящих присоединений являются динамически неустойчивыми и требуют замены на более мощные с отключающей способностью 31,5 кА. Сказанное относится и к самой ячейке, и к её выключателю, и к измерительным трансформаторам тока.

2.3. Проверка на термическую стойкость

Данные проверки на термическую стойкость выключателей ячеек КРУ и кабелей фидеров приведены в таблице 4.

Таблица 4. Результаты проверки выключателей ячеек КРУ с.н. 6 кВ и отходящих кабелей на термическую стойкость

Секция с.н. 6 кВ	Расчетное B_k, kA			B_kдоп.ячейки, kA²*c	Минимальное сечение кабеля,
Секция с.н. 6 кВ	от С	от ЭД		B_kдоп.ячейки, kA²*c	Минимальное сечение кабеля,
4 А 5 Б	88,7 81,3	9,1 8,2	97,8 89,5	2976,7 2000	110 105
6 Б 8 Б	74,8 63,9	8,4 7,9	83,2 71,8	2000 2000	101,3 94,1
9 Б 10 Б	55,9 65,6	7,9 9,6	63,8 75,2	2000 2000	88,8 96,4
11 Б 12 Б	71,0 77,1	7,8 8,9	78,8 86,0	2000 2000	98,6 103
13 Б 1 очередь	84,0 53,2	6,6 -	90,6 53,2	2000 2000	105,8 81

Как видно из данных табл.4, сечения кабелей 3·70мм² должны быть заменены на большие по сечению 3·95мм² , и даже 3·120мм². Термическая же стойкость ячеек КРУ удовлетворительна.

Вывод

Исходя из полученных токов КЗ после установки котлоагрегата АЦКС и установкой нового ПРТСН показало, что большая часть оборудование которое было установлено до этого, не проходит по допустимым показателя проверки:

– отключающей способности выключателей ячеек КРУ;

– динамической устойчивости.

Исследование были проведены без учёта сопротивления кабелей и не по конкретизированным станционным данным.

При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Дата окончательного завершения работы: декабрь 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его научного руководителя после указанной даты.

Васильев Вячеслав Викторович

Электротехнический факультет

Кафедра электрических станций

Специальность «Электрические станции»