Автоматизация расчетов режимов работы электрической части подстанций

Аннотация

Павлюко В.А., Коваленко А.В., Грунь С. А. Автоматизация расчетов режимов работы электрической части подстанций. Рассмотрено применение САПР для создания проекта реконструкции реального энергообъекта Донбасса. Описана реализация данного проекта, включая этапы: расчет токов короткого замыкания и выбор основного электротехнического оборудования.

Введение.

В мире происходит постоянное обновление и усовершенствование коммутационного и силового оборудования на энергообъектах. В связи с этим появляется необходимость реконструкции существующих объектов. Уже давно существует тенденция автоматизации проектных расчетов, которые уменьшают трудоемкость и затраты времени. Подобные системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют выполнять все необходимые расчеты, формировать выходную документацию, визуализировать отдельные технические процессы и модели. Однако, далеко не каждая САПР позволяет произвести весь процесс проектирования, начиная от построения схемы и заканчивая формирования выходной документации.

Цель исследования

Создать проект реконструкции реального энергообъекта Донбасса с использованием САПР.

Материал и методы

На кафедре Электрические станции ДонНТУ для расчета переходных режимов работы электроустановок была создана программа CAD_Electric_2018 [1,2] . В качестве платформы разработки была принят графический редактор AutoCAD.

На базе САПР была создана расчетная схема высоковольтной подстанции и проведен анализ режимов ее работы. Высоковольтная часть схемы (рис. 1) была сформирована с помощью созданных в САПР графических блоков с набором параметров. Приняты следующие условные обозначения: С – энергосистема, АТ – автотрансформатор, ТСН – трансформатор собственных нужд, СШ – система шин, ГЩУ – главный щит управления, К – расчетная точка короткого замыкания.

Для обеспечения коммутаций и подключения секций 0.4 кВ к ТСН, были созданы с помощью встроенного в AutoCAD редактора блоков следующее оборудование: коммутирующийся блок разъединителей (рис. 2), коммутирующийся блок автоматов.

Согласно оперативной схеме подстанции ОРУ 110 кВ, а вместе с ним и системы, были разбиты на две части (шиносоединительный выключатель отключен). ОРУ 220 и 330 кВ не разбиваются по условиям текущего режима. ОРУ 35 кВ также разбито на 2 части.

Расчет токов КЗ выполняется с использованием метода узловых потенциалов в матричной форме представления данных. Для проверки устройств РЗА по чувствительности в САПР предусмотрен расчет токов двухфазных КЗ в минимальном режиме.

Результаты исследования

Была создана символьная база данных коммутационного оборудования в электронной таблице Excel. Для исследуемой высоковольтной подстанции были выполнены расчеты симметричных трехфазных КЗ в максимальном режиме работы подстанции и с их помощью проверено установленное коммутационное оборудование, а также оборудование, рекомендуемое для реконструкции. Примеры сводной таблицы расчета токов КЗ и выходной таблицы проверки оборудования приведены соответственно на рисунках 3 и 4.

Была создана символьная база данных коммутационного оборудования в электронной таблице Excel [4]. Для исследуемой высоковольтной подстанции были выполнены расчеты симметричных трехфазных КЗ в максимальном режиме работы подстанции и с их помощью проверено установленное коммутационное оборудование, а также оборудование, рекомендуемое для реконструкции. Примеры сводной таблицы расчета токов КЗ и выходной таблицы проверки оборудования приведены соответственно на рисунках 3 и 4.

Выводы

1. Создана электронная расчетная схема распределительных устройств и системы собственных нужд подстанции, позволяющая моделировать переходные процессы в максимальных и минимальных режимах работы подстанции, изменяя ее топологию имитацией переключения коммутационных аппаратов.

2. Для максимальных режимов работы подстанции выполнены расчеты токов КЗ, по которым проведена проверка основного коммутационного и измерительного оборудования всех классов напряжения, показавшая допустимость его дальнейшей эксплуатации.

Список использованной литературы

1. Официальный сайт CAD Electric Education . https://es-cad.ru/choosing-of-main-equipment/
2. Павлюков В. А. Учебная САПР электрической части станций и подстанций : учеб. пособие / В. А. Павлюков, С. Н. Ткаченко, А. В. Коваленко. - Харьков : ФЛП Панов А. Н., 2016. – 124 с.
3. Павлюков В. А. Моделирование минимальных режимов работы электроустановок в УСАПР / В. А. Павлюков, А. В. Коваленко, С. А. Носач // Инновационные перспективы Донбасса: материалы IV Международной научно-практической конференции. Секция Перспективы развития электротехнических, электромеханических и энергосберегающих систем, 23 мая 2018 г., г. Донецк. Т. 2. – Донецк: ДонНТУ, 2018. – С. 12-15.
4. Павлюков В. А. Применение САПР для учебного проектирования распредустройств электростанций и подстанций / В. А. Павлюков, С. Н. Ткаченко, А. В. Коваленко // Актуальные проблемы электроэнергетики сборник научно-технических статей: посвящается 80-летию со дня рождения проф. С. В. Хватова. Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева; Образовательно-научный институт электроэнергетики. 2018. – С. 273-278.