Открытое распределительное устройство электрической станции с блоком генератор-трансформатор и двумя линиями
OPEN DISTRIBUTION DEVICE OF ELECTRIC STATION WITH GENERATOR-TRANSFORMER UNIT AND TWO LINES

Изобретение относится к электротехнике, а именно к открытым распределительным устройствам (ОРУ) электрических станций, и может быть применено на них для выдачи вырабатываемой электроэнергии.
Известно распределительное устройство повышенного напряжения с трансформатором связи и двумя линиями [Рожкова Л.Д., Козулин B.C. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 648 с.], содержащее три выключателя с разъединителями с каждой из сторон, соединенных в кольцо.
Недостатком этого устройства является низкая надежность, так как отказ любого выключателя в отключении при коротком замыкании (КЗ) на любом присоединении или его отказ типа «КЗ в обе стороны» приводит к полному погашению распределительного устройства, что ведет к дефициту мощности в энергосистеме и, как следствие, к недоотпуску электроэнергии конечным потребителям.
Известно ОРУ электрической станции с блоком генератор-трансформатор и двумя линиями [Электрическая часть электростанций: Учебник для вузов // Под ред. С.В. Усова. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 616 с.], выбранное в качестве прототипа, содержащее первый, второй и третий выключатели с разъединителями с каждой из сторон. Разъединитель блока генератор-трансформатор подключен к первым разъединителям первого и второго выключателей. Разъединитель первой линии подключен к первому разъединителю третьего выключателя и ко второму разъединителю первого выключателя. Разъединитель второй линии подключен ко вторым разъединителям второго и третьего выключателей.
Недостатком этого устройства является низкая надежность, так как отказ любого выключателя в отключении при КЗ на любом присоединении или его отказ типа «КЗ в обе стороны» приводит к полному кратковременному погашению распределительного устройства. Надежность устройства низка и в случае нахождения в ремонте одного из двух выключателей, осуществляющих подключение блока генератор-трансформатор к линиям, что при возникновении отказа второго выключателя приводит к длительному погашению распределительного устройства. В обоих случаях отказы выключателей ведут к дефициту мощности в энергосистеме (также возможно нарушение ее устойчивой работы из-за потери блока) и, как следствие, к недоотпуску электроэнергии конечным потребителям.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства при возникновении отказов в отключении КЗ на присоединении или отказов типа «КЗ в обе стороны» любого из выключателей, а также при их нахождении в ремонте.
Предложенное ОРУ электрической станции с блоком генератор-трансформатор и двумя линиями, так же, как и в прототипе, содержит первый, второй и третий выключатели с разъединителем с одной из сторон, разъединитель блока генератор-трансформатор, подключенный к разъединителям первого и второго выключателей, и разъединитель первой линии, подключенный к разъединителю третьего выключателя.
Согласно изобретению, введены четвертый, пятый и шестой выключатели с разъединителем с одной из сторон, а также седьмой, восьмой и девятый выключатели с разъединителями с каждой из сторон. Четвертый выключатель включен последовательно с первым выключателем, а его разъединитель подключен к точке соединения разъединителя первой линии с разъединителем третьего выключателя, к которой также подключены первые разъединители седьмого и восьмого выключателей. Пятый выключатель включен последовательно с третьим выключателем, а его разъединитель подключен к разъединителю второй линии, к которому также подключены второй разъединитель восьмого выключателя, первый разъединитель девятого выключателя и разъединитель шестого выключателя, включенного последовательно со вторым выключателем. Вторые разъединители седьмого и девятого выключателей подключены к точкам соединения разъединителей первого и второго выключателей с разъединителем блока генератор-трансформатор.
Использование четвертого, пятого и шестого выключателей с разъединителем с одной из сторон, а также седьмого, восьмого и девятого выключателей с разъединителями с каждой из сторон, и их соответствующее подключение позволяет, по сравнению с прототипом, повысить надежность работы ОРУ за счет снижения частоты потери мощности, вырабатываемой генератором, при отказах любого из выключателей и при их нахождении в ремонте.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого ОРУ.
ОРУ электрической станции с блоком 1 генератор-трансформатор и двумя линиями 2 и 3 (фиг. 1) содержит первый 4, второй 5, третий 6, четвертый 7, пятый 8 и шестой 9 выключатели с разъединителями 10, 11, 12, 13, 14 и 15, соответственно. Разъединитель 16 блока 1 генератор-трансформатор подключен к разъединителям 10 и 11 первого 4 и второго 5 выключателей, а разъединитель 17 первой линии 2 - к разъединителю 12 третьего выключателя 6. Четвертый выключатель 7 включен последовательно с первым выключателем 4, а его разъединитель 13 подключен к точке соединения разъединителя 17 первой линии 2 с разъединителем 12 третьего выключателя 6, к которой также подключены первые разъединители 18 и 19 седьмого 20 и восьмого 21 выключателей. Пятый выключатель 8 включен последовательно с третьим выключателем 6, а его разъединитель 14 подключен к разъединителю 22 второй линии 3, к которому также подключены второй разъединитель 23 восьмого выключателя 21, первый разъединитель 24 девятого выключателя 25 и разъединитель 15 шестого выключателя 9, включенного последовательно со вторым выключателем 5. Вторые разъединители 26 и 27 седьмого 20 и девятого 25 выключателей подключены к точкам соединения разъединителей 10 и 11 первого 4 и второго 5 выключателей с разъединителем 16 блока 1 генератор-трансформатор.
ОРУ электрической станции с блоком генератор-трансформатор и двумя линиями работает следующим образом. Пусть электростанция выдает запланированную мощность при отсутствии ремонтов в ОРУ (выключатели 4-9 включены, выключатели 20, 21 и 25 отключены). Тогда:
бл.
1
1) При КЗ в блоке 1 генератор-трансформатор от действия его релейной защиты (РЗ) отключаются выключатели 4, 5, 7 и 9, после чего оперативный персонал отключает разъединитель 16 (фиг. 1). При этом происходит потеря мощности блока ΔР на суммарное время t его аварийного ремонта и пуска из холодного состояния.
2
бл.
2) При КЗ на линии 2 от действия ее РЗ отключаются выключатели 4, 6, 7 и 8. Если КЗ неустойчивое (успешное АПВ), то через время t срабатывания устройства АПВ выключатели 4, 6, 7 и 8 включаются обратно, и восстанавливается нормальный режим работы. Если КЗ на линии 2 устойчивое (неуспешное АПВ), то после отключения этих выключателей оперативный персонал отключает разъединитель 17, и линия выводится в ремонт. При этом в обоих случаях не происходит потеря мощности ΔР, так как оставшаяся в работе линия 3 способна передать всю вырабатываемую генератором мощность. При КЗ на линии 3 схема работает аналогично.
3
3) При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 4 от действия РЗ блока 1 отключаются выключатели 5, 7 и 9; также перегорают предохранители, установленные в цепи выключателя нагрузки блока 1 (на фиг. 1 не показано), что приводит к его потере. После отключения выключателей 4 (для ремонта) и 7 (для профилактического осмотра) от схемы разъединителями 10 и 13, и замены предохранителей выключатели 5 и 9 включаются обратно. Также включают нормально отключенный выключатель 20, после чего через время t осуществляется пуск блока 1 из состояния горячего резерва. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 5 схема работает аналогично.
4) При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 6 от действия РЗ линии 2 отключаются выключатели 4, 7 и 8, что приводит к ее кратковременному отключению. После отключения выключателей 6 (для ремонта) и 8 (для профилактического осмотра) от схемы разъединителями 12 и 14 выключатели 4 и 7 включаются обратно. Также включают нормально отключенный выключатель 21, после чего линия 2 подключается к схеме. При отказах типа «КЗ в обе стороны» выключателей 7, 8 и 9 схема работает аналогично.
бл.
2
5) Отказ выключателя 6 в отключении КЗ на линии 2 не приводит к потере мощности ΔР, так как включенный последовательно с ним выключатель 8 отключается от действия РЗ линии 2 (также, как и выключатели 4 и 7) и разрывает цепь, соединяющую линии 2 и 3. Линия 3 остается в работе и передает всю мощность, вырабатываемую генератором. При этом, если КЗ на линии 2 неустойчивое, то через время t выключатели 4, 7 и 8 включаются обратно (выключатель 6 из-за отказа оставался включенным), и восстанавливается нормальный режим работы. При устойчивом КЗ на линии 2 она выводится в аварийный ремонт разъединителем 17; также разъединителями 12 и 14 от схемы отключаются выключатели 6 (для ремонта) и 8 (для профилактического осмотра), а разъединителями 10 и 13 - выключатели 4 и 7. При КЗ на линиях 2 и 3, совпадающих с отказами в отключении выключателей 4 или 7, 6 или 8, 5 или 9, схема работает аналогично.
Принцип работы схемы ОРУ при нахождении в ремонте одной из линий 2 и 3 или одного из выключателей 4-9 аналогичен рассмотренному выше.
Σзаявл.
Σпрот.
заявл.
прот.
8
8
Расчеты суммарного аварийного недоотпуска электроэнергии, характеризующего надежность работы ОРУ, проведенные по широко известной методике [1] с использованием данных из [2]-[4] для заявляемого ОРУ напряжением 750 кВ с блоком генератор-трансформатор мощностью 1200 МВт и двумя линиями длиной 600 км, а также для ОРУ, взятого за прототип, показали, что в первом случае он ниже - ΔW=13,09⋅10 кВт⋅ч/год, а ΔW=13,13⋅10 кВт⋅ч/год. При этом ниже оказались и приведенные затраты, являющиеся критерием выбора окончательного варианта построения схемы ОРУ - З=1,02 трлн. руб./год, а З=1,03 трлн. руб./ год. Таким образом, заявляемое ОРУ, в сравнении с известным, позволяет добиться экономического эффекта за счет снижения величины приведенных затрат за средний срок службы оборудования, равный 25 годам, на 250 млрд. рублей.
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.