Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Электромеханический факультет
Кафедра электрических и электронных аппаратов
Работа допущена к защите
Зав. кафедрой Г.Н.Александров
«___» __________2007 г.
ВЫПУСКНАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА
Тема: Элегазовый генераторный выключатель 10кВ, 63кА,8000А
Направление:
Выполнил студент гр. 4025/1 (подпись) Д.К.Климачев
Руководитель, к.т.н., проф. (подпись) Е.Н.Тонконогов
Рецензент (подпись) В.А.Соснин
Санкт-Петербург
2007 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Анализ конструкций генераторных выключателей
1.1 Основные параметры генераторных выключателей
1.2 Схемы применения генераторных выключателей
1.3 Токоведущая система и система контактов
1.4 Параметры современных генераторных выключателей
Выводы
Глава 2. Взаимодействие выключателя с сетью
2.1. Анализ переходного восстанавливающего напряжения
2.2. Расчет переходного восстанавливающего напряжения
2.3. Анализ влияния малых индуктивных токов
2.4. Анализ влияния сквозных токов короткого замыкания
Выводы
Глава 3. Расчёт и оптимизация дугогасительного устройства элегазового генераторного выключателя
3.1 Конструкция и принцип работы дугогасительного устройства
3.2 Математическая модель и расчет параметров выключателя
Выводы
Глава 4. Расчёт и оптимизация приводного устройства элегазового генераторного выключателя
4.1 Анализ начального режима разгона гидропривод
4.2.Анализ торможения гидропривода
4.3. Расчет трогания и торможения гидропривод
Выводы
Заключение
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Текст программы расчета ДУ и графики результатов расчета
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Свойства элегаза
Введение
В связи с необходимостью повышения номинальных параметров и надежности высоковольтного коммутационного оборудования для атомных электростанций необходима разработка современных генераторных выключателей на повышенные параметры.
Генераторными выключателями (ГВ) обычно называются выключатели на номинальный ток 3150А и более и на напряжение 10—36 кВ. Они предназначены для оперативнойи аварийной коммутации нагрузочных токов и токов короткого замыкания (к.з.) в трехфазных цепях переменного тока на генераторном напряжении. Те генераторные выключатели, которые не предназначены для аварийного отключения токов к.з., называются выключателями нагрузки.
Проблема применения ГВ на электростанциях весьма сложна. На ранней стадии развития энергетики генератор электростанции соединялся с повышающим трансформатором или сборными шинами генераторного напряжения. Вырабатываемая генераторами электроэнергия выдавалась через повышающий трансформатор в сеть 110 или 220 кВ. При этом ГВ не применялись. Такой принцип конструирования распределительного устройства (РУ) использовался примерно до второй половины 60-х годов. К концу 60-ых, началу 70-ых годов мощность турбогенераторов возросла до 500 МВт и более. Вырабатываемая этими генераторами энергия стала выдаваться в сети с напряжением 330—500 кВ. Для облегчения эксплуатационного разграничения функций производства (машинный агрегат) и передачи (подстанция) энергии, а также получения существенного технико-экономического эффекта появилась целесообразность применения ГВ. По этим же причинам при реконструкции электростанций, работавших ранее без ГВ, предусматривается установка этих выключателей.
Сегодня широко используется установка генераторных выключателей между генератором и стороной низкого напряжения повышающего трансформатора, т.к. это обеспечивает лучшую защиту от перенапряжений. Одна из основных причин установки таких выключателей – улучшенная защита, которую он обеспечивает как для генератора, так и для повышающего трансформатора от повреждений от токов короткого замыкания, разбаланса нагрузки и несогласования фаз.
Однако, установка выключателя между генератором и повышающим трансформатором тем не менее оказывает влияние на тип и величину возникающих перенапряжений. Возникает вопрос о возникновении перенапряжений, инициированных выключателем в течение операций коммутации и в отключенном состоянии.
Современный генераторный выключатель должен выполнять множество различных функций, к которым относятся:
• синхронизация генератора с основной энергетической системой
• отделение генератора от энергетической системы
• отключение токов нагрузки (с величиной, доходящей до уровня тока полной нагрузки генератора)
• отключение тока короткого замыкания, независимо от того, произошло оно на стороне энергосистемы или на стороне генератора
• прерывание тока при выходе из синхронизма (при сдвигах по фазе до 180°).
Таким образом, применение ГВ влияет на технический уровень применяемых схем собственных нужд станции, обеспечивает существенное повышение надежности работы блоков и электростанции в целом.
Глава 1. Анализ конструкций генераторных выключателей
1.1 Основные параметры генераторных выключателей
Генераторные выключатели, устанавливаемые в цепях генераторов энергоблоков (генератор-трансформатор, укрупненных электрических блоках - несколько генераторов - трансформатор), осуществляют следующие функции:
- оперативные: включение, отключение генератора с рабочими токами; отключение ненагруженного трансформатора; отключение генератора в режиме синхронного двигателя, т.е. обеспечивают процессы пуска, останова агрегатов;
- защитные отключение токов КЗ в генераторе, трансформаторе и в цепях генераторного напряжения; включение на токи КЗ и отключение; включение в условиях противофазы; отключение в условиях рассогласования фаз вплоть до противофазы при ошибочной синхронизации или при выпадении генератора из синхронизма.
К характеристикам генераторных выключателей, предназначенных для работы в эксплуатации, предъявляются более высокие требования, чем к силовым выключателям на средние классы напряжения.
Проблема применения ГВ на электростанциях весьма сложна. На ранней стадии развития энергетики генератор электростанции соединялся с повышающим трансформатором или сборными шинами генераторного напряжения. Вырабатываемая генераторами электроэнергия выдавалась через повышающий трансформатор в сеть 110 или 220 кВ. При этом ГВ не применялись. Такой принцип конструирования распределительного устройства (РУ) использовался примерно до второй половины 60-х годов. К концу 60-ых, началу 70-ых годов мощность турбогенераторов возросла до 500 МВт и более. Вырабатываемая этими генераторами энергия стала выдаваться в сети с напряжением 330—500 кВ. Для облегчения эксплуатационного разграничения функций производства (машинный агрегат) и передачи (подстанция) энергии, а также получения существенного технико-экономического эффекта появилась целесообразность применения ГВ. По этим же причинам при реконструкции электростанций, работавших ранее без ГВ, предусматривается установка этих выключателей.
Сегодня широко используется установка генераторных выключателей между генератором и стороной низкого напряжения повышающего трансформатора, т.к. это обеспечивает лучшую защиту от перенапряжений. Одна из основных причин установки таких выключателей – улучшенная защита, которую он обеспечивает как для генератора, так и для повышающего трансформатора от повреждений от токов короткого замыкания, разбаланса нагрузки и несогласования фаз.
Однако, установка выключателя между генератором и повышающим трансформатором тем не менее оказывает влияние на тип и величину возникающих перенапряжений. Возникает вопрос о возникновении перенапряжений, инициированных выключателем в течение операций коммутации и в отключенном состоянии.
Существуют публикации о перенапряжениях, возникающих на высоковольтной стороне повышающих трансформаторов. Такие перенапряжения возникают, например, из-за воздействия молнии, быстрого срабатывания разъединителя, токов намагничивания. Есть также сведения о перенапряжениях, появляющихся на стороне генератора и другого оборудования, подключающегося к шине генератора. Особо выделяют перенапряжения, возникающие на низковольтной стороне повышающего трансформатора на электростанции, оснащенной генераторным выключателем.
Различают:
1. Кратковременные перенапряжения
2. Коммутационные перенапряжения
3. Переходные перенапряжения, проходящие через повышающий трансформатор.
На большинстве электростанций повышающий трансформатор защищен ограничителями перенапряжения. Эти ограничители не могут во всех случаях обеспечить достаточную защиту от перенапряжений оборудования на низковольтной стороне и могут понадобиться дополнительные меры для защиты шины генератора и оборудования, подключенного к ней.
Последствия использования генераторного выключателя на подстанции при нормальных и аварийных режимах показаны в табл.1.1.
Таблица 1.1.
Последствия использования генераторного выключателя: нормальный режим и режим аварийного отключения
| Режим | Соединение с генераторным выключателем | Устройства | |
| Генераторный выключатель | Высоковольтный выключатель | Высоковольтный выключатель | |
| Нормальный рабочий режим | |||
| 1.1Разгрузка повышающего трансформатора на стороне высокого напряжения | ___ | Протекание пускового тока1. Возможна высокочастотная генерация на стороне высокого напряжения повышающего трансформатора (если выключатель расположен на некотором расстоянии от электростанции), феррорезонанс на стороне низкого напряжения повышающего трансформатора. | ___ |
| 1.2. Устройство синхронизации со стороной высокого напряжения. | Сравнительно низкое напряжение, приложенное к выключателю перед отключением | ___ | Сравнительно высокое напряжение, приложенное к выключателю перед отключением (особенно плохо для выключателя наружной установки с сильным загрязнением). |
| 1.3. Съемный блок, вышедший из строя. | Выключатель отключает небольшой ток (несколько процентов от номинального тока генератора). ПВН <1,0 pU 3 | ___ | Выключатель отключает небольшой ток (несколько процентов от номинального тока генератора). ПВН <1,0 pU 3 |
| 1.4. Снятие возбуждения с повышающего трансформатора на стороне высокого напряжения. | ___ | Выключатель отключает ток намагничивания, небольшое перенапряжение переключения < 2,5pU. | ___ |
| Аварийный режим | |||
| 2.1. Снятие возбуждения с повышающего трансформатора на стороне высокого напряжения | Выключатель отключает ток намагничивания, очень небольшое перенапряжение переключения < 2,0pU3 | Выключатель отключает ток намагничивания, небольшое перенапряжение переключения < 2,5pU | ___ |
| 2.2. Сброс нагрузки. | Временное перенапряжение (1,4 pU). Выключатель отключает ток нагрузки, ПВН<1,9 pU3 | ___ | Временное перенапряжение (1,4 pU). Выключатель отключает ток нагрузки ПВН <1,7 pU |
| Аварийные отключения | |||
| 3.1. К.з. между генераторным выключателем и генератором. | Выключатель отключает ток к.з. от системы ПВН <2,7pU. Для снятия возбуждения с генератора необходимо отключить ток к.з. генератора. | ||
1 Величина пускового тока может быть снижена синхронизированным отключением