Zadatak

Sabirnice 220 kV i prekidač bloka elektrane: rešen zadatak

Zadatak sa ispita iz predmeta Razvodna postrojenja, FTN Novi Sad, 15. marta 2020. Rešenje: Miloš Sarić

Zadatak

Na slici je prikazana uprošćena jednopolna šema elektrane koja je priključena na sistem preko tri identična nadzemna voda sa podacima potrebnim za proračun. Kvarovi se isključuju za $t_i = 0{,}2$ s. Šema postrojenja treba da omogući prelazak na izdvojen rad bilo kog generatora sa bilo koja dva voda bez prekidanja pogona.

Potrebno je:

Sastaviti principijelnu šemu postrojenja sa naznakom isključivo komutacione aparature
Izabrati sabirnice 220 kV
Izabrati prekidače bloka generator transformator (element P u šemi)

Uprošćena jednopolna šema

Poznato

$S_{ng} = 130$ MVA
$U_{ng} = 12{,}4$ kV
$x''_d = 0{,}21$
$x'_d = 0{,}33$
$x_d = 1{,}1$
$T_{aG} = 0{,}09$ s
$S_{nT} = 150$ MVA
$m_T = 220$ kV
$/ = 12$ kV
$x_T = 0{,}11$
$r_T/x_T = 0{,}06$
$r_v = 0{,}07$ Ω/km
$x_v = 0{,}41$ Ω/km
$\ell_v = 150$ km
$S'' = 5000$ MVA
$S' = 3000$ MVA
$k_{ud} = 1{,}65$
$U_n = 220$ kV
$t_i = 0{,}2$ s
$c = 1{,}1$

Rešenje

Šta se traži i kojim postupkom

Šema mora da dozvoli izdvojen rad bez prekidanja pogona. Za izbor opreme računa se kratak spoj u postrojenju 220 kV: sabirnice se biraju po trajnoj struji i proveravaju na zagrevanje u kvaru, a prekidač po trajnoj struji, prekidnoj i uklopnoj struji. Faktor napona je po IEC 60909, $c = 1{,}1$ , a tabele su iz beleški sa predavanja, jer je ispit sa upotrebom literature.

1. Principijelna šema

Da bi bilo koji generator mogao da pređe na izdvojen rad sa bilo koja dva voda, bez prekidanja pogona, potreban je dvostruki sistem sabirnica sa spojnim poljem. Pri uključenom spojnom prekidaču elementi izdvojenog rada prebacuju se na drugi sistem, a spojni prekidač se zatim isključi:

Principijelna šema postrojenja 220 kV

Kratak spoj na sabirnicama 220 kV

Računamo na 220 kV, sa $E = c U_n/\sqrt{3} = 139{,}7$ kV. Mreža dolazi preko sva tri voda, a iz njenog $k_{ud} = 1{,}65$ sledi $R_Q/X_Q = 0{,}147$ :

\begin{aligned} X_Q &= \frac{c U_n^2}{S''} = 10{,}65\ \Omega \\ Z_m &= R_Q + \mathrm{j} X_Q + \frac{10{,}5 + \mathrm{j}61{,}5}{3} \\ &= 5{,}07 + \mathrm{j}31{,}15\ \Omega \\ I''_m &= \frac139{,}7{|Z_m|} = 4{,}43\ \text{kA} \end{aligned}

Svaki blok generator-transformator daje svoj deo, a generator se svodi preko odnosa transformatora:

\begin{aligned} X_G &= x''_d \frac{12{,}4^2}{130} \left( \frac{220}{12} \right)^2 = 83{,}48\ \Omega \\ X_T &= x_T \frac{220^2}{150} = 35{,}49\ \Omega \\ Z_b &= 5{,}08 + \mathrm{j}118{,}98\ \Omega \\ I''_b &= \frac139{,}7{|Z_b|} = 1{,}173\ \text{kA} \end{aligned}

Toplotni impuls računamo na strani sigurnosti, bez opadanja naizmenične komponente, sa većom vremenskom konstantom, generatorovom:

\begin{aligned} I'' &= 4{,}43 + 3 \cdot 1{,}173 = 7{,}95\ \text{kA} \\ i_{ud} &= \sqrt{2} \left( 1{,}621 \cdot 4{,}43 + 1{,}882 \cdot 3{,}52 \right) \\ &= 19{,}5\ \text{kA} \\ A &= I''^2 (t_i + T_{aG}) \\ &= 7{,}95^2 \cdot 0{,}29 = 18{,}3\ \text{kA}^2\text{s} \end{aligned}

2. Izbor sabirnica 220 kV

Najveća trajna struja je cela snaga elektrane, 390 MVA, na jednom sistemu sabirnica:

I_{max} = \frac{390}{\sqrt{3} \cdot 220} = 1023\ \text18{,}32

Sabirnice ovog napona prave se od užadi, pa biramo po dva Al-Če užeta po fazi. Po tabeli za Al-Če užad prvo dovoljno je 240/40, sa 530 A po užetu, odnosno 1060 A po fazi. Provera na zagrevanje u kratkom spoju, sa $\beta_F = 12$ za Al/Fe:

q_{min} = 12 \sqrt18{,}32 = 51\ \text{mm}^2 < 480\ \text{mm}^2

Mehanički proračun užeta traži raspon, koji zadatak ne zadaje, pa izbor ostaje na ova dva uslova.

3. Izbor prekidača bloka

Prekidač P je na strani od 220 kV i trajno ga opterećuje nazivna struja transformatora, $I_{nT} = 150/(\sqrt{3} \cdot 220) = 394$ A. Najteži je kvar između prekidača i transformatora: kroz njega tada teku struja mreže i struje druga dva bloka, a struja sopstvenog bloka ide direktno na mesto kvara. Pri kvaru na sabirnicama kroz njega teče samo struja njegovog bloka, 1,173 kA:

\begin{aligned} I''_P &= 4{,}43 + 2 \cdot 1{,}173 = 6{,}77\ \text{kA} \\ i_{ud,P} &= 16{,}4\ \text{kA} \end{aligned}

Iz standardnog niza za 245 kV bira se prekidač nazivne struje 1250 A. Njegove standardne vrednosti, prekidna struja 31,5 kA i uklopna struja 80 kA, višestruko pokrivaju ove struje. Na ovom naponu to je prekidač sa $\text{SF}_6$ kao medijumom za gašenje luka.

Rezultat

Dvostruki sistem sabirnica sa spojnim poljem. Kratak spoj: $I'' = 7{,}95$ kA, $i_{ud} = 19{,}5$ kA, $A = 18{,}3\ \text{kA}^2\text{s}$ .

Sabirnice: 2 užeta Al-Če 240/40 po fazi, 1060 A, za $I_{max} = 1023$ A.

Prekidač bloka: 245 kV, 1250 A, 31,5 kA, za $I''_P = 6{,}77$ kA i $i_{ud,P} = 16{,}4$ kA.

Metod u predavanju

Kratki spojevi
Kratki spojevi – nesimetrična stanja u složenim mrežama

Slični zadaci

Teme

Kratki spojevi · Vodovi i kablovi

Ispit u PDF-u, na Drive-u

Folder predmeta Razvodna postrojenjaNa Drive-u: Predavanja · Ispitni rokovi · Formule za zadatke · Primer projekta

Ako si autor nečega što je ovde i želiš da se ukloni, piši mi na milossaric@outlook.com i uklanjam ga.