Zadatak

Sabirnice i strujni transformatori HE: rešen zadatak

Zadatak sa ispita iz predmeta Razvodna postrojenja, FTN Novi Sad, 12. februara 2020. Rešenje: Miloš Sarić

Zadatak

Hidroelektrana ima 4 generatorske jedinice snage po 120 MVA. Sa sistemom je povezana preko dva nadzemna voda 220 kV dužine po 150 km. Generatori rade u spoju sa transformatorima preko generatorskih sabirnica. Postrojenje elektrane 220 kV treba da omogući izdvajanje bilo kog transformatora i bilo kog voda od drugih pod opterećenjem. Kvarovi u postrojenju isključuju se za 0,2 s.

U sklopu projekta postrojenja potrebno je:

Predložiti principijelnu šemu postrojenja 220 kV sa naznakom komutacione i merne aparature.
Izabrati sabirnice 220 kV u postrojenju elektrane.
Izabrati strujne transformatore u dalekovodnim poljima u postrojenju 220 kV elektrane.

Jednopolna šema

Poznato

$\text{generatora} = 4$
$S_{nG} = 120$ MVA
$U_{nG} = 15{,}75$ kV
$x''_d = 0{,}22$
$x'_d = 0{,}28$
$T_a = 0{,}05$ s
$\text{transformatora} = 3$
$S_{nT} = 160$ MVA
$m_T = 231$ kV
$x_T = 0{,}11$
$r_T/x_T = 0{,}08$
$r_v = 0{,}08$ Ω/km
$x_v = 0{,}38$ Ω/km
$l_v = 150$ km
$S_v = 300$ MVA
$S'' \approx S' = 5000$ MVA
$T_{a,m} = 0{,}05$ s
$U_n = 220$ kV
$t_i = 0{,}2$ s
$c = 1{,}1$

Rešenje

Šta se traži i kojim postupkom

Šema mora da dozvoli izdvajanje svakog elementa pod opterećenjem, a izbor opreme traži kratak spoj u postrojenju 220 kV. Sabirnice se biraju po trajnoj struji i proveravaju na zagrevanje u kvaru, a strujni transformatori po struji voda i po termičkom i dinamičkom naprezanju. Ispit je sa upotrebom literature: tabele su iz beleški sa predavanja. Faktor napona je po IEC 60909, $c = 1{,}1$ .

1. Principijelna šema

Izdvajanje bilo kog transformatora i bilo kog voda pod opterećenjem daje dvostruki sistem sabirnica sa spojnim poljem: polje se preko spojnog prekidača prebacuje na drugi sistem bez prekida pogona, a taj sistem onda može da radi izdvojeno. U svakom polju su prekidač, rastavljači i strujni transformator (ST), a naponski transformatori (NT) su na sabirnicama i na izvodima vodova:

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 oba voda, a otpornost mreže sledi iz njene vremenske konstante, $R_Q = X_Q/(\omega T_{a,m})$ :

\begin{aligned} X_Q &= \frac{c U_n^2}{S''} = 10{,}65\ \Omega \\ Z_v &= 12 + \mathrm{j}57\ \Omega \\ Z_m &= R_Q + \mathrm{j} X_Q + \frac{Z_v}{2} = 6{,}68 + \mathrm{j}39{,}15\ \Omega \\ I''_m &= \frac139{,}7{|Z_m|} = 3{,}52\ \text{kA} \end{aligned}

Generatori su na istim sabirnicama, pa sva četiri rade paralelno, kao i sva tri transformatora, a sve se svodi na stranu od 231 kV. Otpornost generatora sledi iz njegove vremenske konstante:

\begin{aligned} X_G &= x''_d \frac{231^2}{4 \cdot 120} = 24{,}46\ \Omega \\ X_T &= x_T \frac{231^2}{3 \cdot 160} = 12{,}23\ \Omega \\ Z_e &= 2{,}54 + \mathrm{j}36{,}69\ \Omega \\ I''_e &= \frac139{,}7{|Z_e|} = 3{,}80\ \text{kA} \end{aligned}

Toplotni impuls računamo na strani sigurnosti, bez opadanja naizmenične komponente:

\begin{aligned} I'' &= 3{,}52 + 3{,}80 = 7{,}32\ \text{kA} \\ i_{ud} &= \sqrt{2} \left( 1{,}607 \cdot 3{,}52 + 1{,}817 \cdot 3{,}80 \right) \\ &= 17{,}8\ \text{kA} \\ A &= I''^2 (t_i + T_a) \\ &= 7{,}32^2 \cdot 0{,}25 = 13{,}4\ \text{kA}^2\text{s} \end{aligned}

2. Izbor sabirnica 220 kV

Najveća trajna struja je cela snaga elektrane, 480 MVA, na jednom sistemu sabirnica, kada je drugi izdvojen:

I_{max} = \frac{480}{\sqrt{3} \cdot 220} = 1260\ \text13{,}39

Sabirnice ovog napona prave se od užadi, pa biramo po dva Al-Če užeta po fazi. Po tabeli za Al-Če užad dva užeta preseka 300/50 nose 1230 A, što nije dovoljno, a prvo dovoljno je 490/65, sa 960 A po užetu, odnosno 1920 A po fazi. Provera na zagrevanje u kratkom spoju, sa $\beta_F = 12$ za Al/Fe:

q_{min} = 12 \sqrt13{,}39 = 44\ \text{mm}^2 < 980\ \text{mm}^2

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

3. Izbor strujnih transformatora

U dalekovodnom polju trajno teče struja voda, $I_v = 300/(\sqrt{3} \cdot 220) = 787$ A, pa je iz standardnog niza primarna struja 800 A. Najveća struja kroz transformator teče pri kvaru na izvodu, iza njega: kroz njega tada teku struje elektrane i mreže preko drugog voda, a ono što dolazi sopstvenim vodom ne prolazi kroz njega:

\begin{aligned} I''_{m1} &= \frac139{,}7{\left| R_Q + \mathrm{j} X_Q + Z_v \right|} = 2{,}03\ \text{kA} \\ I''_{ST} &= 2{,}03 + 3{,}80 = 5{,}83\ \text{kA} \\ i_{ud,ST} &= 14{,}3\ \text{kA} \end{aligned}

Termička struja transformatora navodi se za 1 s, pa toplotni impuls daje:

I_{th} \geq I''_{ST} \sqrt{\frac{0{,}25\ \text{s}}{1\ \text{s}}} = 2{,}91\ \text{kA}

Bira se strujni transformator za 245 kV, 800/1/1 A, sa jezgrom klase 0,5 za merenje i jezgrom 5P20 za zaštitu. Standardne vrednosti za taj napon, termička struja 31,5 kA za 1 s i dinamička struja 80 kA, višestruko pokrivaju ova naprezanja.

Rezultat

Dvostruki sistem sabirnica sa spojnim poljem. Kratak spoj: $I'' = 7{,}32$ kA, $i_{ud} = 17{,}8$ kA, $A = 13{,}4\ \text{kA}^2\text{s}$ .

Sabirnice: 2 užeta Al-Če 490/65 po fazi, 1920 A, za $I_{max} = 1260$ A.

Strujni transformatori: 245 kV, 800/1/1 A, klasa 0,5 i 5P20, $I_{th} \geq 2{,}91$ kA, $i_{din} \geq 14{,}3$ 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.