1.5. Ограничение токов короткого замыкания в сети 6(10) кВ

Мощности трансформаторов ГПП могут быть до 63 МВА. При таких больших мощностях трансформаторов возникает проблема ограничения токов короткого замыкания (КЗ). Для ограничения токов применяются: токоограничивающие реакторы, трансформаторы с расщепленными обмотками и сдвоенные ректоры с секционированием шин технологического ЗРУ на четыре секции шин.

Ограничение токов КЗ применяется либо для снижения токов КЗ до номинального тока отключения коммутационных аппаратов, либо для снижения токов КЗ до допустимого значения по условиям термической стойкости кабельных линий

При коротких замыканиях в сети 6(10) кВ ток КЗ определяется суммой двух составляющих: тока КЗ от питающей энергосистемы и тока подпитки от высоковольтных электродвигателей, которые при КЗ, вращаясь по инерции, переходят в генераторный режим и посылают ток в точку КЗ. Приближенно ток, посылаемый электродвигателями в точку КЗ, может быть принят равным его пусковому току.

Ток КЗ от питающей энергосистемы зависит от мощности (эквивалентного сопротивления) системы, длины воздушных линий 35(110) кВ и мощности понизительного трансформаторов 35(110)/6(10) кВ. При мощности трансформаторов 25 МВА и более ток КЗ от системы может превышать допустимые для выключателей и кабельных линий значения.

Рассмотрим типовые решения в схемах электроснабжения для ограничения токов КЗ.

1.5.1. Секционирование шин технологического зру-6(10) кВ на две или четыре секции.

Ограничение токов КЗ за счет секционирования шин технологического ЗРУ-6(10) кВ на две секции основано на раздельной работе питающих трансформаторов на «свою» секцию шин при отключенном секционном выключателе. Рассмотрим принцип ограничения тока КЗ на примере рисунка 1.6. В нормальном режиме секционный выключатель СВ отключен, вводные выключатели Q1 и Q2 включены. Если при этом происходит КЗ в сети 6(10) кВ, то ток КЗ от системы будет протекать только по одному из трансформаторов Т1 или Т2.

Рисунок 1.6 – Ограничение токов КЗ только за счет секционирования

Расчетная схема для тока КЗ на 1-й секции шин (I СШ) при отключенном СВ приведена на рисунке 1.7, а.

Одновременное включение всех трех выключателей допускается только во время оперативных переключений при выводе в ремонт одного из трансформаторов. При включенном СВ и КЗ в сети 6(10) кВ трансформаторы оказываются соединенными параллельно (рисунок 1.7, б) и ток КЗ в сети 6(10) кВ может возрасти примерно в два раза.

Рисунок 1.7 - Расчетные схемы при КЗ на шинах 6(10) кВ

Таким образом, секционирование системы шин на две секции при раздельной работе секций снижает ток КЗ от системы до двух раз. Особенно эффективна такая мера при большой мощности питающей системы. Если же эквивалентное сопротивление питающей энергосистемы соизмеримо с сопротивлением понижающих трансформаторов, то снижение тока КЗ вследствие раздельной работы трансформаторов может быть несущественным.

Секционирование шин технологического ЗРУ-6(10) кВ на две секции является обязательным для всех понизительных подстанций и технологических ЗРУ.

У схемы ЗРУ-6(10) кВ по рисунку 1.6 два недостатка. Первый - при большой мощности трансформаторов Т1 и Т2 их сопротивление становится настолько малым, что ток КЗ на шинах 6(10) кВ может превысить допустимые значения. Второй недостаток – в схеме по рисунку 1.6 не ограничиваются токи подпитки, посылаемые в точку КЗ электродвигателями Д1 и Д2. При выключенном вводном выключателе В1 или В2 и включенном секционном выключателе СВ в месте КЗ будет протекать ток подпитки от всех рабочих электродвигателей 1-й и 2-й секций шин (СШ). Как уже отмечалось выше, ток подпитки от одного электродвигателя примерно равен его пусковому току. При мощности 4000 кВт и напряжении 6 кВ пусковой ток равен примерно 430 А (таблица 1.1). При кратности пускового тока 8.0 ток подпитки от одного электродвигателя будет порядка 3440 А При трех рабочих электродвигателях ток подпитки будет 10320 А. При мощности электродвигателей 8000 кВт ток подпитки от электродвигателей может достигать 20 кА и более. В точке КЗ этот ток суммируется с током, посылаемым в точку КЗ энергосистемой. Поэтому при большой мощности трансформаторов Т1 и Т2 либо при большой мощности электродвигателей МНА (4000 кВт и более) в схеме 1.6 могут потребоваться дополнительные мероприятия по ограничению токов КЗ..

1.5.2. Схемы с одиночными реакторами на вводах.

Реактор представляет катушку индуктивности без ферромагнитного сердечника. Для придания жесткости каркас катушки заливают бетоном, и поэтому реактор называют бетонным. Маркируют РБ – реактор бетонный. Основной параметр реактора – это его индуктивное сопротивление Х_Р. в каталогах указывается обычно в Омах. Индуктивное сопротивление реактора увеличивает суммарное сопротивление электрической сети между энергосистемой и точкой КЗ, вследствие чего ток КЗ снижается. Схема включения групповых одиночных реакторов на вводах 6(10) кВ технологического ЗРУ показана на рисунке 1.8.

Для тока КЗ в точке К на шинах 6(10) кВ справедливо выражение

,

где при отсутствии реактор результирующее сопротивление Х_РЕЗ относительно точки КЗ равно сумме сопротивлений питающей энергосистемы Х_С, трансформатора Х_Т и питающих линий Л1 (Л2) Х_Л напряжением 6(10) кВ от ГПП до технологического ЗРУ

Х_РЕЗ = Х_С + Х_Т + Х_Л.

При наличии реактора результирующее сопротивление Х_РЕЗ увеличивается на сопротивление реактора Х_Р

Х_РЕЗ = Х_С + Х_Т + Х_Л + Х_Р

и ток в месте КЗ уменьшается.

Недостатки схем с одиночными реакторами на вводах.

1) Как и в схеме по рисунку 1.6. одиночные реакторы на вводах не ограничивают токи подпитки от ЭД смежной секции шин.

2) В реакторах имеют место дополнительные потери напряжения ΔU_Р в нормальном режиме, а также в режимах пуска и самозапуска электродвигателей

.

где I_Р – ток через реактор.

Рисунок 1.8 – Схема с одиночными реакторами на вводах

Для ограничения токов КЗ требуются реакторы с большим индуктивном сопротивлением. Однако при этом в реакторе будут значительные потери напряжения в нормальном режиме и при пуске, что приведет к снижению напряжения на зажимах пускаемого электродвигателя. Это может привести как к увеличению времени пуска, так и к срыву самозапуска. Поэтому нецелесообразно устанавливать реактор с большим индуктивным сопротивлением. Это ограничивает область применения одиночных реакторов на вводах.

Для ограничения токов КЗ можно ставить дополнительно линейные реакторы на отходящих присоединениях (кроме кабельных линий к электродвигателям). Такие реакторы не только ограничивают ток КЗ, но и увеличивают остаточные напряжения на шинах ПС при КЗ за ними. Однако такое решение приводит, во-первых, к увеличению капитальных затрат на сооружение подстанций и, во-вторых, не ограничиваются токи при КЗ в цепях электродвигателей. Поэтому одиночные реакторы в цепях присоединений 6(10) кВ не устанавливаются.