Разработка автоматизированной системы управления электроснабжением КС "Ухтинская"

Плата 23BI60 может обрабатывать следующие типы сигналов:

§     16 простых телесигналов с абсолютным временем (SI);

§     8 двойных телесигналов с абсолютным временем (DI);

§     2 цифровых измерения, каждое по 8 бит (DM8);

§     1 цифровое измерение, 16 бит (DM16);

§     8 счетчиков импульсов, по каналу на счетчик (PC).

Простые телесигналы представляются всего одним битом, характеризующим два определенных состояния входного сигнала. Всякий раз при изменении сигнала генерируется сообщение о событии, пересылаемое по последовательной шине плате центрального процессора.

В применяемой системе автоматизированного контроля и управления для более надежной сигнализации применяется двойная сигнализация. Двойные телесигналы представляются двумя битами, характеризующими четыре определенных состояния входного сигнала:

§     10 нормальный режим (Выкл);

§     01 нормальный режим (Вкл);

§     00 промежуточное состояние;

§     11 ошибочное состояние.

23RL60 – релейная плата имеет 8 реле большой мощности, которые для простоты проверки и устранения неисправностей устанавливаются на гнездах.

Коммутационная способность:

§     время срабатывания командных реле максимум) – 10 мс;

§     время отпускания командных реле (максимум) – 5 мс;

§     максимальная нагрузка на контакты 220 В постоянного тока – 1.0 A.

23DP61 – многоцелевой измерительный преобразователь, предназначенный для измерений величин трехфазного переменного тока на вводах в КТП. Ее назначение – заменить большое количество обыкновенных преобразователей измерений, используя RTU211, посредством чего общая стоимость системы значительно уменьшается.

23DP61 измеряет четыре сигнала напряжения и четыре сигнала тока. На базе этих измерений вычисляются несколько электрических величин.

Плата управляется микроконтроллером Intel 80C196KC и использует флэш-память для сохранения кода и параметров программы. NVRAM используется для обеспечения сохранности данных во время сбоя энергии.

Включение платы показано на выносном листе 1. На основании значений измеряемой выборки вычисляются следующие величины:

Все значения напряжения и тока вычисляются как значения RMS (квадратный корень выражения). Они вычисляются, используя стандартный алгоритм.

RMS периодического сигнала x(t) с периодом Т определяется

23DP61 сконструирован для прямого измерения четырех напряжений и четырех токов переменного тока. Измерения выполняются посредством 8 каналов, 10 битного аналогово-цифрового преобразователя. Все каналы имеют частоту выборки 3.2 кГц для 50Гц. Скорость обновления 2 с.

Сигналы измеряемого тока пропускаются через внутренние шунтирующие резисторы, сглаживающие фильтры и цепи защиты от перенапряжения. Входной диапазон – 0 – 5 А RMS (с трансформаторов тока) с возможностью 50% перегрузки.

Значения активной мощности Р и реактивной мощности Q вычисляются как сумма значений трех фаз. Вычисление реактивной мощности строится на базе обратных напряжений. Полная мощность вычисляется S как сумма результатов RMS фазных напряжений и токов.

Коэффициент мощности вычисляется как отношение между активной и полной мощностью,

Всплесками называют падение напряжения или помехи продолжительностью более 10 мс. В данном случае всплеск определяется как напряжение RMS во время одного периода, которое меньше константы k, определяющее номинальное RMS напряжение. Определение всплеска производится в каждом цикле напряжения.

Гармонический анализ производится для трех выбранных сигналов напряжения. Вычисляются все гармонические составляющие по 25-ую

включительно.

Накопленная активная и реактивная энергия вычисляются как временной интеграл активной Р и реактивной мощности Q. Каждая величина представлена двумя счетчиками, один – считает поставляемую энергию, второй – потребляемую энергию. Счетчики разработаны для непрерывной работы, так что значения сохраняются в энергонезависимой памяти, на случай если произойдет потеря напряжения. Сбросить счетчики можно только через локальный интерфейс компьютера или терминала.

1.6 Расчет защит и проверка электрических аппаратов для ЦРП-10 кВ

В дипломном проекте затрагивается автоматизация проектируемой ЦРП-10 кВ. В здании ЦРП предусматривается размещение распределительного устройства 10 кВ (РУ-10кВ) из ячеек типа MCset. Произведем проверку электрооборудования, которое необходимого установить в ячейках и произведем выбор уставок срабатывания защит. Для этого необходимо произвести расчет токов короткого замыкания. Для проверки кабелей и аппаратов ток к.з. следует находить максимальный, для этого сначала нужно определить максимальный режим работы сети электроснабжения. Для проверки чувствительности защит необходимо определить минимальны токи к.з.

Краткое описание системы электроснабжения КС-10

Главная схема внутреннего электроснабжения состоит из понизительной подстанции (ПС) 110/35/10 кВ и подстанций 10/0,4 кВ связанных электрической сетью. Понизительной подстанции 110/35/10 кВ находится на балансе АЭК «Комиэнерго», а граница обслуживания установлена на разъединителях между понижающими трансформаторами 110/10 и ЗРУ-10 кВ.

На промплощадке КС «Ухтинская» находится электростанция собственных нужд (ЭСН). В состав ЭСН входит комплекс сооружений, подстанций связи с энергосистемой, ЗРУ-10 кВ, КТП собственных нужд, блоки турбогенераторов, система постоянного оперативного тока.

ЗРУ-10кВ и ЦРП-10 кВ укомплектованы вакуумными выключателями серии LF1 и устройствами цифровой релейной защиты Sepam 2000, установленные в шкафах MCset.

Подстанции КТП-10/0,4 кВ предназначены для питания собственных нужд объектных электроприемников и вспомогательных электроустановок. Для особо ответственных электроустановок КТП-10/0,4 кВ выполняют с тремя источниками питания, два от трансформаторов, работающих в режиме неявного резерва, и один – от аварийного дизель-генератора. Эти подстанции оборудованы местными устройствами защиты и автоматики.

Щит постоянного тока (ЩПТ) состоит из набора распределительных панелей оперативного тока, аккумуляторной батареи, зарядных агрегатов, устройств защиты, автоматики и сигнализации.

Источником оперативного тока для питания цепей защиты, автоматики, управления и приводов выключателей являются аккумуляторные батареи =220В, оснащенные устройствами подзаряда от сети переменного тока 0,4 кВ. В некоторых случаях для защиты и автоматики применяется переменный и выпрямленный оперативный ток, получаемый от комбинированных устройств питания от трансформаторов тока, напряжения и других источников.

По территории КС кабельные сети прокладываются в траншее на глубине 1 м. В местах пересечения с подземными инженерными коммуникациями и автопроездами кабели прокладываются в асбоцементных трубах. Существующие кабели в местах пересечения с проектируемыми кабелями защищаются стальными кожухами из труб Æ80 мм.

Для повышения надежности электроснабжения все схемы внутреннего электроснабжения делятся на две независимые подсистемы, взаиморезервируемые на разных ступенях напряжения с помощью устройств АВР. Ответственные электродвигатели и электроприемники, имеющие технологическое резервирование, подключаются к разным подсистемам и также снабжаются технологическими АВР. Ответственные электроприемники, не имеющие технологического резервирования, имеют два ввода питания от разных подсистем и также снабжены устройствами АВР. Для повышения надежности системы электроснабжения предусматривается параллельная работа ЭСН с сетью.

Характеристики ЦРП-10 кВ

ЦРП-10 кВ представляет собой сборку из шкафов следующего назначения:

§     ввод от энергосистемы - 2 шкафа;

§     ввод от ЦРП-10 кВ КС “Ухтинская” - 2 шкафа;

§     секционный выключатель;

§     секционный разъединитель;

§     шинный трансформатор напряжения - 2 шкафа;

§     отходящие линии к КТП 10/0,4 кВ и ВЛ-10 кВ (38 шкафов)

Ячейка MCset представляет собой КРУ в металлическом корпусе, предназначенное для внутренней установки. Устройство MCset объединяет в себе множество технических решений, реализованных на основе испытанных технологий: КРУ с высокими эксплуатационными характеристиками, цифровую защиту, системы контроля и управления, корпуса, устойчивые к воздействию внутренней дуги.

В ЦРП-10 кВ предусматривается установка ячеек MCset c блоками Sepam 2000. Блоки терминалов Sepam 2000 осуществляют защиту, контроль и управление соединений между подстанциями (вводы или отходящие линии, кабели, линии), а также связей между сборными шинами, осуществляют измерения, защиту, управление и контроль, необходимых для их нормальной эксплуатации.

Преимущества ячеек MCset:

Надежность – разработка, изготовление и испытание серии MCset проводились в соответствии со стандартом качества ISO 9000.

Простота

§     устройство снабжено общедоступным пользовательским интерфейсом;

§     ошибочные действия оператора предотвращаются системой встроенных блокировок и навесных замков;

§     блоки защиты типа Sepam обеспечивают доступ к информации без применения дополнительных устройств; техническое обслуживание сводится к простой текущей проверке работоспособности, смазке и чистке аппаратов с периодичностью 5 - 10 лет.

Безопасность

§     все операции с оборудованием, включая доступ в отсек кабельной сборки и отсек сборных шин, осуществляются с передней панели;

§     вкатывание и выкатывание возможно только при закрытой дверце;

§     на передних панелях ячеек расположены стационарные указатели напряжения;

§     заземляющий разъединитель обладает стойкостью к включению на короткое замыкание;

§     для всех операций на MCset используется одна рукоятка с анти-рефлексным устройством;

§     все ячейки обладают стойкостью к воздействию внутренней дуги.

Включение ячеек MCset в АСУ ЭС позволит решать задачи оптимизации системы электроснабжения. Это означает поиск путей для снижения прямых и косвенных эксплуатационных расходов и для обеспечения бесперебойной подачи электроэнергии. Для достижения этой цели ячейки MCset предоставляют необходимую информацию о работе ЦРП-10 кВ.

Определение максимального режима работы сети электроснабжения

Так как планируется строительство электростанции собственных нужд на КС «Ухтинская» на базе газотурбогенераторов ГТГ-1800 с трехфазными синхронными генераторами с выходным напряжением 10,5 кВ, то можно предложить следующий режим работы сети представленный на рисунке 1.6. ЭСН будет основным источником питания как для потребителей на КС «Ухтинская», так и потребителей КС-10, то есть два основных ввода на ЦРП-10 кВ будет от ЗРУ-10 кВ расположенного в здании ЭСН. В качестве третьего ввода будет использоваться один ввод от энергосистемы, который будет работать в параллель с ЭСН, второй ввод от энергосистемы отключен, и будет использоваться в качестве резервного. Таким образом, необходимо определить количество постоянно работающих генераторов на ЭСН, при этом примем, что генераторы будут брать на себя всю нагрузку, располагающуюся на территории двух КС. Известно, что в среднем за год КС-10 потребляет , тогда расчетная мощность потребителей составит

где  – потребляемая электроэнергия,  за год;

 – число часов в году.

 кВт.

Мощность, потребляемая электроустановками КС «Ухтинская» , составляет . Таим образом, полная мощность, которую должны обеспечить генераторы ЭСН, составит

 кВт.

При работе генераторов с сетью с нулевым перетоком мощности возможны следующие варианты (номинальная мощность 1-го турбогенератора ):

§     3 турбогенератора в работе, тогда каждый работает с загрузкой 1122,5 кВт, при аварии (выходе одного генератора из строя) будет работать два генератора с загрузкой 1683,8 кВт, генераторы близки к перегрузке.

§     4 турбогенератора в работе, тогда каждый работает с загрузкой 841,9 кВт, при аварии (выходе одного генератора из строя) будет работать три генератора с загрузкой 1122,5 кВт (на 62%).

Таким образом, для обеспечения нормальной надежной работы системы необходимо, чтобы в работе постоянно находилось 4 турбогенератора.

Расчет токов короткого замыкания

Рассчитаем ток трехфазного короткого замыкания на шинах ЦРП-10 кВ. Для этого составим схему замещения прямой последовательности (рисунок 1.7). Определим сопротивления элементов входящих в схему замещения.

Сопротивление турбогенератора ГСБ-18000-10,5-1500УХЛ2

 Ом.

 кВ.

Сопротивление системы, определим, зная ток трех фазного к.з. на шинах ЗРУ-10 кВ ПС-110/35/10

Ом.

Активное и реактивное сопротивление кабельной линии ААБ2 (3х185) от ЗРУ-10 кВ на ПС-110/35/10 до ЦРП-10 кВ

 Ом,

 Ом.

Активное и реактивное сопротивление воздушной линии АС-150 (3х150) от ЗРУ-10 кВ на электростанции собственных нужд до ЦРП-10 кВ

 Ом,

 Ом.

Активное и реактивное сопротивление трансформаторов расположенных в КТП-10/0,4 кВ

Трансформатор с номинальной мощностью 1000 кВА (Т1, Т3, Т6, Т11)

Ом,

Ом.

Трансформатор с номинальной мощностью 630 кВА (Т2, Т5, Т8, Т9)

Ом,

.

Трансформатор с номинальной мощностью 400 кВА (Т4, Т7, Т10, Т12, Т13)

Ом,

Ом.

Для определения токов к.з. в максимальном режиме определим эквивалентные сопротивления и ЭДС. Значения эквивалентных сопротивлений и соответствующих токов 3-х фазного к.з. представлены в таблице 1.9. Ток 3-х фазного к.з. определяется по формуле

где  – эквивалентное ЭДС, кВ;

 – эквивалентное сопротивление до точки к.з., Ом.

Таблица 1.9 – Расчет токов к.з. в максимальном режиме

Определим ток 3-х и 2-х фазного короткого замыкания в минимальном режиме работы энергосистемы. В минимальном режиме работает два генератора, соответствующие эквивалентные сопротивления приведены в таблице 1.10.

Ток 2-х фазного к.з. определится по формуле

Таблица 1.10 – Расчет токов к.з. в минимальном режиме и токов замыкания на землю

Определим токи замыкания на землю по формуле

где  - емкость 1 км фазы сети относительно земли, Ом/км.

 – длина кабеля от трансформатора 110/35/10 на понизительной подстанции до конца защищаемого кабеля, км.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9