Быстродействующее отключение короткого замыкания

Является эффективным средством повышения динамической устойчивости. Только эта мера позволяет обеспечить устойчивость систем при наиболее тяжелых трехфазных коротких замыканиях. Сущность ее заключается в уменьшении длительности периода ускорения генератора в аварийном режиме.

Построим, характеристики мощности для системы с двумя линиями электропередачи, одна из которых отключается защитой после короткого замыкания (рис. 1.27). Очевидно, что чем меньше угол отключения т. е. чем меньше время отключения короткого замыкания, тем меньше площадь ускорения и тем больше площадь торможения, а значит и выше динамическая устойчивость данной системы. Заданной величине передаваемой мощности отвечает вполне определенный предельный угол отключения короткого замыкания , при котором площади ускорения и торможения равны. Если передаваемую мощность несколько увеличить, например до величины (рис. 1.27), то площадь ускорения увеличится, а площадь торможения уменьшится. Чтобы обеспечить устойчивую работу системы, необходимо уравнять площади ускорения и торможения, т.е. уменьшить угол отключения короткого замыкания ( на рис. 1.27, б). Таким образом, каждому значению передаваемой мощности соответствует вполне определенный предельный угол (и предельное время) отключения короткого замыкания. Очевидна и обратная зависимость – каждому значению угла отк

лючения (и времени отключения t_отк) короткого замыкания соответствует определенная максимальная передаваемая мощность.

На практике зависимости рассчитываются заранее. Вид таких зависимостей для одной из систем, работающей по схеме рис. 1.27, а на приемную систему неограниченной мощности, представлен на рис. 1.28. За 100% передаваемой мощности принята мощность, которая может быть передана системой при времени отключения короткого замыкания, равном нулю (внезапное отключение одной из линий). Как видно, увеличение времени отключения короткого замыкания резко уменьшает возможную величину передаваемой мощности. Особенно ярко эта зависимость выражена при трехфазных коротких замыканиях.

Уменьшение времени отключения короткого замыкания благоприятно не только с точки зрения устойчивости системы в прямом смысле – оно сокращает также вероятность перехода однофазного короткого замыкания в более тяжелые двух- и трехфазные, уменьшает разрушения от электрической дуги, повышает термическую и механическую устойчивость элементов системы и т. д. Время отключения короткого замыкания складывается из собственного времени срабатывания выключателя и времени уставки срабатывания релейной защиты. Отсюда становятся очевидными тенденции к максимальному сокращению времени срабатывания выключателей и реле защиты, а также требования к строго обоснованному выбору временной уставки защиты и стремление к уменьшению ее ступеней.

Автоматическое повторное включение (апв)

Автоматическое повторное включение (АПВ) элементов систем, особенно воздушных линий электропередачи, через небольшое время, необходимое для деионизации дуги короткого замыкания, позволяет сохранить питание потребителей, в 65…90% случаев вследствие самоустранения замыкания. Однако целесообразность применения АПВ определяется не только возможностью сокращения числа отключений потребителей, но и соображениями повышения устойчивости систем.

Особенно эффективно АПВ на одноцепных (нерезервированных) линиях, для которых каждое короткое замыкание при отсутствии АПВ влечет за собой длительные отключения линии и, следовательно, нарушение параллельной работы передающей и приемной систем.

Р

ассмотрим картину двухфазного короткого замыкания в системе с одноцепной воздушной линией электропередачи (рис. 1.29). В точке а начального режима происходит короткое замыкание и сброс передаваемой мощности до уровня, соответствующего точке b на характеристике мощности при двухфазном замыкании. В точке с имеет место отключение линии под действием релейной защиты. При этом передаваемая мощность, естественно, падает до нуля. Через некоторое время осуществляется автоматическое повторное включение линии с возвращением на исходную характеристику нормального режима, но с углом (точка d). Если располагаемая площадь торможения при этом будет больше площади ускорения, то система после успешного АПВ вернется в исходный режим.

Как видно из рис. 1.29, б, вследствие отключения одноцепной линии и сброса передаваемой мощности до нуля площадь ускорения генераторов существенно увеличивается. Для того чтобы уравновесить ее площадью торможения, угол не должен превышать некоторого предельного значения. В противном случае устойчивость системы будет нарушена.

Следует заметить, что условие равенства площадей торможения и ускорения устанавливает предельные значения не самого времени, а углов отключения и повторного включения поврежденной линии. Интервалы времени, в течение которых достигаются эти значения углов, зависят от постоянных инерции передающей и приемной систем. Чем больше эти постоянные, тем легче требования к скорости действия защиты и АПВ.

Таким образом, с точки зрения сохранения устойчивости системы время АПВ должно быть возможно меньшим. Но нельзя забывать, что оно не может быть меньше времени деионизации дуги, которое составляет от 0,05 до 0,3 с для линий электропередачи различного напряжения и исполнения. Автоматическое повторное включение обеспечивает также повышение устойчивости двухцепных линий электропередачи (рис. 1.30). При коротком замыкании на одной из линий рабочая точка режима системы перемещается на характеристику аварийного режима (a—b), а при отключении поврежденной линии – на характеристику мощности одноцепной системы (с—d). При успешном АПВ аварийной цепи рабочая точка режима переходит на исходную характеристику (е—f), что приводит к существенному увеличению площади торможения и, следовательно, повышению запаса динамической устойчивости рассматриваемой системы.