2.5 Вибір доцільного способу обмеження струмів короткого замикання

2.5.1 Загальний підхід

При проектуванні електричної частини ЕС необхідно вирішувати питання обмеження струмів КЗ в РУ і мережі генераторної напруги, в системі власних потреб та на з’єднаннях укрупнених блоків. В даний час в електроустановках застосовують такі основні способи обмеження струмів КЗ:

- ділення системи (окрема робота трансформаторів на стороні
6 – 10 кВ підстанцій або окрема робота РУ на станціях);

- встановлення струмообмежувальних реакторів 6 – 10 кВ;

- застосування трансформаторів з розщепленими обмотками;

- часткове розземлення нейтралей трансформаторів.

Ведуться НДР щодо нових способів: безінерційні струмообмежувальні пристрої, струмообмежувальні комутаційні апарати, застосування вставок постійного і змінного струмів.

Обмеження струмів КЗ дозволяє полегшити умови роботи електричних апаратів, здешевивши тим самим їх, і зменшити переріз провідників. Разом з тим заходи із обмеження струмів КЗ вимагають капіталовкладень, збільшують втрати напруги і потужності, погіршують умови стійкості роботи генераторів і двигунів. Через це застосування засобів струмообмеження повинно бути обгрунтоване технічно і економічно. Найкращий спосіб обмеження струмів КЗ вибирають на підставі техніко-економічних варіантних розрахунків.

2.5.2 Вибір струмообмежувальних засобів на КЕС

Електрична схема КЕС будується за блочним принципом, тому питання про обмеження струму КЗ на генераторній напрузі виникає лише при укрупнених блоках (див. рис. 2.3).

Обмеження струму КЗ може бути досягнуто застосуванням трансформаторів з розщепленими обмотками генераторної напруги (див. рис. 2.3). Коефіцієнт розщеплення К_р трифазних трансформаторів дорівнює приблизно 3,5; а групи однофазних трансформаторів – 4. В цьому варіанті струми КЗ від системи і сусіднього генератора протікають шляхами зі значно більшими опорами, чим і досягається обмеження цих струмів:

.

Такий самий ефект досягається і при застосуванні трансформаторів з розщепленими обмотками як трансформаторів власних потреб – робочих і пускорезервних.

Може виникнути необхідність обмеження струмів КЗ на стороні високої напруги. Це питання відноситься до системних задач і вирішується на стадії проектування розвитку енергосистеми. Тут використовують ділення системи з використанням секційних вимикачів і АВР, а також розземлення нейтралей частини трансформаторів 110 і 220 кВ.

2.5.3 Вибір струмообмежувальних пристроїв на генераторній напрузі ТЕЦ

При виборі струмообмежувальних засобів намагаються знизити до потрібного рівня струми КЗ не лише на ТЕЦ, а і у споживачів. Допустимий струм КЗ на ТЕЦ визначається параметрами вимикачів, а також термічною стійкістю головних ділянок кабельної мережі споживачів. За розрахунковий параметр вимикача приймають номінальний струм відключення I_відк.

Для обмеження струмів КЗ в ГРУ зазвичай застосовують секційні реактори (див. рис. 2.4). Роздільна робота секцій допускається лише у виняткових випадках.

Рисунок 2.4 – Схема обмеження струмів КЗ на ТЕЦ за допомогою реакторів (СР – секційних, ЛР - лінійних)

Вибір секційних реакторів. Він повинен передувати вибору лінійних реакторів. Розрахунок ведеться в такій послідовності:

1. Визначається число секцій ГРУ. Як правило кількість секцій дорівнює кількості генераторів;

2. Вибирають схему включення секційних реакторів: прямолінійну (розімкнену) при кількості секцій 2–3 і кільцеву при кількості секцій 3–4;

3. Аналізуються можливі перетоки між секціями в нормальному режимі та при відключенні генераторів і трансформаторів зв’язку і вибираються номінальні струми секційних реакторів. Їм відповідають певні індуктивні опори, з яких обирають найбільший;

4. Розраховують струми КЗ I_по на шинах ГРУ (точка К₁) при наявності секційних реакторів і без них. Ці струми є розрахунковими при виборі вимикачів трансформаторів власних потреб, які приймають, як найважчі, за контрольні;

5. Обгрунтовують доцільність обмеження струму КЗ в ГРУ.

Якщо струм I_по без секційних реакторів більший за струм електродинамічної стійкості I_ед вимикачів, які випускаються на дану напругу, то встановлення реакторів технічно необхідне. В протилежному випадку потрібне економічне обгрунтування. Порівнюють два варіанти – з встановленням секційних реакторів і без них. Зменшення вартості ГРУ на 10% і більше може служити економічним обгрунтуванням доцільності встановлення секційних реакторов;

6. Якщо прийнята схема з секційними реакторами, то визначають втрати напруги в них при найбільшому перетоці потужності між секціями. Ці втрати не повинні перевищувати 5–6% U_ном. В протилежному випадку необхідно передбачити вимикачі або роз’єднувачі для шунтування реакторів. Можливість шунтування обов’язково перевіряється із умов допустимих струмів КЗ.

Вибір лінійних реакторів. Місце підключення лінійних реакторів (ЛР) визначається структурною схемою ТЕЦ: до ГРУ для ТЕЦ з поперечними зв’язками і на відгалуженні від генератора в блочній схемі.

Перевага надається груповим здвоєним реакторам (див. рис. 2.5). Вони економічніші за індивідуальні.

Умови вибору ЛР такі:

- U_ном (повинно відповідати U_ном установки);

- I_ном³I_{роб.макс};

- опір ЛР Х_Р повинен забезпечувати обмеження струму КЗ до допустимого;

- втрати напруги DU_P в нормальному режимі не повинні перевищувати 1,5 – 2%;

- ударний струм i_у.макс при КЗ за реактором не повинен перевищувати електродинамічної стійкості реактора i_{ед.макс}, а імпульс квадратичного струму КЗ - гарантованого заводом значення.

Допустимий струм КЗ у споживачів I_К2доп визначають з розгляду значень струму електродинамічної стійкості вимикачів РУ і струму термічної стійкості кабелів розподільної мережі I_тер.кб2. Менший з них і визначає I_К2доп.

Допустимий струм КЗ мережі живлення (точка К₃) вибирають рівним струму термічної стійкості головної ділянки кабеля I_тер.кб1.

Рисунок 2.5 – Груповий здвоєний реактор (а) і заступна схема (б)

Виходячи з цих значень струмів КЗ розраховують необхідний опір реактора.

Послідовність розрахунку при виборі лінійних реакторів така:

1. Визначається допустиме значення струмів КЗ біля споживачів і в  мережі живлення;

2. Оцінюють значення розрахункового опору реактора:

для точки К₃

,

для точки К₂

,

;

3. Визначають кількість реакторів і робочий струм режиму, коли відмовляє одна секція ГРУ або відключається один блок блочної ТЕЦ;

4. Перевіряють допустимість втрат напруги у відсотках в нормальному режимі:

-  – для одинарного реактора;

-  – для здвоєного реактора,

де X_р – опір ректора (для здвоєного – опір вітки обмотки), Ом;

І – максимальний робочий струм одинарного реактора, А; 

І₁, І₂ – струми у вітках обмотки здвоєного реактора, А;

К_св = M/L – коефіцієнт зв’язку, який рівний відношенню взаємної індуктивності M і індуктивності L вітки, в.о.;

5. Уточнюють значення струму КЗ за вибраним стандартним реактором і перевіряють за ним термічну і динамічну стійкість реактора.

ПОПЕРЕДНЯ                ЗМІСТ                НАСТУПНА

РОЗДІЛ 1        РОЗДІЛ 2        РОЗДІЛ 3        РОЗДІЛ 4        РОЗДІЛ 5        РОЗДІЛ 6        РОЗДІЛ 7