ОТКРЫТОЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ С ТРЕМЯ БЛОКАМИ ГЕНЕРАТОР-ТРАНСФОРМАТОР, ПЯТЬЮ ЛИНИЯМИ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОМ СВЯЗИ
OPEN DISTRIBUTION DEVICE OF ELECTRIC STATION WITH THREE UNITS OF GENERATOR-TRANSFORMER, FIVE LINES AND AUTOTRANSFORMER OF COMMUNICATION

Изобретение относится к электротехнике, а именно к открытым распределительным устройствам (ОРУ) электрических станций, и может быть применено для выдачи вырабатываемой электроэнергии.
Известно распределительное устройство (РУ) повышенного напряжения, выполненное по схеме «4/3» [Двоскин Л. И. Схемы и конструкции распределительных устройств. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 240 с.], содержащее четырнадцать выключателей с разъединителями с каждой из сторон, шесть объединенных блоков генератор-трансформатор, шесть линий и два автотрансформатора связи.
Недостатком этого устройства является низкая надежность, так как отказ в отключении выключателей между блоком и линией при коротком замыкании (КЗ) на линии или их отказ типа «КЗ в обе стороны» приводит к одновременному отключению двух линий и объединенного блока.
Известно ОРУ электрической станции с тремя блоками генератор-трансформатор, пятью линиями и автотрансформатором связи, выполненное по схеме «4/3» [Электрическая часть атомных электростанций: электронный учебно-методический комплекс/ В.А. Старшинов, М.В. Пираторов. - Москва: НИУ МЭИ, 2012 - 60 с.], выбранное в качестве прототипа, содержащее двенадцать выключателей с разъединителями с каждой из сторон. Первые разъединители первого, второго и третьего выключателей подключены к первой сборной шине. Первые разъединители четвертого, пятого и шестого выключателей подключены ко второй сборной шине. Разъединитель первой линии подключен ко второму разъединителю первого выключателя и к первому разъединителю седьмого выключателя. Разъединитель второй линии подключен ко вторым разъединителям четвертого и восьмого выключателей. Разъединитель третьей линии подключен ко второму разъединителю второго выключателя и к первому разъединителю девятого выключателя. Разъединитель четвертой линии подключен ко вторым разъединителям пятого и десятого выключателей. Разъединитель пятой линии подключен ко второму разъединителю одиннадцатого выключателя и к первому разъединителю двенадцатого выключателей. Разъединитель первого блока генератор-трансформатор подключен ко второму разъединителю девятого выключателя и к первому разъединителю десятого выключателя. Разъединитель второго блока генератор-трансформатор подключен ко второму разъединителю третьего выключателя и к первому разъединителю одиннадцатого выключателя. Разъединитель третьего блока генератор-трансформатор подключен ко вторым разъединителям шестого и двенадцатого выключателей. Разъединитель автотрансформатора связи подключен ко второму разъединителю седьмого выключателя и к первому разъединителю восьмого выключателей.
Недостатками этого устройства являются: 1) отключение укрупненного блока в случае отказа в отключении выключателей между блоком и линией при коротком замыкании (КЗ) на линии или отказе упомянутого выключателя типа «КЗ в обе стороны»; 2) полное кратковременное отключение цепочки, в которой подключены два укрупненных блока и одна линия, в случае отказа в отключении любого из выключателей между блоком и линией этой цепочки при коротком замыкании (КЗ) на линии или его отказ типа «КЗ в обе стороны» во время ремонта одного из двух выключателей, подключающего один блок к шине.
Техническим результатом изобретения является исключение возможностей: 1) отключения укрупненного блока в случае отказа в отключении выключателей между блоком и линией при коротком замыкании (КЗ) на линии или отказе упомянутого выключателя типа «КЗ в обе стороны»; 2) полного кратковременного отключения цепочки, в которой подключены два укрупненных блока и одна линия, в случае отказа в отключении любого из выключателей между блоком и линией этой цепочки при коротком замыкании (КЗ) на линии или его отказ типа «КЗ в обе стороны» во время ремонта одного из двух выключателей, подключающего один блок к шине.
Предложенное ОРУ электрической станции с тремя блоками генератор-трансформатор, пятью линиями и автотрансформатором связи, так же, как и в прототипе, содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выключатели с разъединителем с одной из сторон. Разъединители первого, второго и третьего выключателей подключены к первой сборной шине. Разъединители четвертого, пятого и шестого выключателей подключены ко второй сборной шине. Разъединитель автотрансформатора связи подключен к разъединителям седьмого и восьмого выключателей. Разъединитель первого блока генератор-трансформатор подключен к разъединителям девятого и десятого выключателей. Разъединитель второго блока подключен к разъединителю одиннадцатого выключателя. Разъединитель третьего блока подключен к разъединителю двенадцатого выключателя.
Согласно изобретению, введены тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый, шестнадцатый, семнадцатый, восемнадцатый, девятнадцатый, двадцатый, двадцать первый, двадцать второй, двадцать третий и двадцать четвертый выключатели с разъединителем с одной из сторон. Разъединитель первой линии подключен к разъединителям тринадцатого и четырнадцатого выключателей, включенных последовательно с первым и седьмым выключателями, соответственно. Разъединитель второй линии подключен к разъединителям пятнадцатого и шестнадцатого выключателей, включенных последовательно с четвертым и восьмым выключателями, соответственно. Разъединитель третьей линии подключен к разъединителям семнадцатого и восемнадцатого выключателей, включенных последовательно со вторым и девятым выключателями, соответственно. Разъединитель четвертой линии подключен к разъединителям девятнадцатого и двадцатого выключателей, включенных последовательно с пятым и десятым выключателями, соответственно. Разъединитель пятой линии подключен к разъединителям двадцать первого и двадцать второго выключателей, включенных последовательно с одиннадцатым и двенадцатым выключателями, соответственно. Двадцать третий выключатель включен последовательно с третьем выключателем, а его разъединитель подключен к точке соединения разъединителей второго блока генератор-трансформатор и одиннадцатого выключателя. Двадцать четвертый выключатель включен последовательно с шестым выключателем, а его разъединитель подключен к разъединителям третьего блока генератор-трансформатор и двенадцатого выключателя.
2
Использование тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого, восемнадцатого, девятнадцатого, двадцатого, двадцать первого, двадцать второго, двадцать третьего и двадцать четвертого выключателей с разъединителем с одной из сторон и их соответствующее подключение позволяют, по сравнению с прототипом, снизить частоту потери генерируемой и передаваемой мощности в ОРУ за счет того, что при отказе любого из выключателей, соединяющих блок генератор-трансформатор и линию, релейная защита (РЗ) этих присоединений действует не на один выключатель, а на каждый из двух последовательно включенных выключателей. В результате частота отказа в разрыве соединения между блоком и линией уменьшается, так как в прототипе она равна λ, а в заявляемом устройстве λ (λ<1).
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого ОРУ.
Открытое распределительное устройство электрической станции с тремя блоками 1-3 генератор-трансформатор, пятью линиями 4-8 и автотрансформатором 9 связи (фиг. 1), содержит первый 10, второй 11, третий 12, четвертый 13, пятый 14, шестой 15, седьмой 16, восьмой 17, девятый 18, десятый 19, одиннадцатый 20, двенадцатый 21, тринадцатый 22, четырнадцатый 23, пятнадцатый 24, шестнадцатый 25, семнадцатый 26, восемнадцатый 27, девятнадцатый 28, двадцатый 29, двадцать первый 30, двадцать второй 31, двадцать третий 32 и двадцать четвертый 33 выключатели с разъединителем с одной из сторон. Разъединители 34, 35 и 36 первого 10, второго 11 и третьего 12 выключателей подключены к первой сборной шине 37. Разъединители 38, 39 и 40 четвертого 13, пятого 14 и шестого 15 выключателей подключены ко второй сборной шине 41. Разъединитель 42 автотрансформатора связи 9 подключен к разъединителям 43 и 44 седьмого 16 и восьмого 17 выключателей. Разъединитель 45 первого блока генератор-трансформатор 1 подключен к разъединителям 46 и 47 девятого 18 и десятого 19 выключателей. Разъединитель 48 второго блока 2 подключен к разъединителю 49 одиннадцатого выключателя 20 и к разъединителю 50 двадцать третьего выключателя 32, включенного последовательно с третьим выключателем 12. Разъединитель 51 третьего блока 3 подключен к разъединителю 52 двенадцатого выключателя 21 и к разъединителю 53 двадцать четвертого выключателя 33, включенного последовательно с шестым выключателем 15. Разъединитель 54 первой линии 4 подключен к разъединителям 55 и 56 тринадцатого 22 и четырнадцатого 23 выключателей, включенных последовательно с первым 10 и седьмым 16 выключателями, соответственно. Разъединитель 57 второй линии 5 подключен к разъединителям 58 и 59 пятнадцатого 24 и шестнадцатого 25 выключателей, включенных последовательно с четвертым 13 и восьмым 17 выключателями, соответственно. Разъединитель 60 третьей линии 6 подключен к разъединителям 61 и 62 семнадцатого 26 и восемнадцатого 27 выключателей, включенных последовательно со вторым 11 и девятым 18 выключателями, соответственно. Разъединитель 62 четвертой линии 7 подключен к разъединителям 63 и 64 девятнадцатого 28 и двадцатого 29 выключателей, включенных последовательно с пятым 14 и десятым 19 выключателями, соответственно. Разъединитель 65 пятой линии 8 подключен к разъединителям 66 и 67 двадцать первого 30 и двадцать второго 31 выключателей, включенных последовательно с одиннадцатым 20 и двенадцатым 21 выключателями, соответственно.
1
2
ОРУ электрической станции с тремя блоками генератор-трансформатор, пятью линиями и автотрансформатором связи работает следующим образом. Пусть в нормальном режиме работы электростанция выдает запланированную мощность (все выключатели включены). Тогда: при КЗ в блоке 1 от действия его релейной защиты (РЗ) отключаются выключатели 18, 19, 27 и 79, после чего оперативный персонал отключает разъединитель 45 (фиг.1). При этом происходит потеря мощности блока на суммарное время t его аварийного ремонта и пуска из холодного состояния. При КЗ в блоках 2 и 3 все аналогично. При устойчивых и неустойчивых КЗ на линиях 4-8 не происходит потери мощности. При КЗ на автотрансформаторе 9 связи от действия его РЗ отключаются выключатели 16, 17, 23 и 25, после чего оперативный персонал отключает разъединитель 42. При этом происходит потеря перетока мощности автотрансформатора 9 на время его аварийного ремонта. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателей 10-12 также не происходят потери мощности, так как при этом от действия РЗ первой сборной шины 37 отключаются последовательно подключенные к ним выключатели 22, 26 и 32, соответственно. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателей 13-15 все аналогично. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 16 от действия РЗ автотрансформатора 9 отключаются, последовательно подключенный с ним выключатель 23 и выключатель 17, что приводит к кратковременному отключению автотрансформатора 9 на время оперативных переключений. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 17 все происходит аналогично. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 18 от действия РЗ блока 1 отключаются последовательно подключенный с ним выключатель 27 и выключатели 19, 29; также перегорает предохранитель, установленный в цепи выключателя нагрузки блока 1, что приводит к его потере. После вывода выключателя 18 в ремонт, выключателя 27 в профилактический осмотр и замены упомянутого предохранителя, выключатели 19 и 29 включаются обратно, и блок 1 запускается через время t из состояния горячего резерва. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателей 19-21, 32 и 33 все аналогично. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 22 от действия РЗ линии 4 отключаются последовательно подключенный с ним выключатель 10 и выключатели 16, 23, что приводит к кратковременному отключению линии 4. После вывода выключателя 22 в ремонт и выключателя 10 в профилактический осмотр выключатели 16 и 23 включаются обратно, и линия 4 подключается к схеме, при этом не происходит потери мощности. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателей 23-30 все аналогично.
АПВ
При КЗ на первой сборной шине 37 от действия ее РЗ отключаются выключатели 10-12 и последовательно подключенные к ним выключатели 22, 26 и 32, соответственно; при этом не происходит потери мощности. При КЗ на второй сборной шине 41 все аналогично. Отказ выключателя 27 в отключении КЗ на линии 6 не приводит к утяжелению последствий при КЗ на этой линии в условиях безотказного отключения ее остальных выключателей, так как включенный последовательно с ним выключатель 18 отключается от действия РЗ линии 6 (также, как и выключатели 11 и 26) и разрывает цепь, соединяющую линию 6 и блок генератор-трансформатор 1. При этом, если КЗ на линии 6 неустойчивое, то через время t выключатели 11, 18 и 26 включаются обратно (выключатель 27 из-за отказа оставался включенным), и восстанавливается нормальный режим работы. При устойчивом КЗ на линии 6 она выводится в аварийный ремонт разъединителем 60; также разъединителями 46 и 62 от схемы отключаются выключатели 27 (для ремонта) и 18 (для профилактического осмотра), а разъединителями 35 и 61 - выключатели 11 и 26. При КЗ на линиях 4, 5, 7 и 8, совпадающих с отказами в отключении выключателей 23, 25, 29, 30 или 31, схема работает аналогично.
1
2
При КЗ в блоках 1-3 совпадающих с отказами в отключении выключателей 18 или 19, 20 или 32, 21 или 33 принцип работы схемы также аналогичен. При аварийном и плановом ремонте блока 1 совместно выводятся в плановый ремонт выключатели 18,19, 27 и 29. Тогда: при КЗ в блоке 2 (как и при отказе выключателей 20 и 32 в отключении КЗ на этом блоке) от действия его РЗ отключаются выключатели 12, 20, 30 и 32, после чего оперативный персонал отключает разъединитель 48. При этом происходит потеря мощности блока 2 на время t. При КЗ в блоке 3 все аналогично. При устойчивом и неустойчивом КЗ на линиях 4-8 (как и при отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателей 22-31 и их отказе в отключении КЗ на этих линиях) не происходит потери мощности. При КЗ на автотрансформаторе 9 (как и при отказе выключателей 16 и 17 в отключении КЗ на этом автотрансформаторе 9) происходит потеря перетока мощности на время его аварийного ремонта. Отказ типа «КЗ в обе стороны» выключателя 10 приводит к кратковременному отключению линии 6 на время оперативных переключений. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателей 12, 13 и 15 все аналогично. Отказ типа «КЗ в обе стороны» выключателя 11 (как и при КЗ на первой 37 и второй 41 сборных шинах, и отказ выключателей 10, 11, 12, 13, 14 и 15 в отключении КЗ на этих шинах) приводит к длительному отключению линии 6, при этом потери мощности не происходит. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателей 14, 26 и 28 все аналогично. Отказ типа «КЗ в обе стороны» выключателя 16 или 17 приводит к кратковременному отключению автотрансформатора 9 на время оперативных переключений. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 20 от действия РЗ блока 2 отключаются последовательно подключенный с ним выключатель 30 и выключатели 12, 32; также перегорает предохранитель, установленный в цепи выключателя нагрузки блока 2, что приводит к его потере. После вывода выключателя 20 в ремонт, а выключателя 27 в профилактический осмотр, замены упомянутого предохранителя и соответствующих оперативных переключений блок 2 запускается через время t. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателей 21, 32 и 33 все аналогично.
Точно также рассматривается работа схемы в следующих ремонтных режимах: плановый и аварийный ремонт блока генератор-трансформатор 2 (3) совместно с выключателями 12, 20, 30 и 32 (15, 21, 31 и 33); плановый и аварийный ремонт линии 4 (5) совместно с выключателями 10, 16, 22 и 23 (13, 17, 24 и 25); плановый и аварийный ремонт линии 6 (7) совместно с выключателями 11, 18, 26 и 27 (14, 19, 28 и 29); плановый и аварийный ремонт линии 8 совместно с выключателями 20, 21, 30 и 31; плановый и аварийный ремонт автотрансформатора 9 совместно с выключателями 16, 17, 23 и 25; аварийный ремонт выключателей 10 и 22 (13 и 24); аварийный ремонт выключателей 11 и 26 (14 и 28); аварийный ремонт выключателей 12 и 32 (15 и 33); аварийный ремонт выключателей 16 и 23 (17 и 25), аварийный ремонт выключателей 18 и 27 (19 и 29); аварийный ремонт выключателей 20 и 30 (21 и 31); плановый и аварийный ремонт первой (второй) сборной шины 37 (41) совместно с выключателями 10-12, 22, 26 и 32 (13-15, 24, 28 и 33).
4
Расчеты суммарного аварийного недоотпуска электроэнергии, проведенные по широко известной методике [1] с использованием данных из [2]-[4], для заявляемого ОРУ напряжением 500 кВ электрической станции с блоками мощностью 500 МВт и для ОРУ, взятого за прототип (напряжение и блоки те же), показали, что в первом случае недоотпуск меньше на 4⋅10 МВт⋅ч/год. Не считаясь с потерями потребителя и при стоимости 1 кВт/час 175 руб. возможно получить экономический эффект 7 млрд. руб/год.
Список использованных источников
1. Гук Ю.Б. Теория надежности. Введение: учеб. пособие - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. - 171 с.
2. Шабад М.А. Автоматизация распределительных электрических сетей с использованием цифровых реле. - М.: НТФ «Энергопрогресс», 2003. - 68 с.
3. Балаков Ю.Н., Мисриханов М.Ш., Шунтов А.В. Проектирование схем электроустановок: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., стереот. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 288 с., ил.
4. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. - 3-е изд. - М.: ЭНАС, 2009. - 392 с.