CC BY
8УДК 621.311
Р.С. Молоканов
КОМПЕНСАЦИЯ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ В СЕТИ 10 кВ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
НА ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЯХ
В статье проведен анализ наиболее эффективного и подходящего способа компенсации емкостных токов в сетях 6-35 кВ для солнечной электростанции (СЭС), работающих на фотоэлектрических модулях (ФЭМ). Предложены несколько способов решения данной проблемы и предоставлены краткие расчеты по компенсации емкостных токов. Это позволит уменьшить вероятность срабатывания защит и сохранит долговечность и работоспособность кабелей 10 кВ.
Ключевые слова: солнечная электростанция (СЭС), фотоэлектрический модуль (ФЭМ), емкостные токи, дугогасящий реактор, резистор, релейная защита.
Компенсация емкостного тока однофазного короткого замыкания на землю (ОЗЗ) в сетях 6 - 35 кВ применяется для уменьшения величины этого тока, снижения скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе после гашения заземляющей дуги, уменьшения перенапряжений при повторных зажиганиях дуги и создания условий для ее самогашения.
В сетях, где используется заземленная нейтраль, замыкание фазы на землю приводит к короткому замыканию (КЗ). В данном случае ток КЗ протекает через замкнутую цепь, образованную заземлением нейтрали первичного оборудования. Такое повреждение приводит к значительному скачку тока и, как правило, незамедлительно отключается действием релейной защиты (РЗ) путем отключения поврежденного участка.
Электрические сети классов напряжения 6 - 35 кВ работают в режиме с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое добавочное сопротивление. В этом случае замыкание фазы на землю не приводит к образованию замкнутого контура и возникновению КЗ, а ОЗЗ замыкается через емкости неповрежденных фаз [1].
Рассмотрим два способа заземления нейтрали сети для компенсации емкостных токов: через дугогасящий реактор (ДГР) и низкоомный резистор на примере Светлинской СЭС.
Светлинская СЭС - это солнечная электростанция на фотоэлементах. Солнечные фотоэлектрические станции (СФЭС) используют эффект прямого преобразования солнечного излучения в электроэнергию с помощью фотоэлектрических модулей (ФЭМ) - солнечных батарей. Так как фотоэлектрические модули вырабатывают электрическую мощность на постоянном токе, то для его преобразования в переменный ток необходимо применение инверторных преобразователей. Инверторы, трансформатор, повышающий напряжение до 10 кВ, с необходимым коммутационным и другим технологическим оборудованием устанавливаются в специальном модульном здании - инверторной станции (ИС). На Светлинской СЭС установлены 6 ИС.
ИС присоединяются к закрытому распределительному устройству (РУ) 10 кВ, которое выполнено по схеме: две рабочие системы шин. К каждой системе присоединены по 3 ИС. Кроме того, от каждой системы запитывается по 1 трансформатору собственных нужд (ТСН) и комплектное распределительное устройство (КТП).
Расчетный емкостной ток на секциях шин 10 кВ, рассчитанный по удельной емкости кабелей, составляет 47,1 А для 1 секции шин и 45,5 А - для второй секции (расчет в статье не приводится).
Значения емкостного тока, при превышении которого на напряжении 10 кВ требуется компенсация, согласно ПУЭ [2] составляет 20 А. Следовательно, на напряжении 10 кВ должны быть предприняты специальные меры защиты от возможного пробоя на землю.
Как отмечено выше, будем рассматривать два способа, позволяющих компенсировать большой емкостной ток за счет изменения режима заземления нейтрали трансформатора:
Первый способ - заземление нейтрали через дугогасящий реактор.
© Молоканов Р.С., 2020.
Научный руководитель: Николаева Светлана Ивановна - кандидат технических наук, доцент, Волгоградский государственный аграрный университет, Россия.
Вестник магистратуры. 2020. № 5-3 (104)
ISSN 2223-4047
дуги.
Мощность реактора выбирается по значению емкостного тока сети с учетом процесса развития Тогда мощности реакторов на шинах будут равны:
&1сж. = 47,110 =271,9 кВА, С*2с.ш. = 45,5^ = 262,7 кВА.
Принимаем предварительно ближайшие значение, выбранное по стандартному ряду, 300 кВ-А.
Выбранный реактор с номинальной мощностью 300 кВ-А обеспечивают нормальную работу при всех возможных режимах работы Светлинской СЭС.
Второй способ - заземление нейтрали через низкоомный резистор
При данном режиме достигается не только существенное ограничение перенапряжений, но и точное определение поврежденного фидера с его последующим отключением (за счет организации селективной и чувствительной защиты от ОЗЗ). Поэтому необходимо принять режим заземления нейтрали через резистор с током, достаточным для обеспечения чувствительности и селективного отключения ОЗЗ. Также необходимо учесть, что система РЗА должна работать на отключение при любом повреждении элемента сети с минимально возможным временем.
Номинальное сопротивление низкоомного резистора заземления нейтрали выбирается таким образом, чтобы обеспечить надежное срабатывание релейной защиты от ОЗЗ. Обычно, это условие выполняется при активном токе через резистор, равном 2,5 значения суммарного емкостного тока сети. Таким образом, предварительно принятое сопротивление резистора на секциях шин равно:
^1сш. = 7з-2,5-/С£таж = 73-2,5-47,1 = 49 ^^
" - и"ом - 10103 ■ = 50 Ом.
™2сш. V3-2,5-7c£ma* V3-2,5-45,5
Ближайшее значение, выбранное по стандартному ряду, 50 Ом. Предварительно принимаем 50 Ом для 1 и 2 с.ш.
Оценим коэффициент чувствительности защиты от ОЗЗ при выбранном сопротивлении заземления
50 Ом.
Коэффициент чувствительности определяется по выражению:
j. _ ^0 min
«ч - "Г-,
'0 с.с.
где /о min - минимальное значение тока 3/0, протекающего через место установки защиты, при внутреннем металлическом ОЗЗ;
/0 сз. - первичный ток срабатывания защиты.
В данном примере
Г . -3/ - 3 РФ - 3 10103 - 1ir г д ^0 с.з. - ^н ■ ^бр ■ ^С£тах
где кн =1,2 - коэффициент надежности;
кбр =1,5 - коэффициент «броска», который учитывает бросок емкостного тока в тот момент, когда возникает ОЗЗ. Тогда:
/о с.з.1с.ш. = 1,2 ■ 1,5 ■ 47,1 = 84,8 А, /о с.з.2с.ш. = 1,2 ■ 1,5 ■ 45,5 = 81,9 А
Соответственно, коэффициенты чувствительности будут равны:
1,36; К 1,41.
Как видно из представленных расчетов выбранный резистор обеспечивает требуемую чувствительность при всех возможных режимах работы Светлинской СЭС.
Проанализировав оба варианта компенсации емкостных токов на примере «Светлинской СЭС», рекомендуется к использованию в дальнейших разработках проектных решений СЭС режим работы сети 10 кВ с резистивно заземленной нейтралью через низкоомный резистор.
Минимальное значение тока ОЗЗ в месте повреждения, ограничивается двумя условиями:
- обеспечение устойчивости функционирования простых токовых защит нулевой последовательности от ОЗЗ во всех режимах работы сети;
- полное исключение возможности возникновения наиболее опасных дуговых перемежающихся
ОЗЗ.
Сочетание режима нейтралей работы сети 10 кВ с ДГР и низкоомным резистором - не целесообразна в виду практически мгновенных отключения линий при замыканиях (до начала включения в работу
ДГР).
Низкоомный резистор должен устанавливаться на каждую секцию шин и подключается между нейтралью силового трансформатора и контуром заземления станции.
Библиографический список
1. СТО 18-2013 «Руководящие указания по выбору режима заземления нейтрали в электрических сетях напряжением 6 -35 кВ» - 2013.
2. ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7. - 2019.
МОЛОКАНОВ РОМАН СЕРГЕЕВИЧ - магистрант, Волгоградский государственный аграрный университет, Россия.
