WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |

Г л а в а 8

ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

8.1. МАКСИМАЛЬНЫЕ УРОВНИ ТОКОВ КЗ

Максимальные уровни токов КЗ определяют условия работы оборудования электрической системы в аварийных режимах. Вы­бор и проверка шин, токопроводов, проводов и кабелей, электри­ческих аппаратов производятся по параметрам короткого замыка­ния. Анализ статистических данных, полученных при опросе девяноста энергосистем [3], позволил сделать важные для эксплуатации электрооборудования выводы:

1. Максимальные значения токов КЗ в сетях различных напря­жений постоянно растут. Это вызвано развитием сети включени­ем в эксплуатацию новых линий электропередачи и трансформато­ров с заземленными нейтралями, другого оборудования, уменьша­ющего суммарное сопротивление короткозамкнутой цепи между источниками и точкой КЗ. Значения токов КЗ, зарегистрированные в разные годы эксплуатации в отечественных энергосистемах, при­ведены в таблице.

Максимальные действующие значения токов КЗ в сетях различного напряжения Год измерения Токи КЗ, А, при напряжениях, кВ тока КЗ 35 ПО 1972 36.5 36.4 36.0 44.6 37. 1975 37.6 40.0 43.0 46.7 44. 1978 39.4 52.0 50.0 52.2 42. 1983 40.9 49.0 50.0 42.4 42. 1990(прогноз 1983 г.) 39.6 50.6 46.0 62.4 55. Примечание. В первой графе даны значения для однофазного тока, во вто­рой для трехфазного.

В большинстве случаев ток однофазного КЗ больше тока трехфазного (см. таблицу). Это объясняется малыми значениями суммарного сопротивления нулевой последовательности jtoz (см. п. 5.4.6). Это сопротивление зависит от количества заземленных нейтралей в схеме. Каждая заземленная нейтраль образует парал­лельную ветвь в схеме замещения нулевой последовательности, уменьшающую х0У. Росту уровней токов однофазного КЗ способст­вует ввод в эксплуатацию блоков турбогенераторов большой мощ­ности (300...800 МВт), которые требуют, как правило, заземления нейтралей блочных трансформаторов. Тот же эффект дает широкое использование силовых автотрансформаторов, работающих с за­земленными нейтралями. Превышение максимального тока одно­фазного КЗ над трехфазным вызывает необходимость проверять коммутационную способность выключателей по току однофазного КЗ и утяжеляет условия работы выключателей, потому что одно­фазные КЗ возникают намного чаще, чем трехфазные (см. таблицу в разд. 1.1).

8.2. СРЕДСТВА ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ КЗ Рост уровней токов КЗ вызывает снижение эксплуатационной надежности всех силовых элементов электрической системы. В первую очередь страдают жесткие шины, кабели, электрические ппараты. В меньшей степени повышение уровней токов КЗ затраивает генераторы и трансформаторы, хотя и для них необходимо предусматривать отрицательные последствия этого повышения. По энным одной из американских энергокомпаний из штата Вирджиния, например, за 14 лет эксплуатации энергосистемы доля поврежденных трансформаторов увеличилась с 6 до 10.6 %, причем в более чем 70 % случаев причиной повреждений была недостаточная электродинамическая стойкость трансформаторов к сквозным токам КЗ.

Ограничению токов в энергосистемах всегда уделяется доста­точно большое внимание. Для этого применяются как схемные решения, так и специальные устройства. Наиболее широко исполь­зуются:

оптимизация структуры и параметров сети;

стационарное или автоматическое деление сети;

применение токоограничивающих устройств;

оптимизация режима заземления нейтралей в электрических сетях.

В зависимости от местных условий, требуемой степени ограни­чения токов при различных видах КЗ, а также техникоэкономических показателей в сетях энергосистемы используются различные средства ограничения или их комбинации, дающие наи­больший техникоэкономический эффект.

8.2.1. Оптимизация структуры и параметров сети (схемные решения) Схемные решения принимаются, как правило, на стадии проек­тирования схем развития энергосистем, при этом выбираются оп­тимальные схемы выдачи мощности электростанций и параметры элементов сетей энергосистем.

Схемы выдачи мощности электростанций изменяются с вво­дом в эксплуатацию генераторов мощностью 500... 1200 МВт, а также укрупнением единичных мощностей электростанций до 3600... 6400 МВт, т.е. происходит переход от схемы, показанной на рис. 8.1, а, к схеме б, а затем к схеме в.

Значительные трудности в схеме, изображенной на рис. 8.1, в, возникают с ограничением токов КЗ на низком и среднем напря­жениях. При переходе к схеме, показанной на рис. 8.1, б, наибольший Рис. 8.1. Схемы выдачи мощности электростанций: а ТЭЦ с генерато­рами 30...100 МВт; б блочные станции с генераторами 100...300 МВт; в блочные станции с генераторами 500... 1200 МВт рост уровней токов КЗ наблюдается в сети среднего напряже­ния, меньший в сети высокого напряжения, а в сети низкого на­пряжения уровень токов КЗ стабилизируется. В схеме, представленной на рис. 8.1, в, наибольший рост уровней токов КЗ наблюдается в сети высокого напряжения. Оптимизация структуры сети является эффективным средством ограничения токов КЗ. С этой целью применяется периферийное (продольное) разделение сетей, при котором части территории сетей (районы) одного напряжения связываются между собой только через сеть повышенного напряжения (рис. 8.2, а). Местное, или поперечное, разделение сетей (рис. 8.2, б) осуществляется наложением сетей одного и того же напряжения на площади како­голибо района и связью этих сетей через сеть повышенного на­пряжения.

Рис. 8.2. Оптимизация структуры сети: периферийное (продольное) (а) и местное (поперечное) (б) разделение сети 8.2.2. Стационарное или автоматическое деление сети Деление сети применяют в процессе эксплуатации, когда тре­буется ограничить уровни токов КЗ при ее развитии. Различают деление сети стационарное (СДС) и автоматическое (АДС).

Стационарное деление сети осуществляется в нормальном ре­жиме с помощью секционных, шиносоединительных или линей­ных выключателей. Оно производится тогда, когда уровень тока КЗ в узле сети превышает допустимые значения для параметров установленного оборудования. Пример деления сети на электро­станции с двумя распределительными устройствами повышенного напряжения показан на рис. 8.3. Деление производится в результа­те разрыва трансформаторной связи между распред устройствами двух повышенных напряжений. СДС оказывает существенное влияние на режимы, устойчивость и надежность работы электриче­ской системы, а также на потеои мощ ности в сетях.

АДС производится в аварийном режиме для обеспечения работы ком­мутационных аппаратов. Оно осуще­ствляется на секционных или шино­соединительных выключателях, иног­да на выключателях мощных при­соединений. При АДС образуется система каскадного отключения токов КЗ, однако надо учитывать, что АДС имеет недостатки: 1) возможность появления в послеаварийном режиме значительных небалансов мощностей источников и нагрузки в разделившихся частях сети;

Рис. 8.3. Стационарное деле­ние сети 2) увеличение времени восстановления нор­мального режима. Несмотря на это, устройства АДС широко при­меняются в энергосистемах, поскольку дешевы, просты и надежны.

8.2.3. Токоограничивающие устройства Токоограничивающие устройства, выполняя свою основную задачу ограничение токов КЗ, не должны существенно влиять на нормальный режим работы сети, должны иметь стабильные харак­теристики при изменении схемы и параметров режима.

Токоограничивающие реакторы могут иметь различные конст­руктивные исполнения и параметры.

Реакторы с линейной характеристикой, включаемые последо­вательно в соответствующую линию, ограничивают ток КЗ и под­держивают относительно высокий уровень остаточного напряже­ния в узле подключения. Но в их в нормальном режиме теряются активная и реактивная мощности, а также возникают потери и па­дение напряжения. Сопротивление реактора определяется по фор­муле (2.30). Возможные схемы включения линейных и секционных реакторов приведены на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Схемы линейного (а), секционного (б) и сдвоенного (в) включения реакторов В отношении потерь напряжения и реактивной мощности луч­шим является сдвоенный реактор. В нормальном режиме магнит­ная связь между ветвями реактора уменьшает потерю напряжения в нем без снижения токоограничивающей способности. Схема за­мещения сдвоенного реактора показана на рис. 8.5.

Рис. 8.5. Схемы замещения сдвоенного реактора для двухцепного (сквозного) (а), одноцепного (б) и продольного (в) режимов работы У сдвоенных реакторов существуют двухцепный (сквозной), одноцепный и продольный режимы; возможно сочетание продольного и одноцепного режимов. Результирующие сопротивления в этих режимах определяются следующим образом:

x1цеп =хL при I1=I2 xпрод=2(1+Ксв)xL где Kсв коэффициент связи, учитывающий взаимную индукцию между ветвями (задается каталожными данными). Значение KCB сдвоенных реакторов ограничивается допустимым уровнем на­пряжения на отключенной ветви (ветвь 2, рис. 8.5, б) при КЗ в вет­ви I и находится в пределах 0.4...0.6.

Реакторы с нелинейной характеристикой. К этой группе отно­сятся управляемые и насыщающиеся реакторы.

Управляемый реактор это регулируемый реактор со сталью, изменение сопротивления которого осуществляется подмагничиваем магнитопровода полем постоянного тока. В нор­мальном режиме сопротивление реактора снижается за счет подмагничивания. Степень снижения сопротивления реактора по сравнению с сопротивлением в нормальном режиме при номи­нальном токе в обмотке переменного тока и соответствующем токе подмагничивания в обмотке постоянного тока характеризуется коэффициентом регулирования Крег. При КЗ сопротивление реак­тора увеличивается и степень этого увеличения характеризуется коэффициентом токоограничения К7. Отечественные регулируемые реакторы имеют Крег =8...10, КТ = 4..7.

Насыщающийся реакторэто неуправляемый реактор с нелинейной характеристикой (со сталью), которая определяется насыщением магнитопровода полем обмотки переменного тока. Эквивалентное сопротивление реактора растет с увеличением то­ка; это свойство реактора используется для ограничения тока КЗ.

Токоограничивающие коммутационные аппараты уменьшают Ударный ток КЗ, т.е. являются аппаратами безинерционного дейст­вия. К ним относятся токоограничивающие предохранители и ог­раничители ударного тока взрывного действия.

Токоограничивающие предохранители изготов­ляются на напряжение 3... 35 кВ. Они отличаются простотой конструкции и небольшой стоимостью, но в то же время обладают рядом недостатков, таких как:

одноразовое действие, что затрудняет применение автомати­ческого повторного включения (АПВ);

нестабильность токовременных характеристик;

неуправляемость со стороны внешних устройств (релейной защиты) и т.д., в связи с чем предохранители устанавливаются в цепях менее ответственных потребителей.

Ограничители ударного тока взрывного дей­ствия сверхбыстродействующие управляемые коммутационные аппараты одноразового действия. Конструктивно это герметизиро­ванный цилиндр, внутри которого располагается токонесущий про­водник с вмонтированным в него пиропатроном. Сигнал на взрыв пиропатрона подается от внешнего управляющего устройства, полу­чающего информацию о КЗ от измерительного органа, фиксирую­щего величину тока КЗ и ее производную. Ограничение тока достигается за время порядка 0.5 мс, полное время отключения цепи составляет около 5 мс, т.е. 'Л периода промышленной частоты..

Резонансные токоограничивающие устройства. Принцип их действия основан на использовании эффекта резонанса напряже­ний при работе в нормальном режиме и расстройке резонанса в аварийном режиме. В настоящее время предложено более ста ва риантов таких устройств и их мо­дификаций.

Рассмотрим принцип дейст­вия резонансного токоограничивающего устройства на примере схемы, использующей один не­линейный элемент (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Схема резонансного токоограничивающего устройства Входное сопротивление кон­тура определяется следующим образом:

(8,1) где RЭКВ, xэкв эквивалентные входные сопротивления рассматри­ваемого контура, определяемые как Параметры отдельных элементов выбираются в зависимости от желаемой предельной кратности тока КЗ по отношению к номи­нальному току.

Кроме того, известны другие токоограничивающие устройства:

токоограничивающие устройства трансформаторного и реакторновентильного типов;

вставки постоянного тока;

сверхпроводниковые токоограничивающие устройства.

Принцип действия этих устройств описан в работе [3].

Pages:     || 2 |




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.