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.

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