Проблема координации уровней токов короткого замыкания в энергосистемах

1. ПРОБЛЕМА КООРДИНАЦИИ УРОВНЕЙ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ

Постановка задачи. В сетях различного напря­жения энергосистем уровень токов КЗ в той или иной степени непрерывно возрастает. При  этом требования к электрическим аппаратам, проводни­кам силовым (автотрансформаторам и конструк­циям распределительных устройств (РУ) стано­вятся более жесткими. Возникает проблема опти­мального согласования в динамике параметров электрооборудования и требований энергосистем или координации параметров электрооборудова­ния с существующими или ожидаемыми уровнями токов КЗ.

Проблема комплексная, многогранная, потребовавшая про­работки ряда смежных взаимосвязанных вопро­сов.  Результаты  разработанной   проблемы,  изло­женные в данной статье, получены сотрудниками кафедры электрических станций МЭИ, ее выпуск­никами и лицами, сотрудничающими с кафедрой по научно-исследовательским работам.

Уровни токов КЗ и динамика их изменения. Интерес представляют  максимальные (наибольшие) значения I­_{k max} токов  трехфазных и однофазных КЗ  в расчетном режиме работы электроустановки или энергосистемы.

В таблице 1 для приме­ра приведено изменение I­_{k max}в сетях 110 - 500 кВ одной из крупнейших региональных энергосистем страны на более чем полувековом интервале. Стабилизация токов КЗ на уровне до 40 кА в сетях 110 - 220 кВ являет­ся следствием их целенаправленного ограничения. Без этого в значительной части узлов сетей 110 - 220 кВ они превысили бы 100 - 130 кА и по­требовали замены 1/3 установленного коммутаци­онного оборудования.

Таблица 1.1 - Наибольшие действующие значения токов КЗ в сетях региональной энергосистемы.

Год	Ток КЗ кА, при напряжении сети кВ
	110		220		500
	I(3)к.макс	I(1)к.макс	I(3)к.макс	I(1)к.макс	I(3)к.макс	I(1)к.макс
1950 1955 1963 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2004	11,6 14,3 25,8 30,6 39,5 32,6 34,5 35,0 34,5 34,6 30,4 30,9	11,0 10,8 31,2 36,9 44,7 33,9 37,2 41,1 38,7 38,9 37,6 37,5	7,8 8,2 13,5 16,4 32,0 27,5 30,7 34,6 36,3 34,1 35,3 35,6	7,1 7,6 13,0 15,3 36,9 25,6 29,5 36,2 36,5 33,0 34,9 37,9	- - 10,7 13,1 16,6 19,5 21,8 27,8 31,7 31,3 32,5 32,8	- - 11,6 13,9 17,6 18,1 19,8 22,8 28,2 30,5 29,6 33,9

Основные влияющие факторы.  Максимально допустимый уровень токов КЗ в сетях различного напряжения - важная технико-экономическая ха­рактеристика энергосистем. Требования к комму­тационному оборудованию должны учитывать стратегию развития систем, электростанций и се­тей, надежность работы элект­ростанций, подстанций, узлов нагрузки и систем в целом, затраты на создание сети с тем или иным максимальным уровнем токов КЗ.

Максимальный уровень токов КЗ связан с интегральными параметрами сетей. К ним можно отнести плотность σ_с электрической сети (в километрах на километр квадратный), площадь электроснабжения s_пс, приходящейся на одну подстанцию, а так же среднюю длину l_ср линии рассматриваемого класса напряжения. Перечисленные параметры характеризуют жесткость электрических связей в энергосистеме и рассчитываются следующим образом: σ_с = l_∑/s; s_пс = s/n_пс; l_ср = l_∑/n_л;, где l_∑  - суммарная протяженность линии рассматриваемого напряжения в регионе площадью s, км; n_пс – то же, но число подстанций; n_л - то же, но число линий.

Методы и средства ограничения токов КЗ.  Известны следующие методы их ограничения: схем­ные решения на стадии проектирования; стацио­нарное и автоматическое деление сети при  эксплуатации; применение токоограничивающих устройств различного типа; использование для ограничения токов КЗ на землю токоограничивающих реакторов и резисторов, включаемых в нейтрали блочных трансформаторов и автотрансформаторов связи, а так же частичное разземление нейтралей трансформаторов.

В качестве средств ограничения токов КЗ используются: простые и сдвоенные реакторы, (авто)трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения, резонансные токоограничивающие устройства различных видов; ограничители ударного тока; вставки постоянного тока; устройства использующие высокотемпературную сверхпроводимость.

Эффективность деления электрической сети и схемных решений. Острота проблемы ограниче­ния токов КЗ сохраняется. В какой-то мере об этом можно судить по динамике деления сетей ре­гиональной энергосистемы (табл. 1.2).

Таблица 1.2 -Динамика деления точек сетей региональной энергосистемы

Вид деления сети	Год	Число точек деления в сетях
		110 Кв	220 кВ	500 кВ	Всего
Стационарное	1978 1983 1993 2000	45 68 88 94	11 11 17 18	- - - -	56 79 105 112
Автоматическое	1978 1983 1993 2000	7 21 20 22	2 3 3 4	- - - -	9 24 23 26