Электрическая часть станций и подстанций

11.5 Молниезащита

Согласно [4] станции и подстанции подлежат принудительной защите от прямых ударов молнии в районах с числом грозовых часов более 20. Липецкая область находится в области с 40ч60 грозовыми часами в году. ГПП-19 относится к I категории по устройству молниезащиты.

Расчёт молниезащиты зданий и сооружений заключается в определении границ зоны защиты молниеотводов, которая представляет собой пространство, защищаемое от прямых ударов молнии. Зона защиты обеспечивается для ГПП-19 двойным тросовым молниеотводом. Тросы натянуты от тросостоек порталов до зданий ЗРУ-110 кВ и ЗРУ-35/6 кВ. Надёжность защиты принимается равной P_з=0,9. Порталы присоединяются в двух местах полосой 40х4 мм к заземляющему устройству с R_з<10 Ом.

Расчёт устройств молниезащиты производится следующим образом. Определяется высота молниеотвода, равная в данном случае высоте портала с тросостойкой на зданиях ЗРУ-110 кВ и ЗРУ-35/6 кВ: h=14,1 м, h₁=10,35 м, h₂=9,6 м. Тогда высота необходимой зоны защиты составляет: h_x=11,35 м, h_x1=7,7 м, h_x2=7,1 м. Расстояние между тросами составляет b=14,5 м.

Максимальная высота зоны защиты:

, (11.5.1)

, (11.5.2)

. (11.5.3)

Радиус границы зоны защиты на уровне земли:

(11.5.4)

, (11.5.5)

. (11.5.6)

Радиус границы зоны защиты на уровне h_x составляет:

, (11.5.7)

, (11.5.8)

. (11.5.9)

Зоны защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габариты. Так как L>h, то:

(11.5.10)

,

, (11.5.11)

, (11.5.12)

, (11.5.13)

, (11.5.14)

, (11.5.15)

, .

Зона защиты двойного стержневого молниеотвода представлена на рис.11.5.1.

Рис.11.5.1. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

11.6 Защита электрооборудования подстанции от атмосферных и внутренних перенапряжений

Напряжение, сколь угодно длительное приложение которого безопасно для электрооборудования, называется максимальным рабочим напряжением. Любое превышение этого уровня напряжения в той или иной степени в зависимости от длительности опасно для изоляции и называется перенапряжением.

Перенапряжения подразделяют на атмосферные (грозовые) и внутренние. Атмосферные перенапряжения возникают при ударе молнии в электроустановку (перенапряжение прямого удара) или вблизи неё в землю (индуцированные). Внутренние перенапряжения подразделяются на резонансные, возникающие в результате изменения соотношений между индуктивностями и ёмкостями цепи при неблагоприятном сочетании схемы, параметров и режима сети, и коммутационные. Важнейшие виды коммутационных перенапряжений: при плановых включениях и отключениях ненагруженных линий, реакторов и ненагруженных трансформаторов; при аварийных разрывах электрической цепи в процессе ликвидации короткого замыкания или асинхронного хода. В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью возникают перенапряжения при дуговых однофазных замыканиях на землю.

Электротехнические установки напряжением выше 1 кВ согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) разделяются на установки с большими токами замыкания на землю (сила тока однофазного замыкания на землю превышает 500 А) и установки с малыми токами замыкания на землю (сила тока однофазного замыкания на землю меньше или равна 500 А).

В установках с большими токами замыкания на землю нейтрали присоединены к заземляющим устройствам непосредственно или через малые сопротивления. Такие установки называются установками с глухозаземленной нейтралью.

В установках, имеющих малые токи замыкания на землю, нейтрали присоединены к заземляющим устройствам через элементы с большими сопротивлениями. Такие установки называются установками с изолированной нейтралью. В установках с глухозаземленной нейтралью всякое замыкание на землю является коротким замыканием и сопровождается большим током. В установках с изолированной нейтралью замыкание одной из фаз на землю не является коротким замыканием (КЗ). Прохождение тока через место замыкания обусловлено проводимостями (в основном, емкостными) фаз относительно земли.

Выбор режима нейтрали в установках напряжением выше 1 кВ производится при учете следующих факторов: экономических, возможности перехода однофазного замыкания в междуфазное, влияние на отключающую способность выключателей, возможности повреждения оборудования током замыкания на землю, релейной защиты и др.

В электрических сетях РАО ЕЭС России приняты следующие режимы работы нейтрали:

- электрические сети с номинальными напряжениями 6...35 кВ работают с малыми токами замыкания на землю;

- при небольших емкостных токах замыкания на землю - с изолированными нейтралями;

- при определенных превышениях значений емкостных токов - с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор.

Если в одной из фаз трехфазной системы, работающей с изолированной нейтралью, произошло замыкание на землю, то напряжение ее по отношению к земле станет равным нулю, а напряжение остальных фаз по отношению к земле станет равным линейному, т. е. увеличится в v3 раз. Ток замыкания на землю будет небольшим, поскольку вследствие изоляции нейтрали отсутствует замкнутый контур для его прохождения. Ток замыкания на землю в системе с изолированной нейтралью будет небольшим и не вызовет аварийного отключения линии. Таким образом, изоляция нейтрали источника питания обеспечивает надежность электроснабжения, так как не отражается на работе потребителей.

Повышение напряжения по отношению к земле в неповрежденных фазах при наличии слабых мест в изоляции этих фаз может вызвать междуфазное короткое замыкание. Кроме того, напряжение в неповрежденных фазах повышается в v3 раз, следовательно, требуется выполнять изоляцию всех фаз на линейное напряжение, что приводит к удорожанию машин и аппаратов. Поэтому, хотя и разрешается работа сети с изолированной нейтралью при замыкании фазы на землю, его требуется немедленно обнаружить и устранить.

Электрические сети с номинальным напряжением 110 кВ и выше работают с большими токами замыкания на землю (с эффективно заземленными нейтралями). Замыкание одной фазы на землю при глухозаземленной нейтрали является однофазным коротким замыканием, при котором возникает значительный ток. Напряжение фаз по отношению к земле при любых режимах не выше фазного номинального напряжения. Исключаются перемежающие дуги. Однофазные замыкания на землю обнаруживаются по большим токам и отключаются автоматически.

Рассматриваемый режим имеет недостатки. Около 75% всех повреждений в электрических сетях относятся к однофазным замыканиям на землю, что при глухозаземленной нейтрали приводит к отключению и перерывам в электроснабжении потребителей. Кроме того, значительно усложняются и удорожаются заземляющие устройства, поскольку для систем с большими токами замыкания на землю ПУЭ допускают максимальное сопротивление заземляющего контура 0,5 Ом, следовательно, число заземляющих электродов должно быть значительным.

Еще один недостаток глухого заземления нейтрали - большие токи однофазного короткого замыкания, которые могут превосходить токи трехфазного КЗ. Вследствие этого глухо заземляют нейтрали не всех трансформаторов, некоторая часть нейтралей разземляется для уменьшения тока однофазного КЗ до величины тока трехфазного КЗ, определяющего отключающую способность выключателей.

Для ограничения перенапряжений оптимальным средством для осуществления этого процесса являются нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН). Нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) это аппараты, способные обеспечить глубокое ограничение грозовых и внутренних перенапряжений. Ограничитель перенапряжений (ОПН) представляет собой колонку высоколинейных резисторов, заключенных в герметизированный корпус. Корпус ограничителя перенапряжений (ОПН) обеспечивает заданную механическую прочность и изоляционные характеристики.

Ограничители перенапряжений (ОПН) для внутренней установки выпускаются в полимерном изоляционном корпусе. Ограничители перенапряжений (ОПН), предназначенные для наружной установки, выпускаются в корпусе с оболочкой из кремнийорганической резины. Применение покрытия из кремнийорганической резины препятствует разрушительному воздействию солнечной радиации на покрышку ограничителя перенапряжений (ОПН) и усиливает ее гидрофобность.

По принципу работы ограничители перенапряжений (ОПН) представляют собой разрядники без искровых промежутков. Ограничители перенапряжений (ОПН) подключаются напрямую к сети - это является особенностью их эксплуатации. В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель перенапряжений (ОПН) носит емкостной характер и составляет десятые доли миллиампера. При возникновении волн перенапряжений резистор ограничителя перенапряжений (ОПН) переходит в проводящее состояние и ограничивает дальнейшее нарастание напряжения на выводах. Когда перенапряжение снижается, ограничитель перенапряжений (ОПН) возвращается в непроводящее состояние.

По сравнению с вентильными разрядниками, пришедшие им на смену ограничители перенапряжений обладают массой преимуществ, среди которых эффективность, высокое быстродействие, взрывобезопасность, малые габариты и многие другие. Так как ограничители перенапряжений (ОПН) не имеют искрового промежутка, то при их срабатывании не происходит износа контактов, а, следовательно, ОПН в течение всего срока службы не требуют обслуживания и контроля параметров.

На ГПП-19 используется режим с нейтралью, заземлённой через дугогасящие реакторы, подключённые к нейтралям специальных трансформаторов на I и II секциях КРУ-35 кВ.

Для защиты от перенапряжений на ГПП-19 установлены устройства ОПН следующих типов:

3EL2-096-3PJ31-4NA1 на стороне 110кВ трансформаторов 160000кВА, служащие для защиты обмоток трансформаторов,

3EL2-045-3PF31-4NAO на токопроводах вводов 35кВ трансформаторов 160000кВА;

на секциях №1 и 2 35 кВ в ячейках трансформаторов напряжения, на кабельных линиях, во вводных и отходящих ячейках 35 кВ в отсеках трансформаторов тока

КР/TEL-6/6,9 на секциях №1 и №2 - 6 кВ в ячейках трансформаторов напряжения, на кабельных линиях, во вводных и отходящих ячейках 6 кВ в отсеках трансформаторов тока;

Эксплуатация ограничителей перенапряжений заключается в периодическом контроле состояния покрытия, заземления, контактных соединений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте рассматривалась главная понизительная подстанция №19 ОАО «НЛМК». Данная подстанция предназначена для питания агрегатов «печь-ковш» КЦ-1, КЦ-2 ОАО «НЛМК», осуществляющих внепечную обработку металла после плавки в конверторе и перед подачей на машины непрерывной разливки стали. Основной целью проекта было изучение и проверка электрооборудования ГПП-19. Произведённые расчёты подтвердили соответствие оборудования подстанции условиям нормального, аварийного и послеаварийного режимов работы, а также обеспечение требований к электроснабжению первой категории потребителей.

На ГПП-19 применяется современное оборудование, имеющее высокие технические характеристики. На подстанции используются элегазовые выключатели на напряжении 110 кВ и вакуумные на напряжении 35 и 6 кВ. Данные типы выключателей являются компактными, обеспечивают быстрое и надёжное отключение и гашение дуги, а также удобны в эксплуатации и не являются источниками опасности для персонала и окружающей среды. Для прокладки кабельных линий используются кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые позволяют снизить использование активных материалов за счёт повышенной пропускной способности и имеют длительный срок службы. Проводящие части и коммутационные аппараты ГПП-19 были проверены на соответствие условиям нормального и послеаварийного режимов, а также на стойкость в режиме короткого замыкания.

В системе релейной защиты и автоматики ГПП-19 используются микропроцессорные терминалы SIPROTEC производства фирмы SIEMENS. Эти устройства позволяют добиться высокой точности срабатывания, существенно повышают быстродействие, селективность и надёжность системы РЗА. Для выбранного участка цепи ГПП-19 был произведён расчёт уставок релейных защит различных типов.

Также в дипломном проекте были рассмотрены вопросы обеспечения качества электроэнергии. В связи с тем, что основными потребителями электроэнергии ГПП-19 являются печные трансформаторы агрегатов «печь-ковш», нагрузка подстанции оказывает определённое негативное влияние на качество электроэнергии потребителей питающей подстанции РП-1 110 кВ. В проекте были рассмотрены основные средства компенсации реактивной мощности, применяемые для электропечных установок. Наиболее оптимальным является применение фильтрокомпенсирующих устройств. Это позволяет одновременно повысить коэффициент мощности на шинах подстанции и подавить наиболее ярко выраженные гармоники. На ГПП-19 установлены два фильтро-компенсирующих устройства мощностью по 30 МВАр, настроенные на резонанс с 3-й, 4-й и 5-й гармониками. В проекте была произведена оценка экономического эффекта от внедрения ФКУ на подстанции.

Кроме того, в дипломном проекте был рассмотрен вопрос надёжности электроснабжения ГПП-19 и произведён расчёт вероятности отказа питающих линий. Была рассмотрена схема собственных нужд и описаны основные потребители. Также в дипломном проекте описаны меры безопасности при работе на подстанции, основные опасные и вредные факторы и меры по защите от их воздействия. Был произведён расчёт молниезащиты на подстанции и представлена схема расстановки молниеотводов.

В ходе дипломного проекта был подтверждён высокий уровень технических решений, применённых при строительстве ГПП-19. Установленное оборудование и схемные решения на подстанции могут служить основой для проведения модернизации других действующих подстанций ОАО «НЛМК».

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера. - М:Энергия, 1980. - 456 с.

2. ОАО «НЛМК». Конвертерный цех № 2. Сооружение вакууматора и двух агрегатов «печь-ковш». Основные проектные решения по агрегатам ковш-печь: проект / гл. инженер Л.М. Савинов, гл. инженер проекта Г.И. Сериков. М.: - ОАО «Гипромез», 2006. - 83 с.

3. Справочник по проектированию электрических сетей / Под ред. Д.Л. Файбисовича. - М.: НЦ ЭНАС, 2006. - 350 с.

4. Правила устройства электроустановок / Минэнерго России. - 7-е изд. - М.: ЗАО «Энергосервис», 2003. - 512 c.

5. Каталог компании «Южкабель» [Электронный ресурс]: каталог кабельной продукции. - Режим доступа:http://www.yuzhcable.com.ua/catalog/index.html

6. Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования / И.П. Крючков. - М.: Энергия, 1978. - 457 с.

7. Неклепаев Б.Н. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования / Б.Н. Неклепаев. - М.: НЦ ЭНАС, 2008. - 143 с.

8. Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/И.П. Крючков, Б.Н. Неклепаев, В.А. Старшинов и др., под ред. И.П. Крючкова и В.А. Старшинова - 2-е изд., стер. М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 416 с.

9. Балаков Ю.Н. Проектирование схем электроустановок: Учеб. пособие для вузов / Ю.Н. Балаков, М.Ш. Мисриханов, А.В. Шунтов. - М: Издательский дом МЭИ , 2006. - 288с.

10. Приборный трансформатор тока TPU 7x.xx [Электронный ресурс]: технические характеристики. Режим доступа: http://www05.abb.com/global/scot/ scot235.nsf/veritydisplay/861975106660720cc12573ca0049273e/$File/TPU%207x.xx%20ru_a%20(2007.11).pdf

11. СО 153-34.20.122-2006. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750кВ: Стандарт организации ОАО ФСК ЕЭС. - Введ. 2006-16-06. М. : Изд-во стандартов, 2006.- 60 с.

12. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения / В.А. Андреев. - М.: Высш. шк. 1991. - 496с.

13. Беркович М.А. Основы техники релейной защиты / М.А. Беркович, В.В. Молчанов, В.А. Семёнов. - М.: Энергоатомиздат 1984. - 376с.

14. Руководство по эксплуатации терминала SIPROTEC 4 7SD52 [Электронный ресурс]. Режим доступа: yanviktor.narod.ru/rele/siprotec/diff/7sd52_rus_ 1.pdf

15. Руководство по эксплуатации терминала SIPROTEC 4 7UT6 [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.rza.org.ua/down/o-164.html

16. Руководство по эксплуатации терминала SIPROTEC 4 7SJ62/63/64 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.electricalmanuals.net/index. php?/Manuals/Protective-Relays/SIEMENS/7SJ62-64/C53000-G1140-C147-8/View-details

17. Арустамов Э.А. Охрана труда: Справочник / Э.А. Арустамов. - М.: Дашков и К, 2008. - 588 с.

18. ПОТ РМ-016-2001 РД 153-34.0-03.150-00. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. - Введ. 01.07.03. - М.: Изд-во "Энас", 2004 . - 160 с.

19. Толмачев В.Д., Соловьев С.В. Молниезащита. Справочное пособие / В.Д. Толмачев, С.В. Соловьев. - М.: МИЭЭ, 2005. - 148 с.

20. Зайцев В.С. Стандарты Липецкого государственного технического университета / В.С. Зайцев. - Липецк: ЛГТУ 2002. - 32с.

Размещено на Allbest.ru