Р.О. Буйний, канд. техн. наук
Чернігівський державний технологічний університет, м. Чернігів, Україна
Обґрунтування області використання схем електричних з’єднань розподільних установок напругою 330-750 кВ системних підстанцій з елегазовими вимикачами і КРУЕ
Розглянуто особливості використання схем електричних з’єднань розподільних установок системних підстанцій напругою 330-750 кВ та обґрунтовано область їх використання у разі застосування елегазових вимикачів і КРУЕ.
Ключові слова: схема електричних з’єднань, розподільна установка, КРУЕ, системна підстанція.
Рассмотрены особенности использования схем электрических соединений распределительных устройств системных подстанций напряжением 330-750 кВ и обоснована область их использования в случае применения элегазових выключателей и КРУЭ.
Ключевые слова: схема электрических соединений, распределительное устройство, КРУЭ, системная подстанция.
The features of the use of circuit of electric connections in the distributive devices of system substations are considered by 330-750 kV and the area of their use is reasonable in case of application of SF6-breaker and GIS.
Key words: electric circuit, distributive device, GIL, power substation.
Вступ. В [1; 2] обґрунтовано перелік схем електричних з’єднань розподільних установок підстанцій (РУ ПС) напругою 110 кВ і більше з використанням елегазових вимикачів і елегазових РУ (КРУЕ), а також область використання цих схем за економічними критеріями. Проте критерій економічності ПС (мінімуму витрат на спорудження з урахуванням вартості землі) не завжди є вирішальним при виборі тієї чи іншої схеми, особливо на надвисоких напругах, де вагомий внесок здійснюють експлуатаційні витрати та зношуваність ресурсу комутаційної апаратури. Тому обґрунтування схем РУ на надвисоких напругах (330-750 кВ) потребує додаткових досліджень.
Основні матеріали дослідження. В [1; 2] показано, що для РУ напругою 330-750 кВ системних ПС з елегазовими вимикачами і КРУЕ доцільно використовувати три схеми, які задовольняють вимозі стійкості енергосистеми:
1) схему «330(500,750)-10» – трансформатори-шини з приєднанням ліній через два вимикачі;
2) схему «330(500,750)-11» – полуторну;
3) схему «330(500,750)-11М» – полуторну з приєднанням автотрансформаторів без вимикачів до шин.
Результати розрахунку ймовірностей безвідмовної роботи цих схем з елегазовими вимикачами і КРУЕ розраховані за методикою, викладеною в [2], зведені в таблицю 1.
Використовуючи укрупнені показники вартості [3], отримано залежності вартості одного приєднання в схемах «330(500,750)-10», «330(500,750)-11» і «330(500,750)-11М» з елегазовими вимикачами і КРУЕ (рис. 1-3).
З цих трьох схем найекономічнішою є схема «330(500,750)-11М» за будь-якої кількості лінійних приєднань [2] (рис. 1-3). Проте вона не може бути застосована при 2-х лінійних приєднаннях, оскільки не буде забезпечувати нормальну роботу енергосистеми у разі відключення одного з приєднань.
Слід зазначити, що у кожній з наведених схем при пошкодженні на шинах або при пошкодженні автотрансформатора буде спрацьовувати різна кількість вимикачів, яка залежить від кількості приєднань у схемі. Тому для визначення кількості лінійних приєднань, за якої доцільно використовувати ту чи іншу схему, введемо термін «зношування комутаційного ресурсу вимикачів схеми», під яким будемо розуміти кількість відключень вимикачів у схемі за рік. Кращою буде та схема, у якої буде мінімальне зношування комутаційного ресурсу під час відключень вимикачів у разі пошкодження шин і автотрансформаторів.
У таблиці 2 наведено кількість вимикачів, що буде одночасно спрацьовувати у схемах РУ системних ПС.
Таблиця 1
Ймовірності безвідмовної роботи схем електричних з’єднань системних ПС
|
Шифр схеми |
Назва схеми |
Умовне зображення схеми |
Ймовірність безвідмовної роботи схеми протягом року з вимикачами, передача від ВН до НН / транзит |
||
|
масляними (повітряними) |
елегазо-вими |
КРУЕ |
|||
|
330-10 500-10 750-10 |
Трансформатор-шини з приєднанням ліній |
|
0,999985 0,9187 |
0,999998 0,984 |
0,9999998 0,9985 |
|
330-11 500-11 750-11 |
Полуторна |
|
1 0,9909 |
1 0,9997 |
1 0,999997 |
|
330-11М 500-11М 750-11М |
Полуторна |
|
1 0,9893 |
1 0,99923 |
1 0,999982 |
|
|
|
|
|
|
|
а |
б |
Рис. 1. Залежність вартості одного приєднання (у тис. грн) від кількості лінійних приєднань у схемах «330-10», «330-11» і «330‑11М» з елегазовими вимикачами (а) і КРУЕ (б)
|
|
|
|
|
|
|
а |
б |
Рис. 2. Залежність вартості одного приєднання (у тис. грн) від кількості лінійних приєднань у схемах «500-10», «500-11» і «500‑11М» з елегазовими вимикачами (а) і КРУЕ (б) (без урахування вартості
шунтувальних реакторів)
Рис. 3. Залежність вартості одного приєднання (у тис. грн) від кількості лінійних приєднань
у схемах «750-10», «750-11» і «750‑11М» з елегазовими вимикачами (без урахування вартості
шунтувальних реакторів)
Таблиця 2
Кількість вимикачів, що одночасно спрацьовує у схемах РУ системних ПС
у разі пошкодження збірних шин та автотрансформаторів
|
Номер схеми |
Кількість вимикачів, що одночасно спрацьовує у разі пошкодження збірних шин/автотрансформатора, шт |
||||||||
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
«10» |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
«11» |
2 |
3 |
3 |
4 |
4 |
5 |
5 |
6 |
6 |
|
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
|
«11М» |
|
2 |
2 |
3 |
3 |
4 |
4 |
5 |
5 |
|
|
2 |
2 |
3 |
3 |
4 |
4 |
5 |
5 |
|
Використовуючи частоту відмов збірних шин та автотрансформаторів для схем з відкритими РУ (ВРУ) і елементів КРУЕ напругою 330-750 кВ [1] та кількість вимикачів, що буде одночасно спрацьовувати у вищенаведених схемах системних ПС у разі пошкодження збірних шин та автотрансформатора (таблиця 2), розраховано зношування комутаційного ресурсу схем «10», «11» і «11М» за формулами:
,
,
де 
, 
– кількість лінійних та трансформаторних приєднань до збірної шини, шт;
, 
– частота відмов шини на одне приєднання до неї та автотрансформатора відповідно, рік-1;
, 
– максимальна кількість вимикачів, що можуть одночасно спрацьовувати у схемі при пошкодженні збірних шин та автотрансформатора відповідно (без урахування форс-мажорів: неспрацьовування одного з вимикачів), шт.
Результати розрахунків зведено до таблиць 3-4.
Таблиця 3
Зношування комутаційного ресурсу вимикачів у схемах РУ системних ПС з елегазовими вимикачами
|
Номер схеми |
Зношування комутаційного ресурсу вимикачів у разі пошкодження збірних шин/автотрансформатора, шт×разів/рік за кількості лінійних приєднань: |
||||||||
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
«10» |
0,06 0,1 |
0,12 0,15 |
0,2 0,2 |
0,3 0,25 |
0,42 0,3 |
0,56 0,35 |
0,72 0,4 |
0,9 0,45 |
1,1 0,5 |
|
«11» |
0,04 |
0,09 |
0,09 |
0,16 |
0,16 |
0,25 |
0,25 |
0,36 |
0,36 |
|
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
|
|
«11М» |
|
0,06 |
0,06 |
0,12 |
0,12 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
0,3 |
|
|
0,1 |
0,1 |
0,15 |
0,15 |
0,2 |
0,2 |
0,25 |
0,25 |
|
Таблиця 4
Зношування комутаційного ресурсу вимикачів у схемах РУ системних ПС з КРУЕ
|
Номер схеми |
Зношування комутаційного ресурсу вимикачів у разі пошкодження збірних шин/автотрансформатора, шт×разів/рік за кількості лінійних приєднань: |
||||||||
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
«10» |
0,015 |
0,03 |
0,05 |
0,075 |
0,105 |
0,14 |
0,18 |
0,225 |
0,275 |
|
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
0,35 |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
|
|
«11» |
0,01 |
0,0225 |
0,0225 |
0,04 |
0,04 |
0,0625 |
0,0625 |
0,09 |
0,09 |
|
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
|
|
«11М» |
|
0,015 |
0,015 |
0,03 |
0,03 |
0,05 |
0,05 |
0,075 |
0,075 |
|
|
0,1 |
0,1 |
0,15 |
0,15 |
0,2 |
0,2 |
0,25 |
0,25 |
|
На рисунках 4-5 зображені залежності зношування комутаційного ресурсу від кількості лінійних приєднань для схем «10», «11» та «11М» з елегазовими вимикачами і КРУЕ у разі пошкодження збірних шин і автотрансформаторів.
|
а |
б |
Рис. 4. Зношування комутаційного ресурсу для схем «10», «11» та «11М» з елегазовими вимикачами (а) і КРУЕ (б) залежно від кількості лінійних приєднань при пошкодженні збірних шин
Рис. 5. Зношування комутаційного ресурсу для схем «10», «11» та «11М» з елегазовими вимикачами і КРУЕ залежно від кількості лінійних приєднань при пошкодженні автотрансформаторів
З рисунків 4-5 видно, що для випадку пошкодження збірних шин при 2-х лінійних приєднаннях мінімальне зношування ресурсу має схема «11», а при 3-х і більше – схема «11М». У випадку пошкодження автотрансформатора при 2-х лінійних приєднаннях мінімальне зношування ресурсу мають схеми «10» і «11», при 3-4-х – схеми «11» і «11М», а при 5-х і більше – схема «11».
У таблиці 5 наведено кількість лінійних приєднань, за якої доцільно використовувати одну з трьох схем для РУ системних ПС з елегазовими вимикачами та КРУЕ за різними критеріями.
Таблиця 5
Найдоцільніша схема для РУ системних ПС з елегазовими вимикачами і КРУЕ
за різними критеріями
|
Кількість |
Шифр найдоцільнішої схеми |
||
|
За економічними |
У разі пошкодження збірних шин |
У разі пошкодження |
|
|
2 |
«10» |
«11» |
«10» = «11» |
|
≥3 |
«11М» |
«11М» |
– |
|
3-4 |
– |
– |
«11» = «11М» |
|
≥5 |
– |
– |
«11» |
Оскільки пошкодження трансформаторів бувають частіше, ніж збірних шин, то можна зробити такі висновки.
Висновки. Для РУ напругою 330-750 кВ системних ПС з елегазовими вимикачами або КРУЕ слід використовувати за кількості лінійних приєднань:
|
2 |
– |
схему «330(500,750)-10» – трансформатори-шини з приєднанням ліній через два вимикачі; |
|
3-4 |
– |
схему «330(500,750)-11» – полуторну; |
|
≥5 |
– |
схему «330(500,750)-11М» – полуторну з приєднанням автотрансформаторів без вимикачів до шин. |
Список використаних джерел
1. Обґрунтування переліку схем електричних з’єднань розподільних установок підстанцій напругою 110 кВ і більше з використанням елегазових вимикачів і КРУЕ / Р. О. Буйний, В. В. Зорін, А. О. Квицинський, В. П. Ключко // Енергетика та електрифікація. – 2012. – № 2. – С. 36-44.
2. Буйний Р. О. Обґрунтування області використання схем електричних з’єднань розподільних установок підстанцій напругою 110 кВ і більше з елегазовими вимикачами і КРУЕ за економічними критеріями / Р. О. Буйний, В. В. Зорін, А. О. Квицинський // Енергетика та електрифікація. – 2012. – № 6. – С. 13-21.
3. СТО 56947007-29.240.014-2008. Укрупненные показатели стоимости сооружения (реконструкции) подстанций 35-750 кВ и линий электропередачи напряжением 6,10-750 кВ.