Классификация методов и средств ограничения токов короткого замыкания

Для ограничения токов КЗ на электростанциях и в сетях энергосистем используются следующие методы:

• метод оптимизации структуры и параметров сети (схемные 1 решения);

• стационарного или автоматического деления сети;

• использования токоограничивающих устройств;

• оптимизации режима заземления нейтралей элементов электрических сетей;

• изменения схем электрических соединений обмоток трансформаторов и автотрансформаторов.

В качестве средств ограничения токов КЗ соответственно используются или могут быть использованы:

• устройства автоматического деления сети;

• токоограничивающие реакторы (неуправляемые и управляемые, с линейной или с нелинейной характеристикой);

• трансформаторы и автотрансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения;

• трансформаторы с повышенным напряжением короткого замыкания;

• безынерционные токоограничивающие устройства различного типа (резонансные, реакторно-вентильные, со сверхпроводящими элементами и т.п.);

• токоограничивающие коммутационные аппараты;

• токоограничивающие резисторы;

• вставки постоянного тока;

• вставки переменного тока непромышленной частоты;

• автотрансформаторы, нормально выполненные без третичной обмотки, соединенной в треугольник;

• разземление нейтралей части трансформаторов;

• заземление нейтралей части трансформаторов и автотрансформаторов через реакторы, резисторы или иные токоограничивающие устройства;

• замена на связях распределительных устройств различного напряжения автотрансформаторов на трансформаторы;

• автоматическое размыкание в аварийных режимах третичных обмоток автотрансформаторов;

• специальные схемы соединения обмоток трансформаторов блоков.

В зависимости от местных условий, требуемой степени ограничения токов при различных видах КЗ, а также от технико-экономических показателей для ограничения токов КЗ в конкретных электроустановках или в конкретных сетях энергосистемы необходимы различные средства токоограничения или их комбинации, дающие наибольший технико-экономический эффект.

В настоящее время в отечественных энергосистемах для ограничения токов КЗ наиболее часто используются: стационарное и автоматическое деления сети, токоограничивающие реакторы и аппараты, трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения, а также разземление нейтралей части силовых трансформаторов сети, их заземление через реакторы и резисторы. Другие методы и средства ограничения токов КЗ находятся в стадии исследований, опытно-конструкторской разработки и проектной проработки.

Схемные решения

Схемные решения принимаются, как правило, на стадии проектирования схем развития энергосистем, а также при проектировании мощных электростанций и схем развития сетей повышенного напряжения. Они предусматривают изменение степени жесткости электрических связей между сетями. Схемные решения состоят в выборе оптимальных (при поставленных условиях и ограничениях) схем выдачи мощности электростанций, структуры и параметров элементов сетей энергосистем. Они включают в себя также решение вопроса об укрупнении или разукрупнении мощностей электростанций и подстанций.

Схемные решения в первую очередь касаются принципиальных схем выдачи мощности электростанций. В середине XX в. в связи с вводом в энергосистемы генераторов мощностью 300-1200 МВт и укрупнением единичных мощностей электростанций до 3600-6400 МВт произошел вынужденный переход от схемы выдачи мощности, показанной на рисунке 14.2, а, к схеме на рис 10.2, б, а затем к схеме на рисунке 14.2, в. При схеме, показанной на рисунке 14.2, а, характерной для электростанций типа ТЭЦ с генераторами мощностью 30-100 МВт, возникали значительные трудности с ограничением токов КЗ в сетях низшего и среднего напряжений. При схеме, показанной на рисунке 14.2, б, характерной для блочных электростанций с генераторами мощностью 100-300 МВт, наибольший рост уровней токов КЗ наблюдается в сети среднего напряжения, меньший в сети высшего напряжения; в сети же низшего напряжения уровень токов КЗ стабилизируется.

При схеме, приведенной на рисунке 14.2, в, характерной для блочных электростанций с генераторами мощностью 500-1200 МВт, наибольший рост уровней токов КЗ наблюдается в сети высшего напряжения (500-750 кВ), меньший - в сети среднего напряжения и еще меньший - в сети низшего напряжения. Таким образом, изменение схемы выдачи мощности электростанций приводит к изменению темпа роста уровней токов КЗ в сетях различного напряжения энергосистем. При этом в сетях более низкого напряжения могут быть образованы регионы со стабильным наибольшим уровнем токов КЗ.

Рисунок 14.2. Принципиальные схемы (а…в) выдачи мощности электростанции

Рисунок 14.3. Варианты схемных решений