Научные основы выбора электрооборудования и координации уровней токов короткого замыкания в энергосистемах

1. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И КООРДИНАЦИИ УРОВНЕЙ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ

Проблема токов короткого замыкания (КЗ) в энергосистемах была и остается актуальной. Токи существенно выросли, что вынуждает менять уста­новленное электрооборудование или принять срочные меры по их ограничению (координация уровней токов).

Электрооборудование — важный элемент электро­станций и энергосистем, элемент больших тех­нических систем, обладающих в отличие от обыч­ных сложных систем, рядом специфических свойств и качеств, не вытекающих непосредствен­но из совокупности свойств и качеств отдельных элементов.

В современных условиях существенно изменились требования энергосистем к электрооборудованию и расчетным условиям для его выбора.

Выявлено, что при выборе электрооборудования необходимо учитывать наличие многофункциональ­ных связей между его техническими, экономическими, экологическими и социологическими характери­стиками. При этом должны быть развиты методы рас­чета токов КЗ и математические модели для исследо­вания переходных процессов в современных энергосистемах.

Показано, что важным звеном в системе выбора электрооборудования является обоснование так называемых расчетных условий, под которыми понимаются наиболее тяжелые, но достаточно веро­ятные условия.

Выбор электрооборудования должен базировать­ся на преимущественном использовании новой про­грессивной техники и давать ощутимый технико-экономический эффект. При этом поиск оптимальных решений с учетом внешних условий и ограничений, перспектив развития науки и техники, параметров надежности электрооборудования, а также необходимых объемов инвестиций и поставок электрообо­рудования, является обязательным. На общей сис­темной основе определены и проанализированы расчетные условия нормального, аварийного, послеаварийного и ремонтного режимов, включающие схемные вопросы и специфические вопросы сущест­вования режимов.

Значительное внимание было уделено расчетным условиям аварийных режимов, из которых по тяжести и последствиям определяющими являются режимы коротких замыканий. Сформулировано понятие и опреде­ление расчетных условий КЗ элементов электроуста­новки: это наиболее тяжелые, но дос­таточно вероятные условия, в которых может оказаться рассматриваемый элемент электроустановки при раз­личных видах коротких замыканий.

Разработана полная математическая модель усло­вий выбора всех видов электрооборудования. Для од­ного из наиболее ответственных элементов схем — выключателей — она, например, в общепринятых обо­значениях выглядит так:

U_ном  U_{сети ном}                                             K_пг I_ном  I_{прод. расч}              

I_ном  I_{норм. расч}                                              I_{пр. скв}  I_п0

I_вкл  I_п0                                                        i_{пр. скв}  i_уд        

I_вкл  i_уд                                                        I_{откл. ном}  I_пт

                                  i_{а норм}=

Проведенные исследования показали, что в ряде узлов сетей напряжением 110 кВ и выше вблизи мощ­ных электростанций имеет место соотношение:

                                                        

При этом  и утяжеляются условия работы выключателей, поскольку расчетным видом КЗ стано­вится однофазное КЗ, имеющее значительно боль­шую вероятность возникновения, чем трехфазное КЗ.

Также выявлено, что в узлах сети вблизи мощных электростанций из-за имеющих место специфических параметров основного электрооборудования ударный коэффициент тока КЗ возрастает от значения 1,8 до значения  1,9. Это обстоятельство утяжеляет работу выключателей и силовых трансформаторов.

В условия выбора электрооборудования внесены изменения, связанные с установлением новых допус­тимых температур нагрева проводников и аппаратов в продолжительных и кратковременных режимах и установлением температур возгорания кабелей.

Электростанции и энергосистемы являются, как правило, развивающимися динамическими система­ми, у которых изменяются во времени структура, схе­мы, параметры основных элементов и параметры режимов, в том числе уровни токов КЗ. Соответственно непрерывно меняются требования к параметрам электрооборудования, к его электродинамической и тер­мической стойкости, а также к коммутационной спо­собности. Отсюда следует, что динамика изменения параметров электрооборудования нормально должна опережать динамику изменения параметров режима, энергосистемы должны постоянно их контролировать. В ряде случаев энергосистемам для снижения дина­мики роста и стабилизации УТКЗ рекомендуются раз­личные методы и средства ограничения токов КЗ.

На основе системного анализа разработаны кон­цепция и основные направления оптимального согла­сования в динамике параметров электрооборудова­ния и требований энергосистем, в том числе: прогнозирование и оптимизация УТКЗ; стратегия и пути ко­ординации УТКЗ, включая рекомендуемые механизмы их реализации; методы и средства ограничения токов КЗ с оценкой их эффективности (рис. 1.1).

 

Рис. 1.1. Блок-схема координации УТКЗ

Определен целесообраз­ный механизм координации УТКЗ: мо­дернизация электрооборудования, за­мена электрооборудования, ограниче­ние уровней токов КЗ.

Проанализированы, систематизи­рованы и, в ряде случаев, испытаны различные методы и средства ограни­чения УТКЗ.