Электрическая часть станций и подстанций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АННОТАЦИЯ

Дана характеристика ГПП-19, описана система электроснабжения, потребители и требования к надёжности их электроснабжения. На основе расчётных нагрузок выполнена проверка электрооборудования в нормальном и послеаварийном режимах. Выполнена проверка токоведущих частей и коммутационной аппаратуры на стойкость в аварийном режиме. Рассчитаны потери напряжения и мощности в линиях. Изучена система релейной защиты и автоматики, произведён расчёт уставок для питающей и отходящей линии, а также силового трансформатора. Описана схема собственных нужд. Также рассмотрены вопросы обеспечения показателей качества электроснабжения. Особое внимание уделено вопросу компенсации реактивной мощности на подстанции, произведён анализ применяемых фильтрокомпенсирующих устройств и экономическая оценка эффективности их использования. Оценена надёжность схемы электроснабжения ГПП-19. Рассмотрены вопросы охраны труда и обеспечения безопасности жизнедеятельности на подстанции.



ВВЕДЕНИЕ

В данном дипломном проекте рассматривается главная понизительная подстанция №19 ОАО «НЛМК». ГПП-19 введена в работу в 2009 году в ходе программы по реконструкции конверторных цехов №1, 2 ОАО «НЛМК». В ходе программы в КЦ-1, КЦ-2 ведётся сооружение агрегатов «печь-ковш» (АПК). АПК предназначены для внепечной обработки металла после его плавки в конверторе перед подачей на машины непрерывной разливки стали. ГПП-19 осуществляет приём электроэнергии, понижение напряжения со 110 кВ до 35 кВ и распределение её между потребителями на напряжении 35 и 6 кВ.

ГПП-19 представляет собой пример использования современного высокотехнологичного электрооборудования, которое может применяться не только при строительстве новых подстанций, но и при модернизации уже существующих. В состав оборудования ГПП-19 входят:

- закрытое распределительное устройство ЗРУ-110 кВ;

- открытое распределительное устройство ОРУ-110 кВ с двумя силовыми трансформаторами мощностью по 160 МВА. Учитывая характер нагрузки, на ГПП-19 применяются специальные трансформаторы, приспособленные для работы в режиме пиковых нагрузок;

- комплектное распределительное устройство КРУ-35 кВ содержит две системы шин с вакуумными выключателями, разъединителями, трансформаторами тока и напряжения и ОПН;

- комплектное распределительное устройство КРУ-6 кВ содержит две системы шин с вакуумными выключателями, разъединителями, трансформаторами тока и напряжения и ОПН;

- два фильтркомпенсирующих устройства (ФКУ) 35 кВ мощностью по 30 МВАр. Учитывая, что устройства АПК существенно снижают показатели качества электроэнергии, а также потребляют значительную реактивную мощность из сети, применение ФКУ на ГПП-19 позволяет существенно сократить влияние потребителей на питающую сеть, а также добиться значительной экономии электроэнергии за счёт сокращения потребления реактивной мощности из сети;

- главный щит управления, в котором находятся панели управления, релейной защиты и автоматики, пожарной и охранной сигнализации;

- два трансформатора собственных нужд;

- щит собственных нужд - 0,4кВ;

- щит постоянного тока;

- аккумуляторная батарея;

- системы вентиляции и кондиционирования воздуха;

- станция газового пожаротушения;

- освещение подстанции.

Кроме того, на ГПП-19 используются современные микропроцессорные средства релейной защиты и автоматики (РЗА) на базе терминалов фирмы Siemens. Это позволяет осуществлять проверку и настройку уставок релейной защиты с помощью одного программатора. Кроме того, микропроцессорные терминалы РЗА позволяют добиться высокой точности срабатывания, существенно повышают быстродействие, селективность и надёжность системы РЗА подстанции, что особенно важно, учитывая ответственность и наличие мощного дорогостоящего оборудования потребителей.

Для прокладки кабельных линий на ГПП-19 используются современные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена которые имеют высокие показатели безопасности, просты в обслуживании и позволяют обеспечить пропускную способность на 15ч30% выше, чем у маслонаполненных кабелей, за счёт повышения рабочей температуры проводящей жилы с 70^оС до 90^оС.

Потребителями ГПП-19 являются агрегаты «печь-ковш» КЦ-1, КЦ-2. Основными потребителями КРУ-35 кВ являются два печных трансформатора мощностью 45 МВА, установленные в КЦ-2 и два печных трансформатора мощностью 25 МВА, установленные в КЦ-1. Кроме того, от КРУ-35 кВ запитываются собственные нужды подстанции. Потребителями КРУ-6 кВ являются трансформаторные подстанции, обеспечивающие питание собственных нужд агрегатов печь-ковш и двигатели газоочистки.

Агрегаты «печь-ковш» обеспечивают технологический процесс рафинирования металла в ковше под высокоосновным безжелезистым шлаком и инертной атмосферой над расплавом металла с эффективным раскислением и десульфурацией металла, снижением содержания газов и неметаллических включений. В результате перемешивания металла инертным газом создаются благоприятные условия для усреднения температуры и химического состава металла, в объёме ковша достигается высокий уровень воспроизводимости условий от плавки к плавке и высокое усвоение элементов. Также АПК обеспечивает выдержку металла, в случае необходимости, с регулирующим нагревом, выступая в качестве буфера между конвертером и отделением непрерывной разливки стали. Это позволяет избежать излишнего перегрева металла в конвертере, обеспечивая вместе с тем, необходимую температуру металла на входе в машину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Кроме того при внепечной обработке стали в сталеразливочный ковш загружаются по расчёту ферросплавы для доведения химического состава стали до заданных условий для данной марки с обеспечением меньшего угара легирующих элементов и сокращения расхода ферросплавов.

Учитывая вышесказанное, видно, что нарушение электроснабжения потребителей ГПП-19 вызовет нарушение сложного технологического процесса, что может привести к простоям, выпуску продукции ненадлежащего качества и повреждению оборудования. По этой причине потребители ГПП-19 относятся к первой категории по надёжности электроснабжения. Питание КРУ-35 кВ осуществляется от двух независимых источников питания, которыми служат разные системы шин РП-1.

Потребители КРУ-35 кВ ГПП-19 имеют низкий коэффициент мощности и оказывают значительное влияние на питающую сеть, так как графики их нагрузки имеют циклический резкопеременный характер, что вызвано работой печных трансформаторов АПК. В связи с этим, на шинах 35 кВ питающей подстанции возникают провалы напряжения, нарушается гармонический состав тока и напряжения, несимметрия напряжения. Таким образом на ГПП-19 необходимо использовать устройства для компенсации реактивной мощности и повышения качества электроэнергии. Для этого к шинам КРУ-35 кВ подключены два фильтркомпенсирующих устройства мощностью по 30 МВАр. Эти устройства представляют собой LC-фильтры, настроенные на резонанс с наиболее ярко выраженными гармониками, генерируемыми устройствами АПК в процессе работы.

молниезащита электрооборудование схема подстанция



1. СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Описание схемы внешнего электроснабжения

Система электроснабжения ОАО «НЛМК» имеет разветвлённую структуру и состоит из системообразующих распределительных подстанций напряжением 110 кВ № 1, 2, главных понизительных подстанций, цеховых распределительных подстанций и комплектных трансформаторных подстанций, а также нескольких тупиковых подстанций, запитанных непосредственно от сетей ЕЭС. РП-1 и РП-2 110 кВ, а также тупиковые ГПП запитаны от районных подстанций напряжением 110/220 кВ «Северная», «Новая», «Металлургическая», которые в свою очередь получают питание от узловых подстанций «Липецкая» и «Борино» 500/220 кВ, а также от ТЭЦ-НЛМК и ТЭЦ-2. Все подстанции внешней системы электроснабжения связаны между собой по радиальным схемам.

РУ-110 кВ и КРУ-35 кВ ГПП-19 питаются от распределительной подстанции 110 кВ №1 (РП-1 110 кВ). Схема РП-1 110 кВ согласно номенклатуре включает в себя четыре рабочие системы шин, которые фактически являются двумя рабочими секционированными системами шин (СШ), а также секционированную обходную систему шин. I и II СШ, а также III и IV СШ соединены между собой секционными выключателями. I и III СШ, а также II и IV СШ соединены шиносоединительными выключателями. I и III СШ получают питание по двухцепной воздушной линии от подстанции «Новая». II и IV СШ получают питание по двухцепной воздушной линии от подстанции «Северная». Все подстанции схемы внешнего электроснабжения питаются по радиальным схемам. Под питание ГПП-19 построены ячейки № 33, 35 I и III СШ РП-1 110 кВ с возможностью перевода присоединения на любую из двух данных систем шин. Таким образом, электроснабжение РУ-110 кВ и КРУ-35 кВ осуществляется от двух независимых источников питания, которыми являются разные системы шин РП-1 110 кВ. При повреждении питающей воздушной линии питание системы шин осуществляется через секционные и шиносоединительные выключатели. Таким образом, схема электроснабжения соответствует требованиям к питанию потребителей первой категории по надёжности электроснабжения.

КРУ-6 кВ ГПП-19 получает питание от ячеек № 27-29, 40-42 РУ-6 кВ ГПП-16 по двум кабельным линиям. ГПП-16 получает питание по двум кабельным линиям от ячеек № 11, 22 РП-1 110 кВ. Таким образом, конечным источником питания КРУ-6 кВ ГПП-19 также являются две различные системы шин РП-110 кВ, однако КРУ-35 кВ и КРУ-6 кВ отделены друг от друга двумя ступенями трансформации, что обеспечивает исключение влияния потребителей с резкопеременной нагрузкой на напряжении 35 кВ на работу потребителей напряжением 6 кВ. Схема внешнего электроснабжения ГПП-19 представлена на рис.1.1.1.



1.2 Описание схемы внутреннего электроснабжения

Питание КРУ-35 кВ ГПП-19 осуществляется через два трансформатора типа ТДЦНМ-160000/250000/110/35, имеющих устройства регулирования напряжения под нагрузкой. Схема КРУ-35 кВ представляет собой одну рабочую секционированную систему шин. Трансформаторы и секции в нормальном режиме работают раздельно. При выводе одного из трансформаторов в ремонт соответствующая секция запитывается через секционный выключатель. Состав потребителей на каждой секции идентичен и включает в себя: печной трансформатор АПК КЦ-2 мощностью 45 МВА, печной трансформатор АПК КЦ-1 мощностью 25 МВА, трансформатор собственных нужд (ТСН) типа ТМГ-630/35/0,4. Также на каждой системе шин установлено ФКУ, включающее в себя три фильтра высших гармоник мощностью по 10 МВАр, и дугогасящий реактор.

КРУ-6 кВ также представляет собой одну рабочую секционированную систему шин. От каждой секции получают питание по одному трансформатору КТП-61 и по одному трансформатору КТП-62 мощностью 2500 кВА, а также по одному асинхронному двигателю газоочистки мощностью 700 кВт. Также на каждой секции КРУ-6 кВ размещено по пять резервных ячеек, которые будут использоваться для подключения дополнительных потребителей по мере реконструкции КЦ-1 и КЦ-2.

ГПП-19 является подстанцией тупикового типа, получающей питание по радиальным схемам. Потребителями подстанции являются новые агрегаты «печь-ковш» и сопутствующие установки, сооружаемые в ходе реконструкции КЦ-1 и КЦ-2 ОАО «НЛМК». Наличие независимых источников питания и устройств автоматического ввода резерва обеспечивает надёжное электроснабжение для потребителей первой категории.



2. РАСЧЁТ НАГРУЗОК

Шины низшего напряжения ГПП-19 относятся к пятой группе электроприёмников [1, с.47]. Нагрузки для данной группы рассчитываются на основе данных о суммарной установленной мощности потребителей и коэффициенте использования активной мощности, либо на основе средних значений потребляемой мощности, определяемых по графикам нагрузок. Однако в связи с тем, что ГПП-19 является новой подстанцией, ввод потребителей в эксплуатацию ещё не завершён, вследствие чего данные о коэффициенте использования активной мощности и графики нагрузок потребителей отсутствуют. Таким образом, в данном дипломном проекте расчёт нагрузок ведётся на основе проектных данных о максимальных нагрузках потребителей [2]. Максимальные нагрузки ГПП-19 сведены в табл.2.1, 2.2.

Таблица 2.1. Максимальные нагрузки для КРУ-35 кВ ГПП-19.

Наименование потребителя	P, МВт	Q, МВАр	S, МВА	I, А
КРУ-35 кВ
АПК-1 КЦ-2 яч. №7	36	27	45	742
АПК-2 КЦ-2 яч.№12	36	27	45	742
АПК-1 КЦ-1 яч. №9	20	15	25	412
АПК-2 КЦ-2 яч. №10	20	15	25	412
ТСН-1 яч. №15	0,504	0,378	0,63	10,3
ТСН-2 яч. №4	0,504	0,378	0,63	10,3
ФКУ-1 яч. №11		-30
ФКУ-2 яч. №8		-30

Таблица 2.2. Максимальные нагрузки для КРУ-6 кВ ГПП-19.

Наименование потребителя	P, кВт	Q, кВАр	S, кВА	I, А
КРУ-6 кВ
КТП-61 1Т яч. №13	782	242	818	78,7
КТП-61 2Т яч. №12	782	242	818	78,7
КТП-62 1Т яч. №9	770	690	1034	99,4
КТП-62 2Т яч. №16	770	690	1034	99,4
КТП-63 1Т яч. №15	875	221	902	86,8
КТП-63 2Т яч. №10	875	221	902	86,8
КТП-64 1Т яч. №1	1380	549	1485	143
КТП-64 2Т яч. №26	1380	549	1485	143
АД газоочистки АПК-1 яч. №11	700	487	853	83
АД газоочистки АПК-2 яч. №14	700	487	853	83

Нагрузки для питающих линий определяются на основании данных табл.2.1, 2.2 для нормального и утяжелённого режимов. Нормальным считается режим с раздельной работой секций КРУ-35 кВ и КРУ-6 кВ ГПП-19 и с полностью функционирующими устройствами ФКУ. Утяжелённым считается режим с работой распределительных устройств через одну питающую линию без компенсации реактивной мощности.

Нагрузки питающих линий в нормальном режиме работы:

- яч.№1-3, 16-18 КРУ-35 кВ (ввод на секции КРУ-35 кВ ГПП-19):

(2.1)

(2.2)

(2.3)

Токовые нагрузки питающих линий на напряжении 35 кВ составят:

(2.4)

Токовые нагрузки питающих линий на напряжении 110 кВ составят:

. (2.5)



- яч.№1-3, 22-24 КРУ-6 кВ (ввод на секции КРУ-6 кВ ГПП-19):

(2.6)

(2.7)

(2.8)

Токовые нагрузки питающих линий составят:

(2.9)

Нагрузки питающих линий в утяжелённом режиме работы:

- яч.№1-3, 16-18 КРУ-35 кВ (ввод на секции КРУ-35 кВ ГПП-19):

(2.10)

(2.11)

(2.12)

Токовые нагрузки питающих линий на напряжении 35 кВ составят:

(2.13)

Токовые нагрузки питающих линий на напряжении 110 кВ составят:

. (2.14)

- яч.№1-3, 22-24 КРУ-6 кВ (ввод на секции КРУ-6 кВ ГПП-19):

(2.15)

(2.16)

(2.17)

Токовые нагрузки питающих линий составят:

(2.18)

Данные по проектным максимальным и расчётным нагрузкам позволяют осуществить проверку электрооборудования по условиям длительной работы в нормальном и утяжелённом режимах.



3. ОБОСНОВАНИЕ ГЛАВНОЙ СХЕМЫ ПОДСТАНЦИИ

3.1 Схема РУ-110 кВ

На ГПП-19 применяется глубокий ввод напряжением 110 кВ. Это обусловлено большой мощностью потребителей КРУ-35 кВ и позволяет сократить протяжённость кабельных линий напряжением 35 кВ, что снижает потери электроэнергии, упрощает работы по прокладке кабелей, а также повышает надёжность электроснабжения. Схема РУ-110 кВ состоит из открытого и закрытого распределительного устройства и представляет собой схему без сборных шин на первичном напряжении с перемычкой между линиями глубоких вводов [1]. Такие схемы используются для питания трансформаторов подстанций глубокого ввода (ПГВ), особенно расположенных в местах плотной застройки и высокого загрязнения воздуха при небольшом числе присоединений. ГПП-19 занимает небольшую площадь вблизи КЦ-2. В связи с высоким содержанием в воздухе токопроводящей пыли, грязи и т.п. схема РУ-110 кВ выполнена в закрытом исполнении. В открытой части РУ расположены мощные трансформаторы специального исполнения, помещение которых в ЗРУ крайне затруднено из-за больших размеров. Перемычка между линиями вводов в нормальном режиме разомкнута. Она позволяет сохранить электроснабжение потребителей при выводе в ремонт или ревизию одного из трансформаторов или одной из питающих линий. Схема без сборных шин позволяет сократить количество коммутационных аппаратов, а также упростить обслуживание подстанции за счёт более простой и наглядной схемы. Необходимость перемычки обусловлена требованиями к надёжности электроснабжения потребителей.

3.2 Схема КРУ-35 кВ

Схема РУ-35 кВ ГПП-19 представляет собой одну рабочую секционированную систему шин. Такие схемы обычно применяются на распределительных устройствах вторичного напряжения ПГВ и ГПП с нагрузкой, состоящей преимущественно из электродвигателей и электропечей [1]. Преимущество такой схемы заключается в небольшом количестве коммутационных операций при производстве переключений, что снижает риск ошибки и повышает надёжность работы подстанции. Кроме того, разъединители в такой схеме не являются оперативными, а служат лишь для снятия напряжения с выключателя во время ревизии или ремонта. Поэтому для них достаточно простой и надёжной (обычно механической) блокировки, исключающей операции разъединителем под нагрузкой. Комплектное исполнение РУ позволяет сократить время монтажа и наладки РУ, а также упростить обслуживание и повысить безопасность работ в РУ. Это достигается за счёт однотипности конструкции ячеек КРУ, а также благодаря наличию выкатных тележек, обеспечивающих надёжный разрыв электрической цепи и позволяющих производить операции в ячейке на удалении от действующего электрооборудования. Наличие перегородок между ячейками КРУ позволяет снизить вероятность распространения повреждения ячейки на остальные элементы КРУ.

3.3 Схема КРУ-6 кВ

Распределительное устройство напряжением 6 кВ представляет собой одну рабочую секционированную систему шин, выполненную из комплектных ячеек. Эта схема обеспечивает одновременно простоту обслуживания и надёжность электроснабжения потребителей первой категории за счёт двух независимых источников питания.

Таким образом схема ГПП-19 является адекватной назначению распределительных устройств, типу и категории надёжности потребителей. Схемы РУ выполнены с применением минимально необходимого коммутационного оборудования, что вкупе с применением КРУ на напряжении 35 и 6 кВ позволяет добиться размещения ГПП-19 на небольшой площади вблизи КЦ-2, являющегося непосредственным потребителем подстанции. Схемы РУ ГПП-19 приведены на рис.3.1,3.2.



4. ВЫБОР СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

4.1 Выбор токоведущих частей

4.1.1 Выбор силовых трансформаторов

На понижающих подстанциях обычно устанавливается два и более трансформатора. Мощность трансформаторов выбирается с таким условием, чтобы при выводе наиболее мощного из них в ремонт, оставшиеся в работе трансформаторы обеспечивали питание полной нагрузки с учётом допустимой перегрузки. Мощность трансформаторов определяется из двух условий [3]:

; (4.1.1.1)

, (4.1.1.2)

Где S_т - полная мощность трансформатора,

S_max=140 МВА - максимальная суммарная нагрузка ГПП-19 без учёта устройств компенсации реактивной мощности,

n_т=2 - число трансформаторов на подстанции,

S_утяж.=140 МВА - суммарная нагрузка ГПП-19 в утяжелённом режиме с выводом одного из трансформаторов в ремонт,

К_пер.=1,4 - коэффициент допустимой перегрузки в длительном режиме для масляных трансформаторов [4],

n_откл. - число отключённых трансформаторов.

Как видно из расчётов, для установки на ГПП-19 подходят трансформаторы с типовой мощностью 125 МВА. Однако при выборе следует учесть дополнительные обстоятельства. Во-первых, вся нагрузка КРУ-35 ГПП-19 имеет ударный характер, пиковая мощность при этом может превышать номинальную. Во-вторых, следует учитывать возможность развития подстанции и подключения дополнительных нагрузок без необходимости замены трансформаторов. Учитывая, что для питания агрегатов «печь-ковш» требуются дорогостоящие трансформаторы специального металлургического исполнения с возможностью работы в условиях ударной нагрузки, более экономичным может оказаться изначальное завышение типовой мощности трансформатора по сравнению с необходимостью его замены при подключении дополнительных нагрузок. В-третьих, пониженная загрузка трансформатора в номинальном режиме увеличивает срок его службы, что также делает целесообразным завышение мощности.

Исходя из вышеперечисленных условий, для ГПП-19 принимаются трансформаторы типа ТДЦНМ - 160000/250000/110/35-У1, трехфазные, двухобмоточные, с воздушным дутьем, принудительной циркуляцией масла, с устройством регулирования напряжения под нагрузкой, с кабельными вводами. Схема и группа соединения обмоток Y/? - 11. Напряжение и токи зависят от положения переключателя РПН. Переключатель имеет 19 положений.

Регулирование напряжения обмотки ВН производится в пределах ±12% относительно номинального (10-я ступень) ступенями по 1,5%. Для среднего (10) положения: U_вн = 115кВ; I_вн = 803,3 А; U_нн = 35кВ; I_нн = 2639,3 А.

4.1.2 Выбор кабелей и ошиновок

Для прокладки кабельных линий на ГПП-19 используются кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена. Они обладают повышенной пропускной способностью по сравнению с традиционными типами кабелей, высокой надёжностью и длительным сроком службы. Определённым недостатком данного типа кабелей является неспособность к самовосстановлению изоляции при замыкании на землю, в связи с чем повышается вероятность выхода из строя кабельной линии при данном типе повреждения.

Выбор сечения кабелей производится с тем, чтобы обеспечить наименьшие потери электроэнергии в нормальном режиме работы. Для этого используют понятие экономической плотности тока. С помощью этого параметра можно определить такую величину сечения кабеля, при которой потери электроэнергии будут минимальными. С целью максимизации времени наиболее экономически выгодного использования кабельной линии для расчёта экономического сечения используется величина тока в нормальном длительном режиме. Расчёт производится по формуле/

, (4.1.2.1)

где s - экономическое сечение кабеля, мм²,

j_эк. - экономическая плотность тока; для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена и алюминиевыми жилами j_эк.=1,6, для неизолированных алюминиевых проводов j_эк.=1,3.

Результаты расчётов, произведённых по формуле 4.1.2.1 на основе данных табл.2.1, 2.2 сведены в табл.4.1.2.1.

Таблица 4.1.2.1. Результаты расчёта экономического сечения кабельных линий ГПП-19.

Наименование присоединения	Iнорм., А	Sэк., мм2	Sл., мм2	Iдоп., А
РУ-110 кВ
Линия от яч. №35 РП-1 110 кВ	303	189	240	422
Линия от яч. №33 РП-1 110 кВ	303	189	240	422
Ошиновка ОРУ-110, ЗРУ-110	303	233	240	505
КРУ-35 кВ
Ввод от 1Т яч. №1-3	953	733	700	1040
Ввод от 2Т яч. №16-18	953	733	700	1040
АПК-1 КЦ-2 яч. №7	742	464	2(300)	828
АПК-2 КЦ-2 яч.№12	742	464	2(300)	828
АПК-1 КЦ-1 яч. №9	412	258	300	414
АПК-2 КЦ-2 яч. №10	412	258	300	414
ТСН-1 яч. №15	10,3	7	50	157
ТСН-2 яч. №4	10,3	7	50	157
ФКУ-1 яч. №11	495	309	2(150)	576
ФКУ-2 яч. №8	495	309	2(150)	576
КРУ-6 кВ
Ввод №1 яч. №1-3	482	301	3(95)	609
Ввод №2 яч. №22-24	482	301	3(95)	609
КТП-61 1Т яч. №13	78,7	49,1	50	140
КТП-61 2Т яч. №12	78,7	49,1	50	140
КТП-62 1Т яч. №9	99,4	62,1	70	171
КТП-62 2Т яч. №16	99,4	62,1	70	171
КТП-63 1Т яч. №15	86,8	54,25	50	140
КТП-63 2Т яч. №10	86,8	54,25	50	140
КТП-64 1Т яч. №1	143	89,4	95	203
КТП-64 2Т яч. №26	143	89,4	95	203
АД газоочистки АПК-1 яч. №11	83	51,9	50	140
АД газоочистки АПК-2 яч. №14	83	51,9	50	140

После расчёта экономического сечения принимается ближайшее меньшее стандартное значение [4], если разница между ним и экономическим сечением не превышает 20 %. Предварительно принятые сечения кабельных линий ГПП-19 и значения длительно допустимых токов для них приведены в табл.4.1.2.1.

Предварительно выбранные по экономическому сечению кабели проверяются по допустимому току в утяжелённом режиме [5, 6]. Утяжелённым режимом для питающих кабелей трансформаторных подстанций является ремонтный режим для одного из питающих трансформаторов. Ток утяжелённого режима не должен превышать длительно допустимого тока для трансформаторов с учётом перегрузки: 1,4I_н для масляных и 1,2I_н для сухих трансформаторов [4]. Для кабельных линий АПК за утяжелённый режим принимается режим с током равным 1,6I_н, так как работа печи сопровождается токами эксплуатационных коротких замыканий, которые могут доходить до (3ч4)I_н, а печной трансформатор по своей конструкции более устойчив к перегрузкам, чем обычный масляный. Для вводов КРУ-6 кВ за утяжелённый режим принимаем ?4I_норм., так как около половины ячеек находятся в резерве и будут нести дополнительную нагрузку. В случае если принятое сечение не проходит по допустимому току в утяжелённом режиме, принимается кабель большего сечения с тем, чтобы удовлетворять данному условию. Результаты проверки кабелей по допустимому току в утяжелённом режиме приведены в табл.4.1.2.2.

Таблица 4.1.2.2 Результаты проверки кабелей по допустимому току

Наименование присоединения	Iдоп.1, А	Iутяж., А	Sприн., мм2	Iдоп.2, А
РУ-110 кВ
Линия от яч. №35 РП-1 110 кВ	422	814	1000	823
Линия от яч. №33 РП-1 110 кВ	422	814	1000	823
Ошиновка ОРУ-110, ЗРУ-110	505	814	500	815
КРУ-35 кВ
Ввод от 1Т яч. №1-3	1040	1906	3(400)	2139
Ввод от 2Т яч. №16-18	1040	1906	3(400)	2139
АПК-1 КЦ-2 яч. №7	828	1187	2(800)	1294
АПК-2 КЦ-2 яч.№12	828	1187	2(800)	1294
АПК-1 КЦ-1 яч. №9	414	659	800	664
АПК-2 КЦ-2 яч. №10	414	659	800	664
ТСН-1 яч. №15	157	14,4	50	157
ТСН-2 яч. №4	157	14,4	50	157
КРУ-6 кВ
Ввод №1 яч. №1-3	609	1800	5(240)	1865
Ввод №2 яч. №22-24	609	1800	5(240)	1865
КТП-61 1Т яч. №13	140	157	70	192
КТП-61 2Т яч. №12	140	157	70	192
КТП-62 1Т яч. №9	171	199	95	229
КТП-62 2Т яч. №16	171	199	95	229
КТП-63 1Т яч. №15	140	174	70	192
КТП-63 2Т яч. №10	140	174	70	192
КТП-64 1Т яч. №1	203	286	150	288
КТП-64 2Т яч. №26	203	286	150	288

4.2 Выбор коммутационной аппаратуры

На РУ-110 кВ установлены элегазовые выключатели фирмы Siemens типа 3AP1DT со следующими характеристиками:

- максимальное рабочее напряжение U_ном - 145кВ;

- номинальный ток выключателя I_ном - 3150А;

- номинальная частота - 50Гц;

- номинальный ток отключения выключателя при к.з. - 40кА;

- номинальная продолжительность к.з. - 3сек;

- номинальный ток включения выключателя - 100кА;

- собственное время отключения - 30 4мсек;

- собственное время включения - 55 8мсек;

- полное время отключения 57мсек;

- дугогасящая среда - элегаз;

- заполняемая масса элегаза - 27кг;

- объем элегаза на выключатель - 581дмІ;

- номинальное давление элегаза при 20є С - 6кгс/смІ.

Выключатель является трехполюсным автоматическим компрессионным выключателем открытого типа, в котором в качестве изоляционного и дугогасящего средства используется элегаз (SF₆).

Также на РУ-110 кВ ГПП-19 используются разъединители. Они предназначены для отключения или включения участков электрической цепи при отсутствии нагрузочного тока и создания видимого разрыва при ремонтных работах. Контактная система разъединителя не имеет дугогасительных устройств, поэтому в случае ошибочного отключения токов нагрузки возникает устойчивая дуга, которая может привести к разрушению оборудования и несчастным случаям с обслуживающим персоналом.

На ГПП-19 установлены горизонтально-поворотные разъединители с одним или двумя комплектами заземляющих ножей (шинные разъединители трансформаторов напряжения, шинные разъединители выключателей, линейные разъединители в сторону кабеля и в сторону трансформатора, разъединители перемычки) типа РГ.2-110.II/2000 и РГ.1-110.II/2000:

Р - разъединитель;

Г - горизонтально-поворотного типа;

1 (2) - количество заземляющих ножей на полюс;

110 - номинальное напряжение, кВ;

2000 - номинальный ток, А.

С электродвигательными приводами типа:

ПДГ-9-02 УХЛ-1 с блоком БУ-2 для управления разъединителем и одним заземлителем.

ПДГ-9-03 УХЛ-1 с блоком БУ-3 для управления разъединителем и двумя заземлителями.

Также на ГПП-19 используются разъединители типа DBF - 145:

110 - номинальное напряжение, кВ;

3150 - номинальный ток, А;

160 кА - ток электродинамической стойкости;

63 кА - ток термической стойкости (в течение 3 с).

4.3 Выбор измерительных трансформаторов

На РУ-110 кВ ГПП-19 используются индуктивные одновитковые измерительные трансформаторы тока Т1L-1500/5А, Т2L-1500/5А. Проверка измерительных трансформаторов осуществляется по номинальным условиям. Ток кабельной линии 110 кВ в утяжелённом режиме составляет 606 А. Номинальный ток трансформаторов составляет 1500 А, таким образом трансформаторы проходят по номинальным параметрам.

4.4 Комплектные распределительные устройства

РУ-6 кВ и РУ-35 кВ на ГПП-19 выполнены в виде комплектных распределительных устройств. Комплектное распределительное устройств 35кВ находится в здании ЗРУ-35 кВ и состоит из:

- 13-ти ячеек типа РВМ-35 с вакуумными выключателями VD4 1250, 3150А;

- 2-х ячеек типа РВМ-35 с трансформаторами напряжения;

- 3-х ячеек типа РВМ-35 с разъединителями;

- 2-х ячеек типа РВМ-35 с трансформаторами тока

Все ячейки собраны в две секции при помощи шинопроводов.

Ячейки КРУ представляют из себя шкаф, состоящий из отдельных отсеков, имеющих различное назначение:

- отсек сборных шин;

- шкаф релейный;

- отсек трансформаторов тока и кабелей;

- отсек силового оборудования, в котором на выкатной тележке устанавливается выключатель (разъединитель, трансформатор напряжения).

Максимальный ток вводных ячеек в утяжелённом режиме составляет 1040 А. Установленные в ячейках выключатели соответствуют условиям данного режима по номинальным характеристикам. Шинопроводы согласованы по режиму работы с выключателями и отдельной проверке не подлежат.

Комплектное распределительное устройство 6кВ находится в здании ЗРУ-35 кВ и состоит из:

- 19-ти ячеек типа К104-КФ с вакуумными выключателями «SIEMENS» серии 3АН5 с номинальным током 1250, 2500 А;

- 2-х ячеек типа К104-КФ с трансформаторами напряжения 3Ч3НОЛП-6;

- 1 ячейки типа К104-КФ с разъединителем.

Все ячейки собраны в две секции при помощи сборных шин, между секциями КРУ-6 кВ имеется АВР. Ячейки КРУ представляют из себя шкаф, состоящий из отдельных отсеков, имеющих различное назначение:

- отсек сборных шин;

- релейный отсек;

- отсек трансформаторов тока;

- отсек силового оборудования, в котором на выкатной тележке устанавливается выключатель (разъединитель, трансформатор напряжения).

Максимальный ток вводных ячеек в утяжелённом режиме составляет 640 А. Установленные в ячейках выключатели соответствуют условиям данного режима по номинальным характеристикам.

Шины КРУ соответствуют по номинальным параметрам установленным выключателям и отдельной проверке не подлежат. Номинальное напряжение всех устройств соответствует номинальному напряжению КРУ.



5. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

5.1 Составление расчётной схемы и выбор точек короткого замыкания

В сети трёхфазного переменного тока могут возникать следующие виды коротких замыканий (КЗ): трёхфазное, двухфазное, однофазное на землю. Причём однофазное замыкание на землю является коротким лишь в том случае, когда общая точка сети имеет непосредственную связь с землёй (режим работы сети с заземлённой или эффективно заземлённой нейтралью), в остальных случаях замыкание на землю не является аварийным режимом (режим работы сети с изолированной нейтралью или нейтралью, заземлённой через большое сопротивление). Токи короткого замыкания имеют значительную величину, намного превышая токи нормального режима. При протекании токов КЗ электрооборудование подвергается термическому и электродинамическому воздействию, что может привести к его повреждению. По этой причине всё силовое электрооборудование на подстанции следует проверять на стойкость в режиме КЗ. Кроме того значения токов КЗ используются для расчёта уставок релейной защиты с целью обеспечения быстрого отключения повреждённого участка от сети и предотвращения повреждения оборудования.

Расчётным является режим трёхфазного короткого замыкания в максимальном режиме питающей сети, так как в нём протекают наибольшие токи. Для проверки чувствительности релейной защиты используют значения токов двухфазного короткого замыкания в минимальном режиме питающей сети. Для проверки электрооборудования и расчёта уставок релейной защиты необходимо определить расчётные точки короткого замыкания. Для проверки электрооборудования напряжением 110 кВ выбираем точку короткого замыкания вблизи шин РП-1 110 кВ в месте присоединения кабельной линии РП-1 - ГПП-19. Для проверки электрооборудования напряжением 35 кВ выбираем точку короткого замыкания на шинах КРУ-35 кВ. Для проверки электрооборудования напряжением 6 кВ выбираем точку короткого замыкания на шинах КРУ-6 кВ питающей подстанции ГПП-16, так как протяжённость и суммарная площадь сечения кабельной линии сравнительно невелика. Для расчёта уставок релейной защиты необходимо выбрать точку за трансформатором, получающим питание от ГПП-19.

Рис.5.1.1 Расчётная схема для определения токов КЗ на ГПП-19

В связи со сложной и разветвлённой системой внешнего электроснабжения необходимые для расчёта данные по величине токов КЗ на шинах РП-1 принимаем согласно данным Липецкого РДУ, приведённым в табл.6.1.1. Для расчёта токов КЗ принимаем участок цепи ГПП-19, состоящий из кабельной линии 110 кВ, трансформатора 110/35 кВ, кабельной линии 35 кВ и трансформатора АПК-1 КЦ-1 мощностью 25 МВА. Так как параллельная работа 1Т и 2Т ГПП-19 режимными схемами не предусмотрена, при расчётах не учитывается подпитка от соседней секции. Расчётная схема для определения токов КЗ приведена на рис.5.1.1.

Таблица 5.1.1. Режимы короткого замыкания на шинах РП-1 110 кВ

	Режим	I(з), кА	3I(o), кА	Z1, Ом	Z0, Ом
1, 3 СШ	max, п/р 4	28,749	25,795	0,2957+j2,378	0,390+j3,190
	min, п/р 10	9,821	9,493	0,335+j6,961	0,783+j7,660
	норм, п/р 1	14,921	13,030	0,309+j4,582	0,784+j6,551
2, 4 СШ	max, п/р 4	28,749	25,795	0,257+j2,378	0,390+j3,190
	min, п/р 25	8,242	7,828	0,312+j8,401	1,105+j9,695
	норм, п/р 1	12,924	11,237	0,312+j5,352	1,092+j7,713

5.2 Определение параметров схемы замещения

На расчётной схеме указываются только те элементы, сопротивление которых должно быть учтено при расчёте токов КЗ. Расчёт токов будет производиться в именованных единицах для большей точности и удобства при учёте устройства регулирования под напряжением (РПН) трансформаторов ГПП-19. Активное сопротивление элементов сети пренебрежимо мало, поэтому для упрощения расчётов оно не учитывается. Погрешность, возникающая при этом, влияет на величину тока КЗ только в сторону увеличения, поэтому опасности недостаточной стойкости в режиме КЗ для электрооборудования нет. Схема замещения с расчётными параметрами представлена на рис.5.2.1.

Сопротивление системы по данным табл.5.1. равно:

при

при

Рис.5.2.1 Схема замещения для расчёта токов КЗ

Сопротивление кабельной линии 110 кВ A2XS(FL)2Y 3(1x500) равно:

(5.2.1)

Где Х_уд.=0,09 Ом/км - удельное сопротивление кабельной линии;

l=1,46 км - длина кабельной линии.

Сопротивление трансформатора ТДЦН - 160000/250000/110/35 в минимальном режиме при напряжении U_с1=126 кВ с учётом РПН:

(5.2.2)

Сопротивление трансформатора ТДЦН - 160000/250000/110/35 в максимальном режиме при напряжении U_с2=101,2 кВ с учётом РПН:

(5.2.3)

Сопротивление кабельной линии 35 кВ АПвВнг2г 3(1х800)/90 равно:

. (5.2.4)

Сопротивление трансформатора АПК-1 КЦ-1равно:

(5.2.5)

5.3 Расчёт токов короткого замыкания

На основании расчётной схемы производим расчёт токов короткого замыкания для точек К-1, К-2, К-3, К-4.

Суммарное сопротивление участка сети до точки К-1 равно:

; (5.3.1)

. (5.3.2)

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания для точки К-1 составляет:

; (5.3.3)

. (5.3.4)

Максимальное значение ударного тока КЗ составляет [7]:

, (5.3.5)

Где k_уд. - ударный коэффициент, для высоковольтных цепей с преобладающим индуктивным сопротивлением k_уд.?1,8.

Суммарное сопротивление участка сети до точки К-2 равно:

(5.3.6)

;

(5.3.7)

.

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания, приведённое к уровню 35 кВ для точки К-2 составляет:

; (5.3.8)

. (5.3.9)

Максимальное значение ударного тока КЗ составляет:

, (5.3.10)

Суммарное сопротивление участка сети до точки К-3 равно:

(5.3.11)

;

(5.3.12)

.

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания для точки К-3 составляет:

; (5.3.13)

. (5.3.14)

Максимальное значение ударного тока КЗ составляет:

, (5.3.15)

Суммарное сопротивление участка сети до точки К-4 равно:

. (5.3.16)

. (5.3.17)

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания для точки К-4 составляет:

; (5.3.18)

. (5.3.19)

Максимальное значение ударного тока КЗ составляет:

, (5.3.20)



6. ПРОВЕРКА ВЫБРАННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ НА СТОЙКОСТЬ В РЕЖИМЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

6.1 Проверка выключателей и разъединителей

Для проверки выбираем выключатели, установленные на элементах расчётной схемы токов КЗ (см п.5.3):

1) элегазовые выключатели 3AP10T-145EK: U_н=110 кВ, I_н=3150 А;

2) вакуумные выключатели VD4: U_н=36 кВ, I_н=1250 А, 3150 А;

Проверка включающей способности и динамической стойкости:

I_{вкл. н}?I_п.0,

Где I_вкл.н=I_откл.н и составляет: I_вкл.н1=40 кА, I_вкл.н2=25 кА;

I_п.01=27,4 кА, I_п.02=17,2 кА, - ток трёхфазного короткого замыкания.

i_скв.?i_уд.,

где i_скв.1=69,5 кА, i_скв.2=63 кА - пиковый ток включения выключателя;

i_уд.1=80 кА, i_уд.2=43,6 кА.

Оба выключателя удовлетворяют условиям включающей способности и динамической стойкости.

Проверка отключающей способности (для периодической и апериодической составляющей тока КЗ):

I_{откл. н} ?I_п.0 (проверка аналогична проверке на включающую способность);

i_{а норм.}?i_арф,

где , (6.1.1)

, (6.1.2)

, (6.1.3)

, (6.1.4)

, (6.1.5)

, (6.1.6)

Т_а.экв.=0,03 с - приближённое значение эквивалентной постоянной времени согласно [8].

В расчёте принимается минимальное время срабатывания релейной защиты, поскольку полный ток короткого замыкания через электрооборудование протекает лишь в случае повреждения непосредственно вблизи него, а в этому случае релейная защита действует на отключение без выдержки времени.

Оба выключателя удовлетворяют условиям отключающей способности.

Проверка на термическую стойкость заключается в сравнении найденного при данных расчётных условиях интеграла Джоуля с его допустимым значением для данного аппарата [9]. Для ГПП-19 короткое замыкание считается удалённым, так как источники подпитки находятся на большом электрическом удалении от подстанции. В этом случае применяется радиальная схема, содержащая одну ветвь с источником практически неизменной по амплитуде ЭДС. При этом, так как t_откл.?Т_а, интеграл Джоуля определяется по упрощённой формуле:

, (6.1.7)

. (6.1.8)

Нормированный интеграл Джоуля определяется по формуле:

, (6.1.9)

. (6.1.10)

Оба выключателя удовлетворяют условиям термической стойкости.

Разъединители проверяются на предмет соответствия параметров термической и динамической стойкости к условиям короткого замыкания. Разъединители напряжением 110 кВ типа DBF - 145 имеют следующие характеристики: I_терм.=63 кА, I_дин.=160 кА, что удовлетворяет условиям стойкости. Выкатные элементы КРУ выполняются в соответствии с параметрами стойкости к токам КЗ у выключателей ячеек, поэтому дополнительная проверка для них не требуется.

6.2. Проверка кабелей

Кабели проверяются на термическую стойкость в режиме КЗ. Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена производителем приводятся данные по допустимому односекундному току короткого замыкания. При длительности короткого замыкания отличной от t_откл.=1 с допустимый ток пересчитывается по формуле [5]:

. (6.2.1)

Для кабеля A2XS(FL)2Y 3(1x1000) 110 кВ:

. (6.2.2)

Для кабеля АПвВнг 3(1х800) 35 кВ:

. (6.2.3)



Кабели удовлетворяют условию термической стойкости.

6.3 Проверка измерительных трансформаторов

Трансформаторы тока напряжением 110 кВ встроены в элегазовые выключатели фирмы «Siemens» и должны выдерживать те же токи короткого замыкания, что и выключатели. Поэтому отдельной проверки для них не требуется.

Трансформаторы тока ячеек КРУ-35 кВ имеют тип TPU 7x.xx и коэффициент трансформации от 600/5 до 1000/5 Согласно каталожным данным [10] для трансформаторов тока типа TPU 70.xx 600/5 I_терм.=50 кА, Iдин.=125 кА, а для трансформаторов тока типа TPU 73.xx 1000/5 I_терм.=80 кА, Iдин.=200 кА. Таким образом, трансформаторы тока удовлетворяют условиям термической и динамической стойкости в режиме короткого замыкания.



7. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

7.1 Регулирование уровня напряжения на подстанции

Источники и потребители электроэнергии в энергосетях связаны между собой воздушными и кабельными линиями различной протяжённости. Сопротивление линий сравнительно невелико, однако при прохождении электроэнергии через несколько подстанций суммарная их протяжённость оказывается значительной, что может привести к тому, что напряжение на шинах потребителей окажется ниже номинального уровня, что приведёт к увеличению потерь, снижению эффективности освещения, а также и к невозможности работы отдельных электроприёмников. Кроме того, изменение уровня напряжения может происходить из-за изменения величины суммарной нагрузки потребителей. Для компенсации потерь напряжения в линиях на ГПП-19 применяют устройства регулирования напряжения, позволяющие менять коэффициент трансформации за счёт переключения отпаек обмоток трансформаторов и автотрансформаторов. Такие устройства делятся на РПН (устройства регулирования напряжения под нагрузкой) и ПБВ (устройства переключения без возбуждения).

На ГПП-19 применяются трансформаторы типа ТДЦНМ - 160000/250000/110/35-У1, снабжённые устройствами РПН. Переключатель РПН имеет 19 положений. Регулирование напряжения обмотки ВН производится в пределах ±12% относительно номинального (10-я ступень) ступенями по 1,5%. Таким образом обеспечивается поддержание номинального уровня напряжения на шинах 35 кВ при напряжении на стороне обмотки высшего напряжения от 101,2 до 128,8 кВ.

7.2 Расчёт потерь мощности и напряжения

Расчёт потерь мощности и напряжения в линиях показан на примере КЛ 110 кВ РП-1 - ГПП-19 в нормальном режиме без учёта ФКУ. Поскольку состав нагрузок на секциях КРУ-35 кВ ГПП-19 идентичен, достаточно привести расчёты для одной из кабельных линий. Продольная составляющая потерь напряжения в линии рассчитывается по формуле:

, (7.2.1)

Где Р=56504 кВт - расчётная активная мощность, передаваемая линией,

Q=37378 кВАр - расчётная реактивная мощность, передаваемая линией,

U_н=110 кВ - номинальное напряжение линии,

r_уд.=0,033 Ом/км - удельное активное сопротивление кабеля,

x_уд.= 0,0707 Ом/км - удельное реактивное сопротивление кабеля,

l=1,46 км - длина линии.

Для линий напряжением выше 35 кВ необходимо также учитывать поперечную составляющую потерь:

. (7.2.2)

Полные потери напряжения в линии составляют:

. (7.2.3)

Относительные потери напряжения в линии в номинальном режиме составляют:

. (7.2.4)



Допустимыми являются потери до 5%, таким образом, данная линия обеспечивает приемлемое качество передаваемого напряжения.

Потери активной энергии в элементах схемы за год определяются по формуле:

, (7.2.5)

Где t=8760 ч - количество часов в году.

Потери энергии в кабельной линии за год:

(7.2.6)

.

7.3. Компенсация реактивной мощности и подавление высших гармоник

Основной нагрузкой ГПП-19 являются агрегаты «печь-ковш», имеющие ударный характер нагрузки и достаточно низкий коэффициент мощности, а также являются источниками высших гармоник тока и напряжения.

Устройства АПК являются крупными потребителями не только активной, но и реактивной мощности, в связи с чем вопросу компенсации реактивной мощности уделяется большое внимание. Коэффициент мощности АПК в среднем составляет 0,8. В период расплавления металла его значение становится ещё ниже. Потребление реактивной мощности сталеплавильными печами происходит более неравномерно, чем активной. В моменты эксплуатационных коротких замыканий (на стадии расплавления) происходят значительные броски реактивной мощности, величина которых может достигать 2ч4-кратного значения от номинальной величины. Дисперсия реактивной мощности в остальные периоды работы АПК значительно меньше. В целом график потребления реактивной мощности содержит постоянную и значительную переменную составляющую (рис.7.3.1).

Рис.7.3.1 Характерный график изменения потребляемой реактивной мощности дуговой сталеплавильной печи

Эти факторы определяют необходимость использования установок искусственной компенсации реактивной мощности печей. Применение средств компенсации позволяет уменьшить потери электроэнергии в питающих линиях, снизить уровень колебаний напряжения, а в некоторых случаях и увеличить пропускную способность печного трансформатора по активной мощности. Для компенсации реактивной мощности электродуговых печей применяют различные типы устройств: статические компенсаторы поперечного включения, управляемые реакторы и фильтрокомпенсирующие устройства, установки продольной компенсации, синхронные двигатели и синхронные компенсаторы. Их установленная мощность, а также быстродействие должны соответствовать требованиям компенсации постоянной и переменной составляющих графика потребляемой реактивной мощности.

Конденсаторы поперечного включения позволяют компенсировать постоянную часть графика реактивной мощности. Величина генерируемой ими мощности напрямую зависит от напряжения в точке подключения батареи конденсаторов (БК). Обеспечить компенсацию переменной составляющей реактивной мощности можно путём ступенчатого подключения конденсаторов к сети или применения управляемых БК. Подключение БК может осуществляться по одной из следующих схем: параллельно обмотке высшего напряжения электропечного трансформатора; с помощью специального повышающего трансформатора, подсоединённого к стороне низшего напряжения печного трансформатора; к регулировочным выводам соответствующей обмотки печного трансформатора; при наличии в печном трансформаторе вольт-добавочного трансформатора к крайним выводам его регулировочной обмотки; в промежутке между регулировочным трансформатором или автотрансформатором и печным трансформатором. Достоинство схемы, приведённой на рис.7.3.2, заключается в том, что мощность конденсаторной батареи не зависит от коэффициента трансформации при регулировании напряжения. Эта же схема обеспечивает наибольшее увеличение пропускной способности печного трансформатора по активной мощности.

Рис.7.3.2 Схема компенсации реактивной мощности с конденсаторной батареей поперечного включения

Непосредственное подключение БК к вторичному контуру электропечного трансформатора не практикуется из-за нестандартности и малости величины вторичного напряжения, а также значительных его изменений при регулировании режима работы, что снижает экономические показатели использования БК. Батареи поперечного включения могут перегружаться токами высших гармоник, генерируемых АПК, уровень перегрузки при этом не должен превышать 130%.

Управляемый реактор и фильтрокомпенсирующие устройства вместе с конденсатором поперечного включения образуют две части быстродействующего статического компенсирующего устройства (рис.7.3.3). БК совместно с ФКУ осуществляет компенсацию постоянной части реактивной мощности на максимальном уровне, а с помощью управляемого реактора осуществляется регулирование результирующей мощности. Требуемое быстродействие обеспечивается с помощью применения в силовой цепи управляющего реактора тиристоров. Фильтрокомпенсирующее устройство представляет собой силовой резонансный LC-фильтр, настроенный на определённую гармонику напряжения.

Рис.7.3.3 Статическое компенсирующее устройство с управляющим реактором и ФКУ

Установки продольной компенсации обладают тем преимуществом, что позволяют автоматически, без применения регулятора осуществить компенсацию переменной и постоянной составляющих графика потребления реактивной мощности. Место подключения устройства продольной компенсации в электрической цепи принципиально безразлично, но отмеченные выше особенности вторичного контура печи и большие токи исключают возможность размещения устройства с низкой стороны печного трансформатора. Продольная компенсация существенно улучшает качество напряжения, а также обеспечивает преимущества, вызываемые БК поперечного включения. Кроме того она выравнивает мощности электродов.

Схемы подключения установок продольной компенсации следующие: последовательно во вторичную обмотку специального разделительного трансформатора; последовательно с первичной обмоткой печного трансформатора или между ним и регулировочным автотрансформатором; последовательно в цепь обмотки вольтдобавочного трансформатора (рис.7.3.4). К недостаткам продольной компенсации относится возможность феррорезонансных явлений при различных периодических режимах. Поэтому установки продольной компенсации применяют на электропечах с достаточно спокойным режимом работы.

Рис.7.3.4 Схемы включения устройства продольной компенсации в электропечной контур

Специальные синхронные компенсаторы являются автоматическими и быстродействующими источниками реактивной мощности, обеспечивающими уменьшение колебаний напряжения при работе печей. Они обладают большой кратковременной перегрузочной способностью по реактивной мощности и снабжены системой тиристорного возбуждения, работающей в режиме слежения за реактивным током. Мощность синхронного компенсатора может быть принята меньшей, чем мощность статических конденсаторов, по среднеквадратичному значению компенсирующей мощности. При расчёте схемы электроснабжения необходимо учитывать большую подпитку от синхронного компенсатора места короткого замыкания. Недостатками синхронных компенсаторов является наличие вращающихся частей, относительно высокие удельные потери активной мощности, большие капитальные затраты и эксплуатационные издержки. Также для компенсации реактивной мощности электродуговых печей используют и синхронные двигатели общепромышленного назначения. При этом они должны иметь быстродействующее тиристорное возбуждение.

Для компенсации реактивной мощности на ГПП-19 установлены фильтро-компенсирующие устройства.

Естественный коэффициент мощности АПК составляет 0,8. Использованием ФКУ предполагается увеличить его значение до 0,95ч0,98. Требуемое количество потребляемой из сети реактивной мощности на секцию для обеспечения заданного значения cosц можно определить по формуле:

. (7.3.1)

Тогда требуемая мощность ФКУ на секцию составит:

. (7.3.2)

Помимо низкого коэффициента нагрузки влияние АПК на питающую сеть заключается в загрязнении её высшими гармониками. Высшие гармоники тока и напряжения создают дополнительные потери в линиях, а также ускоряют старение изоляции и нарушают работу чувствительной электроники, в частности микропроцессорной техники, используемой в устройствах управления и защиты. Характерными для печных трансформаторов являются третья, четвёртая и пятая гармоники. Для их подавления принимается ФКУ мощностью 30 МВАр, состоящее из трёх LC-фильтров мощностью по 10 МВАр каждый, настроенных на резонанс с данными гармониками (рис.7.3.5). Полученные в результате характеристики полного сопротивления сети, представленные на рис.7.3.6ч7.3.8, показывают, что использование данной конфигурации ФКУ позволяет надёжно подавлять типичные гармоники высшего порядка, генерируемые устройствами АПК без усиления других гармоник в следствие параллельного резонанса.