Проектирование гидроэлектростанции

Установлено, что на подстанции имеется незаземленное оборудование, оборудование, заземленное последовательно и оборудование, не связанное с основным устройством подстанции.

Результаты измерения значений удельного сопротивления грунта на территории станции

Рисунок 10.1 - Зависимость «кажущегося» значения удельного сопротивления грунта от глубины

Результаты измерения значений удельного сопротивления грунта на территории подстанции приведены на рисунке 10.1 (зависимость «кажущегося» значения удельного сопротивления грунта с от глубины, м). Измерения проводились по методу вертикального электрического зондирования.

Измерение сопротивления заземляющего устройства станции

Сопротивление ЗУ измерялось по методу амперметра-вольтметра с помощью прибора КДЗ-1 в соответствии с РД 153-34,0-20,525-00, п.2.4. Измерения на каждом ОРУ станции показали следующее:

ОРУ-110 кВ - R_зу = 0,19 Ом

ОРУ-220 кВ - R_зу = 0,15 Ом

ОРУ-500 кВ - R_зу = 0,15 Ом

Измерение напряжений прикосновения на ОРУ-500/220/110 кВ

В соответствии с ПУЭ п.1.7.91 и ГОСТ 12.1.038-82, значения напряжения прикосновения для режимов однофазного КЗ не должны превышать 65 В (для времени срабатывания резервной защиты более 1 сек.) для рабочих мест, где при производстве оперативных переключений могут возникнуть КЗ на конструкции, доступной для прикосновения производящему переключения персоналу. При этом на остальных местах значения напряжения не должны превышать 500 В (для времени срабатывания основной защиты 0,1 сек.).

Измерения осуществлялись в соответствии с с РД 153-34,0-20,525-00, п.2.5. при КЗ на оборудовании, расположенном на участках ОРУ с недостаточным количеством продольных и поперечных горизонтальных заземлителей.

Измерения показали, что напряжения прикосновения на ОРУ-110 кВ и на ОРУ-220 кВ на части оборудования превышают допустимые значения.

Напряжения прикосновения на рабочих местах разъединителей на ОРУ-110/220/500 кВ при однофазном коротком замыкании превышают 65 В.

На ОРУ-500 кВ напряжения прикосновения на остальном оборудовании не превышают допустимые значения.

Расчет значений сопротивлений ЗУ и напряжения на заземляющем устройстве ОРУ при замыкании на землю

Эквивалентное значение удельного сопротивления грунта с, приведенное к двухслойной модели, составило: с верхнего слоя 151 Ом·м, с нижнего слоя 31 Ом·м, толщина верхнего слоя 1,1 м.

Эквивалентные значения удельного сопротивления грунта с, приведенные к двухслойной модели, составили: с верхнего слоя 274 Ом·м, с нижнего слоя 31 Ом·м, толщина верхнего слоя 1,2 м.

При данных параметрах грунта расчетное значение сопротивления заземляющего устройства при КЗ на ОРУ-500 кВ составляет 0,15 Ом, на ОРУ-220 кВ - 0, 15 Ом, на ОРУ-110 кВ - 0,19 Ом.

При КЗ на шинах ОРУ-110 кВ расчетные значения напряжения на заземляющем устройстве ОРУ (U_ЗУ = I_КЗ·R_ЗУ) составляют 3,3 кВ, что соответствует требованиям ПУЭ.

При КЗ на шинах ОРУ-220 кВ расчетные значения напряжения на заземляющем устройстве ОРУ составляют 2,8 кВ, что соответствует требованиям ПУЭ.

При КЗ на шинах ОРУ-500 кВ расчетные значения напряжения на заземляющем устройстве ОРУ составляют 1,2 кВ, что соответствует требованиям ПУЭ.

Расчет значений напряжений прикосновения на территории ОРУ

Расчеты значений напряжения прикосновения проводились для режимоф однофазного КЗ на шинах ОРУ-500/220/110 кВ на оборудовании, расположенном на участках ОРУ с недостаточным количеством продольных и поперечных горизонтальных заземлителей, образующих заземляющую сетку с ячейками больших размеров.

Проведенные расчеты показали, что при однофазном КЗ на шинах ОРУ-110 кВ напряжение прикосновения превышает предельно допустимое значение 500 В для оборудования подстанции и превышает предельно допустимое значение 65 кВ для рабочих мест разъединителей.

Проведенные расчеты показали, что при однофазном КЗ на шинах ОРУ-220/500 кВ напряжение прикосновения не превышает предельно допустимое значение 500 В для оборудования подстанции.

При однофазном КЗ на шинах ОРУ-220/500 кВ напряжение прикосновения превышает предельно допустимое значение 65 кВ для рабочих мест разъединителей.

Расчет термического нагрева заземляющих проводников при коротких замыканиях на землю

Минимально допустимое сечение проводников S заземляющего устройства определяются по следующему выражению, исходя из допустимой по ПУЭ температуры нагрева:

,

где I - действующее значение тока короткого замыкания, протекающего по проводнику, A;

t - время отключения короткого замыкания, c;

k - коэффициент, значеник которого зависит от материала проводника, его начальной и конечной температур

,

где Q - объемная теплоемкость материала проводника, Дж/(°C·мм³);

B - величина, обратная температурного коэффициенту сопротивления при 0°C для проводника, °C;

с₂₀ - удельное электрическое сопротивление проводника при 20°C, Ом·мм;

и_t и и_i - конечная и начальная температура проводника, °C.

Таблица 11.1

Значения B, Q и с₂₀ для проводников из различных материалов

Материал	B, °C	Q, Дж/(°C·мм3)	с20, Ом·мм
Сталь	202	0,0038	138·10-6

Расчеты показали, что при КЗ на ОРУ-110 кВ при учете коррозии сечение заземляющих проводников не соответствует требованиям ПУЭ. Необходимо выполнить дополнительные заземляющие проводники.

Воздействие токов и напряжений промышленной частоты при замыкании на землю

При КЗ на землю потенциал по заземляющему устройству распределяется неравномерно (в месте замыкания имеет место подъем потенциала). Если значение разности потенциалов на ЗУ превысит испытательное напряжение для контрольных кабелей, подходящих к оборудованию или устройствам автоматизированных систем технологического управления (АСТУ), возможно обратное перекрытие изоляции кабелей или устройств. Кроме того, ток КЗ, распределяясь по заземленным оболочкам, броне и экранам кабелей, вызовет повреждение кабелей, если будут превышены допустимые по термической стойкости нагрузки.

При замыкании на землю ток в экране контрольного кабеля (наиболее часто используется экранированный кабель типа КВВГэ), проложенного от оборудования до РЩ, не должен превышать 385 А (допустимое по термической стойкости значение для времени воздействия 0,1 с, соответствующего полному времени отключения КЗ основной защитой). Напряжение, воздействующее на изоляцию кабеля, не должно превышать 2 кВ.

В результате проведенных измерений получено:

При КЗ на шинах ОРУ-110 кВ ток в экране контрольного кабеля превышает допустимое значение; напряжение, воздействующее на изоляцию кабеля, также превышает допустимые значения.

При КЗ на шинах ОРУ-220 кВ ток в экране контрольного кабеля превышает допустимое значение, напряжение, воздействующее на изоляцию кабеля, не превышает допустимые значения.

При КЗ на шинах ОРУ-500 кВ ток в экране контрольного кабеля не превышает допустимое значение; напряжение, воздействующее на изоляцию кабеля, также не превышает допустимые значения.

Импульсные помехи, вызванные повышением потенциала заземлителя при протекании ВЧ составляющей тока КЗ на ОРУ-500/220/110 кВ

При возникновении КЗ на землю в цепях ВН происходит разряд емкостей кабелей, оборудования и шин на землю, результатом чего является стекание с заземлителя импульсного тока высокой частоты. Часть импульсного напряжения, возникающего в месте ввода тока в заземлитель, при этом передается в цепи, подходящие к оборудованию, и затем на аппаратуру систем вторичной коммутации.

Для определения уровней воздействующих на аппаратуру импульсных напряжений моделировалось стекание ВЧ составляющей тока КЗ с заземлителя. Затем проводились измерения импульсного сопротивления оборудования и уровни воздействующих напряжений на аппаратуру вторичной коммутации.

Моделирование растекания ВЧ составляющей тока КЗ с заземлителя проводилось при помощи генератора высокочастотных импульсов ГВЧИ-4П.

Результаты измерений приводились к реальному значению ВЧ составляющей тока КЗ на подстанции.

Уровни импульсных помех в цепях напряжения, тока, управления и сигнализации РзиА не должен превышать 2,5 кВ для помехи общего вида и 1 кВ для помехи дифференциального типа при протекании по оборудованию высокочастотной (ВЧ) составляющей тока КЗ (связанной с разрядом шин и емкостей оборудования). Для ОРУ-110 кВ амплитуда ВЧ составляющей тока принимается равной 1 кА. Для ОРУ-220 кВ амплитуда ВЧ составляющей тока принимается равной 2 кА. Для ОРУ-500 кВ амплитуда ВЧ составляющей тока принимается равной 3,5 кА.

Значения импульсных помех при КЗ на ОРУ-500/220/110 кВ не превышают допустимые значения для цепей напряжения, токовых цепей и цепей управления.

Импульсные помехи, вызванные ударами молнии

Параметры тока молнии для расчета выбирались в соответствии с рекомендациями МЭК (стандарт 61312-1):

При расчетах распределения потенциала I_m = 100 кА, ф_фр = 10 мкс.

Для определения возможности обратного перекрытия с заземлителя на кабели вторичных цепей проводились измерения распределения потенциалов по заземляющему устройству при ударе молнии в молниеприемники с помощью измерительного комплекса ИК-1.

Допустимый уровень импульсного напряжения, при котором возникновение обратного перекрытия маловероятно, на заземлителе вблизи кабельного канала определялся по средней напряженности, при которой начинается пробой грунта - 300 кВ/м. При этом принималось, что заземлитель расположен под кабельным каналом на расстоянии не менее 0,5 м. При этих условиях предельно допустимое импульсное напряжение на заземлителе вблизи кабельного канала составляет 150 кВ. В том случае, если шина с молниеотвода заходит непосредственно в кабельный канал или на молниеотводе расположен шкаф цепей вторичной коммутации, то воздействие потенциала молниеотвода при ударе будет происходить непосредственно на изоляцию кабелей, импульсная прочность которой принималась равной 20 кВ (в соответствии с ПУЭ).

На электростанции имеются прожекторные мачты, не связанные с ЗУ, что не соответствует требованиям ПУЭ.

Диагностика заземляющих устройств ПС 220 кВ

Цель проведения обследования



Рисунок 10.2 Схема расположения и геометрические размеры ОРУ ПС

№ п/п	Наименование	Зав. №	Кол-вл	Дата поверки	Цель использования
1	Система локации кабелей и труб RD4000	148459RS	1	не требуется	РС, металлосвязь (Rсв)
2	Определитель напряжения прикосновения ОНП-1	1	1	1 кв. 2009	сопр. ЗУ (Rзу), напр. прикосновения (Uпр), (Rсв)
3	Лазерный дальномер Leica CH-9435	731499	1	не требуется	РС
4	Струбцина	-	4	-	РС, сопр. ЗУ (Rзу), Uпр, Rсв
5	Измерительный токовый и потенциальный электроды	-	3	-	сопр. ЗУ (Rзу), Uпр
6	Провод сечением 4 мм2	-	1x200 м	-	РС
7	Катушки с проводом	-	2x1200 м		сопр. ЗУ (Rзу), Uпр, Rсв
8	Штангенциркуль	-	1	-	сечение заземл. прков, коррозионное сост
9	Молоток массой 1 кг	-	1	-	сопр. ЗУ (Rзу), Uпр

Обстоятельства обследования, используемая аппаратура

Комплексное обследование технического состояния и определение реальной схемы ЗУ ПС «Киров» проводились 24-30.08.2009 г. Бригадой специалистов Уральского участка Новосибирской СПБ ЭСС ЕНЭС согласно утвержденных главным инженеров ППМЭС Урала программам.

Обследование проводилось при температуре окружающего воздуха t_окр = +15 ч +23°C, относительной влажности воздуха 25-30%.

Комплексное обследование и определение РС ЗУ проводилось с использованием аппаратуры и принадлежностей, указанных в таблице 7.3.

Методика определения трассы прокладки горизонтальных заземлителей и глубины их залегания

Для определения трассы прокладки и глубины залегания продольных и поперечных горизонтальных заземлителей, используются входящие в комплект трассопоисковой системы RD4000: источник переменного синусоидального тока (ПТ), который подключается к различным удаленным друг от друга точкам ЗУ и создает в проводниках ЗУ ПТ частотой 640 - 32800 Гц, а также приемник (антенна). Места залегания горизонтальных заземлителей определяются путем анализа распределения напряженности магнитного поля над поверхностью земли, создаваемого протекающим по проводникам ЗУ током от источника ПТ. Особенностью создаваемого магнитного поля является наличие ярко выраженных максимумов значений тангенциальной к земле составляющей его напряженности над местами залегания горизонтальных заземлителей. То есть, место, где значение магнитной напряженности максимально, соответствует месту залегания горизонтального заземлителя с протекающим по нему током.

Рисунок 11.2 Определение направления прокладки горизонтального заземлителя (вид сверху)



Расположение приемника (антенны), представляющего собой плоскую катушку индуктивности, позволяет также определить направление залегания горизонтальных заземлителей, при максимальном значении напряженности направление плоскости катушки соответствует направлению прокладки горизонтального заземлителя (рисунок 2).

Методика измерения сопротивления растекания по однолучевой схеме

Измерения сопротивления ЗУ (Rзу) проводится по однолучевой схеме (рисунок 7.3). Для измерения клеммы Т1, П1 прибора ОНП-1 подключается к заземляющему проводнику (ЗП) ЗУ при помощи струбцин. Выносной токовый электрод (ТЭ) забивается в грунт на глубину 1,0 м на расстоянии от контура заземления, равном 3-5 наибольших диагоналей ЗУ. Токовая клемма Т2 присоединяется к ТЭ проводом соответствующей длины.

Производится контроль величины суммарного сопротивления токовой цепи (сопротивлений проводов, электродов и грунта на участке измерения). Величина сопротивления токовой цепи не должна превышать 3 кОм, для того, чтобы прибор не выходил за пределы своей погрешности. Расстояние от ЗУ до ТЭ разбивается на 10 равных промежутков на границах которых поочередно забивается выносной потенциальный электрод (ПЭ) на глубину 70-80 см, для создания точки измерения. В каждой точке измерения ПЭ подключается к клемме П2 ОНП-1 при помощи провода, далее выполняется измерение сопротивления в данной точке. По полученным точкам строится график зависимости измеренного сопротивления Rзу от расстояния ПЭ до ТЭ. Если кривая монотонно возрастает и имеет в средней части горизонтальный участок и разница сопротивлений, измеренных при r_п = 0,4r_т и r_п = 0,6r_т не превышает 10%, за истинное значение сопротивления принимается значение при r_п = 0,5r_т.

Итоговое значение сопротивления ЗУ Rзу определяется с учетом сезонного коэффициента (Кс) по формуле:

,

где R_изм - сопротивление ЗУ, измеренное по однолучевой схеме, Ом;

Кс - сезонный коэффициент.

Рисунок 11.3 Схема измерения сопротивления заземляющего устройства, где r_т - расстояние до ТЭ, r_п - расстояние до ПЭ

Методика измерения напряжения прикосновения

Напряжение прикосновения (Uпр) определяется как разность потенциалов между доступными прикосновению металлическими частями оборудования и ПЭ.

Оценка Uпр производится косвенным методом, используя максимальное расчетное значение тока короткого замыкания для электроустановки обследуемого ОРУ, измеренные сопротивления и предельно допустимые уровни Uпр. Напряжение прикосновения определяется по выражению:

,

где Iз - значение тока замыкания на землю в месте измерения; R_изм - сопротивление, измеренное прибором, R_Ч - сопротивление тела человека, R_осн - минимальное из всех измеренных на объекте значений сопротивления основания.

Результаты проведенных работ

На основании результатов измерений в масштабе 1:500 составлена «Исполнительная схема заземляющего устройства ПС «Киров».

Выводы: заземляющая сетка электроустановок 220/110 кВ имеет рд недостатков:

1) отсутствуют или повреждены горизонтальные продольные и поперечные заземлители, образующие земляную сетку, а также соединяющие ЗУ с отдельно стоящими атвотрансформаторами АТ-5 и АТ-6;

2) отсутствуют или повреждены некоторые горизонтальные продольные и поперечные заземлители, образующие земляную сетку.

Результаты измерения сопротивления заземляющего устройства

Измерение сопротивления растеканию проводилось без отсоединения грозозащитного троса (на ОРУ-220 кВ), оболочек отходящих кабелей и других естественных заземлителей. Сопротивление токовой цепи составило 241 Ом, т.е. значительно ниже предельного значения 3 кОм, при котором прибор ОНП01 не выходит за предел допускаемой погрешности.

Результаты измерения Rзу сведены в таблицу 7.4.

Таблица 11.3

Результаты измерения сопротивления заземляющего устройства

rп/rт	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Rзу, Ом	0,110	0,237	0,342	0,408	0,411	0,419	0,576	0,690	0,880



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Пушков А.П. Проектирование главной схемы электрических соединений и схемы собственных нужд тепловой электрической станции [Текст]. Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию - Киров: Изд-во ВятГУ, 2008. - 71 с.

2. Справочник по проектированию электроэнергетических систем [Текст] / В.В. Ершевич, А.Н. Зейлигер, Г.А.Илларионов и др.; Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 с.

3. Проектирование главной схемы электрических соединений и схемы собственных нужд тепловой электрической станции [Текст]: Методические указания по курсовому и дипломному проектированию./ А.П. Пушков.-Киров: Изд. ВятГУ, 2008.-68 с.

Технологическая часть ТЭС Учебно-методическое пособие для дипломного проектирования / Д.М Суворов. - Киров: Изд. ВятГУ, 2009.- 64 с.

4. Тепловые и атомные электрические станции [Текст]: Справочник / Под редакцией В. А. Григорьева, В. М. Зорина. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 608 с.

5. Отраслевой каталог. Паротурбинные энергетические установки для ТЭС и АЭС [Текст]: отраслевой каталог - М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1994.

6. Теплотехнический справочник [Текст] /Под общ. ред. В.Н. Юренева, П.Д. Лебедева. Т2. -М.: Энергия, 1976. -896 с.: ил.

7. А.А. Александров, Б.А. Григорьев. Таблицы теплофизических свойств воды

и водяного пара [Текст]. Справочник. -М.: МЭИ, 1999. - 168 с.

8. Околович М.Н. Проектирование электрических станций [Текст]: Учебник для вузов. М.: Энергоиздат, 1982. - 400 с.: ил.

9. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций [Текст]: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989 - 608 с.: ил.

10. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций [Текст]: Учебник для техникумов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 648 с.: ил.

11.Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций и тепловых сетей [Текст]: ВНТП-81 Минэнерго СССР. - М.: ЦНТИ Информэнерго, 1981. - 141с.

12. Правила устройства электроустановок [Текст]: 7-е изд./М.:Деан, 2009.-708 с.

13. Голговских А.В. Релейная защита блоков турбогенератор - трансформатор [Текст]: Учеб. пособие. - Киров: Изд. ВятГТУ, 2006.-132 с.

14. Смирнов, А.Д. Справочная книжка энергетика [Текст]: справочное пособие/ А.Д.Смирнов, К.М. Антипов-М.: Энергоатомиздат, 1987.

15. Зуева, Н.А. Учебно-методическое пособие для выполнения организационно-экономического раздела в дипломных проектах [Текст]. 140204 -“Электрические станции” дневной и заочной форм обучения / Н.А.Зуева. - К.: ВятГТУ, 2011.

16. Методические указания по выполнению организационно-экономической части дипломных проектов [Текст]./ Н.А. Зуева. - Киров: Изд. ВятГУ, 2010.- 39 с.

Размещено на Allbest.ru