7

7.4 Розрахунок і вибір установок постійного струму

7.4.1 Споживачі енергії постійного струму

На електростанціях та крупних підстанціях необхідна установка постійного струму з акумуляторними батареями (АБ) для живлення кіл керування, сигналізації, автоматики, аварійного освітлення, а також для електропостачання найбільш відповідальних механізмів власних потреб, які забезпечують збереження обладнання в роботоздатному стані (маслонасоси змащування, ущільнень вала, систем регулювання турбогенератора).

Всі споживачі енергії, які отримують живлення від АБ, поділяються на три групи [4]:

- постійно увімкнене навантаження. Сюди належать апарати пристроїв керування, блокування, сигналізації та релейного захисту, які постійно знаходяться під напругою, а також постійно увімкнена частина аварійного освітлення;

- тимчасове навантаження, яке появляється при зникненні змінного струму під час аварійного режиму. Це струми навантаження аварійного освітлення і електродвигунів постійного струму. Тривалість цього навантаження визначається тривалістю аварії (для електростанцій, які мають зв’язок з енергосистемою, цей час дорівнює 0,5 год; для електростанцій, які не мають зв’язку з системою, – 1 год);

- короткочасне навантаження тривалістю не більше 5 с. Таке навантаження створюється струмами ввімкнення і вимкнення приводів вимикачів і автоматів, а також пусковими струмами електродвигунів і струмами навантаження апаратів керування, блокування, сигналізації і релейного захисту, які короткочасно обтікаються струмом.

Постійне навантаження на АБ залежить від потужності постійно ввімкнених ламп сигналізації і аварійного освітлення, а також від типів реле.

В розрахунках можна приймати такі значення постійно ввімкнених навантажень і навантажень аварійного освітлення, які наведені в табл. 7.1.

Таблиця 7.1 – Постійне навантаження і навантаження аварійного освітлення АБ

Тип електростанції	Кількість блоків на одну АБ, шт.	Постійне навантаження, А	Навантаження аварійного освітлення, А
Теплові електростанції з поперечними зв’язками	3	20	160
Теплові блочні електростанції з агрегатами 150-200 МВт	2	30	200
Теплові електростанції з блоками 300 МВт	2	40	250
Теплові електростанції з блоками 300-500 МВт	1	35	180
Теплові електростанції з блоками 800-1200 МВт	1	70	250
Гідроелектростанції потужністю: до 1000 МВт	1АБ	25	-
понад 1000 МВт	2АБ	25	-

7.4.2 Акумуляторні батареї

Найбільше застосування на електростанціях і підстанціях отримали батареї свинцево-кислотних акумуляторів з поверхневими позитивними і коробчастими негативними пластинами типу СК (стаціонарні для короткотермінового розряду). Такі батареї мають великий термін служби і стійкі в роботі.

Як електроліт застосовують розчин сірчаної кислоти густиною 1,2 при температурі 25°С. Акумулятори типу СК випускаються в 46-и типових виконаннях ємністю 18-5328 А×год.

Струми розряду і ємності акумуляторів визначаються множенням відповідного значення для СК-1 на типовий номер N (1, 2, 3, ..., 6, 8, 10, ..., 20, 24, 28, ..., 148).

Заряд акумулятора здійснюється від джерела постійного струму (генератора постійного струму паралельного збудження або випрямляча змінного струму).

7.4.3 Вимоги до вибору АБ на станціях та підстанціях

На ТЕС з поперечними зв’язками в тепловій частині (ТЕЦ) потужністю до 200 МВт встановлюється одна АБ, а при потужності більше ніж 200 МВт – дві АБ однакової ємності, які сумісно повинні забезпечити живлення маслонасосів змащування турбіни, водневого ущільнення всіх агрегатів електростанції, а також перетворювального агрегату зв’язку і аварійного освітлення. Від однієї батареї можуть живитися споживачі трьох агрегатів (наприклад, 3×60 МВт або 2×60 МВт + 1×100 МВт). Однак, не слід допускати збігу пускових режимів всіх маслонасосів.

На станціях з блочними схемами для кожних двох агрегатів, які обслуговуються з одного блочного щита керування (БЩК), передбачається одна АБ. Для блоків потужністю 300 МВт і вище допускається установлення окремої АБ на кожний агрегат.

Ці АБ встановлюються в головному корпусі. Вони повинні мати елементний комутатор (ЕК), працювати в режимі постійного підзаряду з автоматичним регулюванням напруги на шинах і з автоматичним або напівавтоматичним підзарядом хвостових елементів. Кожна АБ має свій підзарядний пристрій, для заряджання передбачається один загальностанційний зарядний агрегат.

Якщо ВРУ значно віддаленна від головного корпусу, то допускається встановлення спеціальної АБ в зоні ВРУ. Для ВРУ 500 кВ і вище встановлюються дві АБ без ЕК, які працюють в режимі постійного підзаряду.

На АЕС АБ є аварійними джерелами живлення систем безпеки, систем керування і захисту (СКЗ), аварійного освітлення, а також джерелом оперативного струму для пристроїв керування, автоматики, сигналізації і релейного захисту. Кількість і типи батарей визначаються згідно з вимогами, викладеними в [17]:

1) для кожного реакторного блока встановлюються АБ за кількістю систем безпеки. Вони працюють в режимі "буфера": нормальне навантаження несе випрямний пристрій, при зникненні напруги все навантаження лягає на АБ. Після запуску дизель-генератора навантаження знову отримує живлення через випрямний пристрій. АБ систем безпеки вибираються за умовою допустимого рівня напруги на шинах постійного струму з врахуванням поштовху навантаження на початку аварії. Ці батареї працюють короткочасно, до моменту пуску дизель-генератора. Вони не підлягають глибоким розрядам, тому ЕК для них не передбачається;

2) для кожного енергоблока АЕС встановлюється одна загальноблочна АБ з ЕК для живлення блочних споживачів. Між загальноблочними АБ передбачається попарне взаєморезервування;

3) для кожного дизель-генератора встановлюється своя АБ, яка забезпечує його автоматичний запуск;

4) для споживачів СКЗ передбачаються окремі АБ на різні номінальні напруги – 24, 48, 110, 220 В;

5) для пристроїв керування, автоматики, релейного захисту елементів підвищеної напруги поза головним корпусом встановлюються АБ без ЕК в зоні ВРУ – одна для ВРУ 110, 220 кВ і дві для ВРУ 330 кВ і вище.

На підстанціях 110-330 кВ з постійним оперативним струмом встановлюється одна АБ 220 В, на підстанціях 500–750 кВ – дві батареї
220 В без ЕК, які працюють в режимі постійного підзаряду. Для підзаряду і після аварійного заряду передбачаються два випрямні пристрої. Вибір кількості і номера АБ здійснюється, виходячи з допустимих відхилень напруги на шинах при поштовховому навантаженні.

На ГЕС потужністю до 1000 МВт встановлюється одна, а при потужності більше 1000 МВт – дві АБ в головному корпусі і при віддаленому розміщені ВРУ встановлюються батареї в зоні ВРУ.

7.4.4 Розрахунок АБ, підзарядного і зарядного агрегатів

Для електростанцій прийнята схема АБ з елементним комутатором (рис. 7.1), яка працює в режимі постійного підзаряду.

Вибір АБ виконують в такому порядку [5].

1. Визначають розрахункові навантаження на батарею. Аварійне тривале навантаження I_ав батареї головного корпусу електростанції складається з постійного навантаження електроприймачів системи керування, навантаження аварійного освітлення і навантаження від двигунів постійного струму аварійних механізмів ВП.

Аварійне короткочасне (поштовхове) навантаження I_п визначають як суму тривалого аварійного навантаження і струмів, які споживаються приводами одночасно увімкнених і вимкнених вимикачів.

2. Розраховують кількість елементів батареї:

- основних (приєднаних до шин установки в режимі постійного підзаряду)

(7.1)

де = 220 В – напруга на шинах;

= 2,15 В – напруга на елементі в режимі підзаряду;

де

= 1,75 В – напруга на елементі в кінці аварійного розряду;

3. Виходячи з тривалого аварійного навантаження визначають типовий номер батареї:

де 1,05 – коефіцієнт, який враховує старіння акумуляторів;

j – допустимий струм півгодинного аварійного розряду, приведений до першого номера акумулятора, А/N (приймається j = 21 А/N при температурі електроліту 10°С, j = 25 А/N при температурі 25°С).

4. Намічений для встановлення акумулятор перевіряють за струмом короткочасного аварійного навантаження (

), який не повинен перевершувати максимально допустимий короткочасний (5 с.) розрядний струм:

5. Виконують перевірку батареї за допустимою напругою в умовах аварійного короткочасного навантаження:

де j – визначають за кривими на рисунку 7.2 для основних елементів, за умови забезпечення мінімальної допустимої напруги на приводі вимикача 85% U_ном з врахування спаду напруги в кабелі 5%U_ном..

Підзарядний пристрій (ПЗП) вибирають за розрахунковими значеннями струму і напруги в нормальному режимі. ПЗП основних елементів в нормальному режимі живить постійно включене навантаження I_пост. і підзаряджає батарею. Струм підзаряду приймають рівним 0,15×N. Тоді розрахунковий струм ПЗП основних елементів батареї

Рисунок 7.2 – Характеристика залежності напруги від струму

Як підзарядні пристрої беруть випрямні агрегати з твердими випрямлячами типу ВАЗП-380/260-40/80 на напругу 380–250 В і струм
40–80 А.

Додаткові елементи в нормальному режимі навантаження не несуть. Тому розрахунковий струм ПЗП дорівнює тільки струму підзаряду:

Вибір зарядного пристрою (ЗП) виконують за розрахунковими значеннями струму і напруги в режимі заряду батареї. Розрахунковий струм зарядного пристрою

де U_з. = 2,75 В – напруга на елементі наприкінці зарядки.

На електростанціях як зарядні і підзарядні пристрої АБ в наш час переважно застосовуються установки, які перетворюють змінний струм напругою 220 В і 380 В в постійний. Зарядні пристрої повинні мати потужність і напругу, достатні для заряду АБ на 90% ємності протягом не більше 6–8 годин.

Заводами випускаються випрямні установки, які мають високий ККД і тривалий термін служби. В них для заряджання АБ прийнята схема регулювання вихідних параметрів за допомогою дроселів насичення, ввімкнених послідовно з випрямлячами. Живлення випрямних агрегатів здійснюється від трифазної мережі змінного струму напругою 220/380 В. Випрямні установки, які застосовують для зарядки і підзарядки АБ, приєднуються зі сторони змінного струму через розділовий трансформатор. В таблиці 7.2 наведені основні технічні дані окремих зарядних і зарядно-підзарядних випрямних пристроїв.

Підрахунок навантаження на батарею ведуть в табличній формі. Технічні характеристики приводних електродвигунів аварійних маслонасосів і електромагнітних приводів вимикачів наведені в
таблицях 7.3 і 7.4.

Як приклад розглянемо вибір АБ, підзарядного і зарядного пристрою для енергоблока потужністю 800 МВт.

Приймаємо одну батарею типу СК на блок. Батарея буде працювати в режимі постійного підзаряду в схемі з елементним комутатором (див. рис. 7.1). Розрахункова тривалість аварійного навантаження 0,5 год. Номінальна напруга на шинах установки 230 В. Розрахункова температура електроліту +25°С.

Підрахунок навантаження наведено в таблиці 7.5.

Таблиця 7.3 – Технічні характеристики приводних електродвигунів аварійних маслонасосів

Таблиця 7.4 – Технічні характеристики електромагнітних приводів вимикачів

Кількість основних елементів батареї згідно з (7.1):

Таблиця 7.5 – Підрахунок навантажень на АБ блока 800 МВт

Електроприймач	К-сть	P_ном, кВт	I_ном, А	I_розр., А	I_пуск., А	Розрахункові аварійні навантаження, А
Електроприймач	К-сть	P_ном, кВт	I_ном, А	I_розр., А	I_пуск., А	I_ав
Постійне навантаження	-	-	-	70	-	70	70
Аварійне освітлення	-	-	-	250	-	250	-
Приводи вимикачів: 2хВЕМ-6+ПЕ-22	2	-	250	-	-	-	500
Перетворювальний агрегат оперативного зв’язку	1	7,2	38	30	100	30	30
Електродвигун аварійного маслонасоса ущільнень генератора	1	32	168	150	420	150	-
Електродвигуни аварійних маслонасосів системи змащування	1	42	216	200	540	200	540
РАЗОМ:						700	1140

Загальна кількість елементів батареї згідно з (7.2):

Приймаємо найближчий більший типовий номер N = 32 (СК-32).

В режимі короткочасного (поштовхового) навантаження значення U_ш визначаємо за умови надійної роботи приводів вимикачів, тобто 85%U_ном. З урахуванням втрат напруги в кабелі живлення (5%) беремо U_ш=90%U_ном. Для цього значення за кривою на рис. 7.2 визначаємо j = 38 A/N. Виконуємо перевірку за (7.6):

Розрахунковий струм за (7.7) і напруга за (7.8) підзарядного пристрою основних елементів:

Розрахункові струм за (7.9) і напруга за (7.10) підзарядного автоматичного пристрою додаткових елементів:

Вибираємо автоматичний ПЗП типу АРН-3, який постачається комплектно з панеллю автоматичного регулювання напруги типу
ПЕХ-9045-00А2.

Розрахунковий струм за (7.11) і напруга за (7.12) зарядного пристрою:

Приклади розрахунку навантажень на АБ блоків 150-500 МВт наведені в табл. 10.9 – 10.12 [4].

1. Загальні відомості про проектування системи керування ЕС.

5. Використання акумуляторних батарей на ЕС та підстанціях.

6. Вибір акумуляторних батарей, підзарядних та зарядних агрегатів.

Тип агрегату	Напруга мережі змінного струму, В	Межі випрямленої напруги		Межі випрямленого струму
Тип агрегату	Напруга мережі змінного струму, В	нижній	верхній	нижній	верхній
ВАЗП-380/260- -40/80 УХЛ4-2	220, 380	260	380	40	80
ЗПП-2	220, 380 з нулем	110	220	20	200
ТППС-800	220	190	280		800
ТППС-800	380	190	360		800
ТППС-320	380	220	250		320
ТППС-160	380	220	250		160
ТППС-80	380	220	250		80

Тип вимикача	Тип приводу	Струм, який споживає привід, А
Тип вимикача	Тип приводу	при увімкненні	при вимкненні
МГГ-10-45	ПЕ-21	148	2,5
МГГ-10-63К	ПЕ-21А	250	2,5
МГ-10, МГ-20	ПС-31	155	2,5
С-35М-10	ШПЕ-12	104	2,5
С-35-50	ШПЕ-38	244	5

Тип турбіни, генератора	Технічні характеристики приводних електродвигунів
Тип турбіни, генератора	Р_ном., кВт	I_розр., А	I_пуск., А
Маслонасоси системи змащування турбіни
К-50-90, К-100-90, К-160-130, К-200-130, ПТ-60, Р-50-130, Т-50-130, Т-100-130	14	73	184
К-300-240 (ХТЗ)	32	155	530
К-300-240 (ЛМЗ), К-500-240	42	140	540
Маслонасоси систем ущільнення вала генератора
ТВФ-60-2, ТВФ-100-2, ТВФ-120-2	8	40	130
ТВВ-165-2, ТВВ-200-2, ТВВ-320-2, ТВВ-800-2, ТВВ-1000-2, ТВВ-1200-2	25	120	300
ТВВ-500-2	42	200	540
ТГВ-165-2, ТГВ-200-2, ТГВ-300-2, ТГВ-500-2	11	50	150
Маслонасоси системи регулювання турбіни
К-300-240 (ЛМЗ)	42	200	540