Режимы работы основного электрооборудования электрических станций, сетей и систем

Режим работы электрических сетей и систем, а следовательно, и электрооборудования определяется токовой нагрузкой, частотой тока, уровнем напряжения, способом соединения нейтрали с землей, симметричностью системы напряжения, синусоидальностью напряжения, климатическими условиями эксплуатации (температурой окружающей среды, влажностью воздуха, высотой над уровнем моря) и др.

Режимы работы электрических систем условно подразделяют на четыре вида [13]:

  • 1) нормальные режимы, при которых отклонения приведенных выше параметров от их номинальных (нормируемых) значений не превышают длительно допустимые;
  • 2) временно допустимые режимы, при которых отклонения приведенных выше параметров допустимы на определенное ограниченное время без существенного ущерба для электрической сети и питаемого от нее электрооборудования (например, систематические перегрузки силовых трансформаторов, возможность работы электрооборудования в течение указанного в ПУЭ времени в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью при однофазном замыкании на землю);
  • 3) аварийные режимы, характеризующиеся опасными для электрооборудования сверхтоками или другими недопустимыми явлениями (например, нарушения изоляции, КЗ, обрывы проводов); эти режимы имеют, как правило, переходный (неустановивший- ся) характер;
  • 4) послеаварийные режимы, в которые входят как переходные процессы (например, вызванные одновременным самозапуском большого числа двигателей), так и установившиеся режимы в новых условиях питания, часто ограниченных по мощности.

Кроме того, существует классификация работы электрооборудования в зависимости от длительности нагрузки. На основании этой классификации двигатели подразделяют на три характерные группы:

  • • работающие в режиме с продолжительной неизменной или мало меняющейся нагрузкой — в этом режиме электрооборудование может работать значительное время без превышения температуры его отдельных частей выше допустимой (например, электродвигатели насосов, вентиляторов);
  • • работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки — в этом режиме кратковременные периоды работы электрооборудования чередуются с кратковременными периодами его отключения, кроме того, в этом режиме электрооборудование может работать с допустимой для него относительной продолжительностью включения неограниченное время;
  • • работающие в режиме кратковременной нагрузки — в этом режиме электрооборудование может работать длительно, так как период остановки электрооборудования настолько длителен, что оно практически успевает охладиться до температуры окружающей среды (например, электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов).

Известно, что электрооборудование выбирают по номинальным параметрам, и оно должно удовлетворять следующим основным требованиям:

  • 1) иметь необходимую прочность изоляции;
  • 2) соответствовать допустимым токам нагрева в длительных режимах работы;
  • 3) обладать стойкостью в режиме короткого замыкания;
  • 4) иметь достаточную механическую прочность;
  • 5) соответствовать окружающей среде.

Все номинальные параметры электрооборудования, приводимые в справочной литературе, соответствуют температуре окружающей среды, не превышающей 40 °С, и среднесуточной температуре, не превышающей 35 °С.

Для обеспечения надежности системы электроснабжения при эксплуатации электрооборудования необходимо учитывать режимы его кратковременных перегрузок на период от нескольких часов до нескольких суток. Эти режимы имеют место при повреждении или отключении соседнего электрооборудования (линий, трансформаторов и др.) и должны предусматриваться заранее, еще при проектировании. Тогда в условиях эксплуатации надежность питания электрооборудования будет обеспечена.

Особо следует рассмотреть возможности перегрузки силовых трансформаторов, относящихся к основному электрооборудованию систем электроснабжения. Срок службы любого силового трансформатора определяется старением его изоляции, которое резко возрастает с повышением температуры его обмотки. Известно, что для силовых трансформаторов допускаются два вида перегрузок:

  • • длительная, за счет снижения температуры окружающей среды по сравнению с номинальной;
  • • кратковременная или аварийная, которая используется в тех случаях, когда отключается один из двух трансформаторов, питающих разные секции шин (шины секционированы коммутационным аппаратом), и оставшийся в работе трансформатор принимает на себя повышенную нагрузку, т.е. в общем случае нагрузку обеих секций.

Силовой трансформатор может работать непрерывно в течение всего срока службы в следующих случаях:

  • 1) при температуре окружающей среды, равной 20 °С;
  • 2) при превышении средней температуры масла над температурой окружающей среды для систем охлаждения М и Д, равной 44 °С, для систем охлаждения ДЦ и Ц, равной 36 °С;
  • 3) при превышении температуры наиболее нагретой точки обмотки над средней температурой обмотки, равной 13 °С;
  • 4) во время переходных процессов в течение суток наибольшая температура верхних слоев масла не должна превышать 95 °С, а наиболее нагретая точка металла обмотки — 140 °С.

Необходимость перегрузки электрооборудования возникает не только в послеаварийных режимах, но и при увеличении электрической нагрузки. В среднем для воздушных и кабельных линий допускают перегрузку на 30—35%; для силовых трансформаторов, согласно ПУЭ, систематическая перегрузка может составлять не более 30%. При длительности перегрузки до шести часов в сутки допускается аварийная перегрузка на 40% сверх номинального тока в течение не более пяти суток.

Если температура окружающего воздуха равна расчетной (35 °С) для данного электрооборудования, то перегрузка его током сверх номинального не всегда допускается. Если максимальная температура окружающего воздуха меньше расчетной, т.е. меньше 35 °С, то рабочий ток высоковольтных выключателей, разъединителей и трансформаторов тока можно увеличить на 0,5% номинального тока на каждый градус понижения температуры ниже 35 °С, но всего не более чем на 20%.

Для того чтобы выбранное по номинальным параметрам электрооборудование надежно работало в системах электроснабжения, его проверяют на термическую и электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания.

Короткие замыкания (КЗ) возникают, как правило, при повреждениях изоляции электрооборудования и линий, не выявленных, например, своевременно при профилактических испытаниях или из-за перенапряжений. Кроме того, КЗ могут быть вызваны ошибочными действиями обслуживающего персонала, механическими повреждениями кабельных линий, схлестыванием проводов воздушных линий или перекрытием их птицами. Короткие замыкания являются одним из основных видов аварий в электрических сетях и системах. В трехфазных сетях и электрооборудовании их разделяют на трех-, двух- и однофазные; первые из них называют еще симметричными.

При возникновении КЗ общее сопротивление цепи системы электроснабжения уменьшается, вследствие чего токи в ветвях системы резко увеличиваются, а напряжения на отдельных участках системы значительно снижаются. За время КЗ с момента его возникновения до момента отключения поврежденного участка в цепи протекает переходный процесс с большими мгновенными токами, вызывающими электродинамическое воздействие на электрооборудование.

В современном мощном электрооборудовании ток КЗ, соответствующий времени 0,01 секунды, является ударным и может достигать очень больших значений. Возникающие при этом механические усилия между отдельными токоведушими частями электрооборудования, способны вызвать значительные повреждения. Поэтому для надежной работы системы электроснабжения все ее электрооборудование должно обладать достаточной динамической стойкостью против максимальных механических усилий при возникновении ударного тока [15].

При длительном, более 0,01 с, протекании токов КЗ они оказывают термическое действие (вызывают дополнительный нагрев электрооборудования), которое может привести к значительному повышению температуры нагрева электрооборудования. Поскольку протекание тока КЗ обычно происходит в течение малого промежутка времени (не более нескольких секунд), то для различных токоведущих частей допускаются некоторые повышения температуры сверх той, которая устанавливаются для данного рабочего режима. Так, допустимая температура для медных шин составляет 300 °С, для кабелей с поливинилхлоридной и резиновой изоляцией она равна 150 °С, для кабелей с полиэтиленовой изоляцией она равна 120 °С.

Для проверки электрооборудования и линий, выбранных по номинальным параметрам, производят приближенное определение токов КЗ, а для выбора и настройки устройств релейной зашиты и автоматики точность расчетов должна быть выше [15].

Расчет токов КЗ выполняют как при проектировании, так и в реальных условиях эксплуатации. Этот расчет преследует две цели:

  • • определение максимально возможных токов КЗ для проверки выбранных по номинальным параметрам электрооборудования и линий на термическую и электродинамическую стойкость к токам КЗ, а также выбор мер по ограничению значений токов КЗ или времени их действия;
  • • определение минимально возможных токов КЗ для проверки чувствительности, правильного выбора параметров срабатывания, в том числе и максимально возможного времени действия релейной защиты.

В первом случае расчетным видом КЗ обычно является трехфазное КЗ, а точку КЗ выбирают так, чтобы ток, проходящий через проверяемое электрооборудование или линию, оказался максимально возможным. При этом все нормально работающие источники, в том числе и двигатели, в момент КЗ переходящие в режим генератора, считаются включенными и их надо обязательно учитывать.

Во втором случае расчетным видом КЗ обычно служит двухфазное КЗ в конце проверяемого участка при таких реально возможных схеме и числе источников питания, при которых токи КЗ будут минимальны.

Расчеты токов КЗ выполняют при определенных допущениях [14].

Уровни токов и мощностей КЗ характеризуют те условия, в которых будет работать электрооборудование в аварийных режимах. Они определяют не только выбор электрооборудования, но и их отключающую и коммутационную способность, электродинамическую и термическую стойкость.

При эксплуатации систем электроснабжения, сопровождающейся их развитием (включение новых источников и приемников электроэнергии, изменение схемы электрической сети), возникает задача ограничения уровней токов и мощностей КЗ в случае, если они превышают технические параметры установленного электрооборудования. При ее решении используют специальные меры по ограничению токов КЗ. К таким наиболее распространенным мерам относятся следующие:

  • • применение силовых трансформаторов с расщепленными обмотками вторичного напряжения;
  • • применение одинарных и сдвоенных токоограничивающих реакторов;
  • • секционирование шин выключателями;
  • • изменение режима нейтрали и др.

Для обеспечения безаварийной работы подстанций электрических станций, сетей и систем необходим контроль за режимами работы электрооборудования: нагрузкой отдельных присоединений, напряжением и частотой в контрольных точках сетей, значением и направлением перетоков активной и реактивной мощности, количеством отпущенной электроэнергии.

Контроль за соблюдением этих параметров и других технических показателей работы электрооборудования осуществляется в основном с помощью щитовых контрольно-измерительных приборов и реже (при необходимости) используются переносные измерительные приборы. Для контроля номинального значения измеряемой величины на шкалы приборов наносят красную черту, облегчающую дежурному персоналу наблюдение за режимом работы электрооборудования и помогающую предупредить недопустимые перегрузки.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >