Результат интеллектуальной деятельности: Открытое распределительное устройство электрической станции с двумя блоками генератор-трансформатор и тремя линиями

Изобретение относится к электротехнике, а именно к открытым распределительным устройствам электрических станций, и может быть применено на них для выдачи вырабатываемой электроэнергии.

Известно открытое распределительное устройство электрической станции с двумя блоками генератор-трансформатор и тремя линиями [Электрическая часть электростанций: Учебник для вузов // Под ред. С.В. Усова. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 616 с.], выбранное в качестве прототипа, содержащее первый, второй, третий, четвертый и пятый выключатели с разъединителями с каждой из сторон. Разъединитель первого блока генератор-трансформатор подключен к первым разъединителям первого и четвертого выключателей, а разъединитель второго блока генератор-трансформатор - к первым разъединителям второго и пятого выключателей. Разъединитель первой линии подключен ко второму разъединителю первого выключателя и к первому разъединителю третьего выключателя, а разъединитель второй линии - ко вторым разъединителям второго и третьего выключателей. Разъединитель третьей линии подключен ко вторым разъединителям четвертого и пятого выключателей.

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 одновременному отключению двух присоединений. Надежность устройства низка и в случае нахождения в ремонте одного из двух выключателей, осуществляющих подключение блока генератор-трансформатор к двум линиям, что при возникновении отказа второго выключателя приводит к длительному погашению этого блока. В обоих случаях отказы выключателей ведут к дефициту мощности в энергосистеме 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.

Технический результат достигается тем, что в открытое распределительное устройство электрической станции с двумя блоками генератор-трансформатор и тремя линиями, содержащем первый и второй выключатели с разъединителями с каждой из сторон, третий, четвертый и пятый выключатели с разъединителем с одной из сторон. Разъединитель первого блока генератор-трансформатор подключен к первому разъединителю первого выключателя и к разъединителю четвертого выключателя. Разъединитель второго блока генератор-трансформатор подключен к первому разъединителю второго выключателя и к разъединителю пятого выключателя, разъединитель первой линии подключен ко второму разъединителю первого выключателя и к разъединителю третьего выключателя, разъединитель второй линии подключен ко второму разъединителю второго выключателя, согласно изобретению, введены шестой, седьмой и восьмой выключатели с разъединителем с одной из сторон, причем, шестой выключатель включен последовательно с третьим выключателем, а его разъединитель подключен к точке соединения разъединителя второй линии со вторым разъединителем второго выключателя, разъединитель третьей линии подключен к разъединителям седьмого и восьмого выключателей, включенных последовательно с четвертым и пятым выключателями, соответственно.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что использование шестого, седьмого и восьмого выключателей с разъединителем с одной из сторон, и их соответствующее подключение позволяет, по сравнению с прототипом, позволяет повысить надежность работы открытого распределительного устройства за счет снижения частоты потери мощности, вырабатываемой генераторами, при отказах любого из выключателей и при их нахождении в ремонте.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема предлагаемого открытого распределительного устройства.

Открытое распределительное устройство электрической станции с двумя блоками генератор-трансформатор 1 и 2 и тремя линиями 3, 4 и 5 (фиг. 1) содержит первый 6 и второй 7 выключатели с разъединителями 8, 9 и 10, 11, а также третий 12, четвертый 13, пятый 14, шестой 15, седьмой 16 и восьмой 17 выключатели с разъединителями 18, 19, 20, 21, 22 и 23, соответственно. Разъединитель 24 первого блока генератор-трансформатор 1 подключен к первому разъединителю 8 первого выключателя 6 и к разъединителю 19 четвертого выключателя 13. Разъединитель 25 второго блока генератор-трансформатор 2 подключен к первому разъединителю 10 второго выключателя 7 и к разъединителю 20 пятого выключателя 14. Разъединитель 26 первой линии 3 подключен ко второму разъединителю 9 первого выключателя 6 и к разъединителю 18 третьего выключателя 12. Разъединитель 27 второй линии 4 подключен ко второму разъединителю 11 второго выключателя 7 и к разъединителю 21 шестого выключателя 15, включенного последовательно с третьим выключателем 12. Разъединитель 28 третьей линии 5 подключен к разъединителям 22 и 23 седьмого 16 и восьмого 17 выключателей, включенных последовательно с четвертым 13 и пятым 14 выключателями, соответственно.

Открытое распределительное устройство электрической станции с двумя блоками генератор-трансформатор и тремя линиями работает следующим образом. Пусть электростанция выдает запланированную мощность при отсутствии ремонтов в открытом распределительном устройстве (ОРУ). Тогда:

1) При КЗ в блоке генератор-трансформатор 1 от действия его релейной защиты (РЗ) отключаются выключатели 6, 13 и 16, после чего оперативный персонал отключает разъединитель 24 (фиг. 1). При этом происходит потеря мощности блока на суммарное время его аварийного ремонта и пуска из холодного состояния. При КЗ в блоке генератор-трансформатор 2 схема работает аналогично.

2) При КЗ на линии 3 от действия ее РЗ отключаются выключатели 6, 12 и 15. Если КЗ неустойчивое (успешное АПВ), то через время t_АПВ срабатывания устройства АПВ выключатели 6, 12 и 15 включаются обратно, и восстанавливается нормальный режим работы. Если КЗ на линии 3 устойчивое (неуспешное АПВ), то после отключения этих выключателей оперативный персонал отключает разъединитель 26, и линия выводится в ремонт. При этом в первом случае происходит кратковременная потеря линии 3, а во втором случае - длительная. При КЗ на линиях 4 и 5 схема работает аналогично.

3) При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 6 от действия РЗ блока 1 и линии 3 отключаются выключатели 12, 13, 15 и 16; также перегорают предохранители, установленные в цепи выключателя нагрузки блока 1, что приводит к его потере. После вывода в ремонт выключателя 6 разъединителями 8 и 9 и замены предохранителей выключатели 12, 13, 15 и 16 включаются обратно, после чего линия 3 подключается к схеме и осуществляется пуск блока 1 из состояния горячего резерва. При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 7 схема работает аналогично.

4) При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 12 от действия РЗ линии 3 отключаются выключатели 6 и 15, что приводит к ее кратковременному отключению. После отключения выключателей 12 и 15 от схемы разъединителями 18 и 21 (для ремонта выключателя 12 и профилактического осмотра выключателя 15) выключатель 6 включается обратно, и линия 3 подключается к схеме. При отказах типа «КЗ в обе стороны» выключателей 15, 16 и 17 схема работает аналогично.

5) При отказе типа «КЗ в обе стороны» выключателя 13 от действия РЗ блока 1 отключаются выключатели 6 и 16; также перегорают предохранители, установленные в цепи выключателя нагрузки блока 1, что приводит к его потере. После отключения выключателей 13 и 16 от схемы разъединителями 19 и 22 (для ремонта выключателя 13 и профилактического осмотра выключателя 16) и замены предохранителей выключатель 6 включается обратно, и осуществляется пуск блока 1 из состояния горячего резерва. При отказах типа «КЗ в обе стороны» выключателя 14 схема работает аналогично.

6) При КЗ на линии 3 и отказе в отключении выключателя 6 от действия УРОВ отключаются выключатели 13 и 16 (выключатели 12 и 15 были отключены РЗ линии 3); также перегорают предохранители, установленные в цепи выключателя нагрузки блока 1, что приводит к его потере. Если КЗ на линии 3 неустойчивое, то после вывода в ремонт выключателя 6 разъединителями 8 и 9 и замены предохранителей выключатели 12, 13, 15 и 16 включаются обратно, линия 3 подключается к схеме и осуществляется пуск блока 1 из состояния горячего резерва; в случае устойчивого КЗ линия 3 также выводится в ремонт разъединителем 26, при этом происходит кратковременная потеря блока 1 и длительная потеря линии 3. При КЗ на линии 4 и отказе в отключении выключателя 7 схема работает аналогично.

7) Отказ выключателя 12 в отключении КЗ на линии 3 не приводит к утяжелению последствий при КЗ на этой линии в условиях безотказного отключения ее выключателей, так как включенный последовательно с ним выключатель 15 отключается от действия РЗ линии 3 (также, как и выключатель 6) и разрывает цепь, соединяющую линии 3 и 4. При этом, если КЗ на линии 3 неустойчивое, то через время t_АПВ выключатели 6 и 15 включаются обратно (выключатель 12 из-за отказа оставался включенным), и восстанавливается нормальный режим работы. При устойчивом КЗ на линии 3 она выводится в аварийный ремонт разъединителем 26; также разъединителями 18 и 21 от схемы отключаются выключатели 12 и 15 (для ремонта выключателя 12 и профилактического осмотра выключателя 15), а разъединителями 8 и 9 - выключатель 6. При КЗ на линиях 3, 4 и 5, совпадающих с отказами в отключении выключателей 12, 13, 14, 15, 16 или 17, схема работает аналогично. При КЗ в блоках 1 и 2, совпадающих с отказами в отключении выключателей 13 или 16 и 14 или 17, принцип работы схемы также аналогичен.

8) Отказ выключателя 6 в отключении КЗ в блоке 1 приводит к кратковременной потере линии 3, так как от действия УРОВ отключаются выключатели 12 и 15 (выключатели 13 и 16 были отключены РЗ блока 1). Блок 1 выводится в аварийный ремонт разъединителем 24; также для ремонта разъединителями 8 и 9 от схемы отключается выключатель 6, а для профилактического осмотра разъединителями 19 и 22 от схемы отключаются выключатели 13 и 16. После этого выключатели 12 и 15 включаются обратно, и линия 3 подключается к схеме. При КЗ в блоке 2 и отказе в отключении выключателя 7 схема работает аналогично.

Принцип работы схемы ОРУ при нахождении в ремонте одного из блоков генератор-трансформатор 1 и 2, одной из линий 3-5 или одного из выключателей 6, 7, 12-17 аналогичен рассмотренному выше.

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 двумя блоками генератор-трансформатор мощностью по 1200 МВт и тремя линиями длиной 600 км (две из которых передают по 40% суммарной мощности, а третья - 20%), а также для ОРУ, взятого за прототип, показали, что в первом случае он ниже - ΔW_{Σзаявл.}=24,8⋅10⁸ кВт⋅ч/год, a ΔW_Σпрот.=25,2⋅10⁸ кВт⋅ч/год. При этом ниже оказались и приведенные затраты, являющиеся критерием выбора окончательного варианта построения схемы ОРУ - З_заявл=1,93 трлн. руб./год, а З_прот=1,96 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 750 млрд. рублей.

Список использованных источников

1. Гук Ю.Б. Теория надежности. Введение: учеб. пособие - СПб.: Изд-во Политехи, 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.