&_ИДО_СТУДЕНТАМ_(Эл. энерг. СиС)_2013г.) / Готман_Укороченны (гл.1-10) - 08

первой стадии из-за большой инерции вращающихся машин в ЭС преобладают электромагнитные изменения. Эта стадия длиться от несколь-

ких сотых до 0.1 – 0.2 с и называется электромагнитным переходным процессом. На второй стадии проявляются механические свойства системы, которые оказывают влияние на переходные процессы. Эта ста-

дия называется электромеханическим переходным процессом.

Наиболее частой причиной возникновения аварийных переходных процессов являются короткие замыкания (КЗ). В трѐхфазных системах с глухозаземлѐнной нейтралью (U = 0.4; 110 кВ и выше) различают следующие виды коротких замыканий в одной точке (табл. 1.1):

трѐхфазное;

однофазное;

двухфазное;

двухфазное на землю, т. е. замыкание между двумя фазами с одновременным замыканием той же точки на землю.

В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью (U = 3; 6; 10; 35 кВ) замыкание одной фазы на землю называется простым.

В месте КЗ может возникать переходное сопротивление, вызванное электрической дугой, загрязнением, наличием остатков изоляции и т.д. Это сопротивление минимально в начальной стадии переходного процесса, когда ток в дуге достигает наибольшего значения, а длина дуги, напротив, минимальна. С течением времени сопротивление дуги быстро возрастает. В силу неопределѐнности данных о величине переходного сопротивления его учѐт весьма осложнен. Для получения максимально возможных токов переходным сопротивлением пренебрегают и расчѐт производят для металлических КЗ.

Несимметричные КЗ образуют в системе поперечную несимметрию. Отключение (разрыв) одной или двух фаз какого-либо элемента системы (например, отключение одной фазы линии электропередачи ) вызывает продольную несимметрию. Повреждения, сопровождающиеся многократной несимметрией (например, обрыв фазы и ее одновременное короткое замыкание), называются сложными.

Наибольшую вероятность имеют однофазные КЗ; при этом она возрастает с увеличением класса напряжения сети. Это обусловлено увеличением междуфазного расстояния (в среднем с 0.7 м в сети 6 – 10 кВ до 14 м в сети 500 кВ). Иногда в процессе развития аварии первоначальный вид короткого замыкания переходит в другой (например, однофазное КЗ – в двухфазное на землю).

11

Наименьшую вероятность имеет трехфазное КЗ. Однако во многих случаях трехфазное КЗ связано с наиболее тяжѐлыми последствиями, поскольку оно вызывает наибольшие значения небалансов мощностей на валах генераторов. Трехфазное КЗ является симметричным, поскольку при нем все фазы находятся в одинаковых условиях. Изучение переходных процессов начинается с режима трехфазного замыкания в силу его относительной простоты по сравнению с другими видами несимметрии. С другой стороны, применение метода симметричных составляющих позволяет ток прямой последовательности любого несимметричного замыкания определить как ток трехфазного короткого замыкания в фиктивной точке, удаленной от реальной точки КЗ на дополнительное сопротивление.

12

1.2. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ПОСЛЕДСТВИЯ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

Причины возникновения КЗ весьма многообразны. Выделим некоторые из них, которые имеют наибольшую вероятность.

1.Механическое повреждение воздушных линий, опор, вызванное ветровыми нагрузками или гололѐдными явлениями.

2.Нарушение изоляции электрооборудования, вызванное еѐ естественным старением или термическим разрушением (характерно для электродвигателей и кабельных линий).

3.Перекрытие изоляции вследствие прямых ударов молнии в провода воздушных линий или открытые распределительные устройства

(ОРУ).

4.Ошибочные действия персонала подстанций при проведении оперативных переключений.

5.Перекрытие токоведущих частей животными и птицами. Уменьшение количества КЗ в электрических системах напрямую

связано с повышением качества электрооборудования, его монтажа и соблюдения правил технической эксплуатации электроустановок.

Прямым следствием коротких замыканий является снижение напряжения в узлах и увеличение токов. Этими двумя факторами в конечном итоге определяются многочисленные последствия режима КЗ. Выделим из них наиболее тяжелые и значимые.

1.Системная авария, вызванная нарушением устойчивости энергосистемы. Это наиболее опасное последствие КЗ, которое может приводить к разделению системы на автономные части, прекращению энергоснабжения ответственных электроприемников и связана со значительным технико-экономическим ущербом.

2.Термическое повреждение электрооборудования, связанное с его недопустимым перегревом токами КЗ.

3.Механическое повреждение электрооборудования, вызываемое воздействием больших электромагнитных сил между токоведущими частями.

4.Ухудшение устойчивой работы электроприемников. Момент вращения асинхронных двигателей (основного элемента электропривода) пропорционален квадрату питающего напряжения. При незначительных снижениях напряжения скорость двигателя уменьшается, что приводит к увеличению потребляемого тока и перегреву изоляции. При глубоком снижении напряжения (до 60 – 70 % от номинального) происходит его аварийное отключение, что в свою очередь может вызывать нарушение технологического процесса (экономический ущерб).

13

5. Неблагоприятное воздействие на близлежащие линии связи и сигнализации. При несимметричных режимах в указанных линиях возникают индуцированные ЭДС, которые могут быть опасны для обслуживающего персонала и аппаратуры.

Наибольшая опасность при коротком замыкании угрожает элементам системы, прилегающим к месту его возникновения. В зависимости от места и продолжительности КЗ его последствия могут иметь местный характер (удаленное от источника питания КЗ) или отражаться на функционировании всей системы (при КЗ на системообразующих связях).

1.3. НАЗНАЧЕНИЕ РАСЧЕТОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАСЧЕТНЫХ УСЛОВИЯХ

Короткие замыкания и продольная несимметрия оказывают неблагоприятное воздействие на электрооборудование и энергосистему в целом. Для предотвращения или уменьшения этих воздействий их необходимо учитывать как на стадии проектирования, так и эксплуатации энергосистем. Отметим наиболее типовые задачи, в решении которых необходимо учитывать режимы КЗ:

1.Анализ и оценка динамической устойчивости работы энергосистемы, разработка технических и режимных мероприятий для ее повышения.

2.Выбор аппаратов и проводников и их проверка по условиям термической и электродинамической стойкости.

3.Проектирование и настройка устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗА).

4.Определение числа заземленных нейтралей трансформаторов и их размещение в электрической системе.

5.Выбор конструкции шинопроводов на большие рабочие токи.

6.Определение условий работы потребителей в аварийных режимах.

7.Проектирование защитных заземлений; выбор характеристик разрядников для защиты от перенапряжений.

Каждая из этих задач должна решаться при соответствующих рас-

четных условиях. Под расчетными условиями понимают: выбор рас-

четной схемы, местоположение точек КЗ, вид короткого замыкания, расчетный момент времени и ряд других положений. Расчетные условия должны рассматриваться в совокупности с содержанием поставленной задачи и нормируются Руководящими указаниями по расчету режимов коротких замыканий.

14

Утяжеление расчетных условий может приводить к дополнительным затратам в системе электроснабжения, которые не будут окупаться в силу малой вероятности таких ситуаций. С другой стороны, легкие условия могут привести к перерывам электроснабжения. Поэтому выбор расчетных условий является комплексной технико-экономической задачей, которая решается и постоянно корректируется в соответствии с опытом проектирования и эксплуатации электроэнергетических систем и условиями технической политики.

Так, например, в соответствии с руководящими указаниями для выбора выключателя должны быть определены наибольшие величины токов короткого замыкания. С этой целью предполагают, что короткое замыкание происходит при работе максимально возможного числа генераторов; за расчетный вид короткого замыкания принимается тот, при котором достигается наибольшая величина тока КЗ.

Для решения ряда вопросов, связанных с выбором и настройкой устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики энергосистем часто приходиться находить не наибольшие, а напротив, наименьшие величины токов при коротких замыканиях. При этом, естественно, должны быть приняты совсем иные расчетные условия по сравнению с указанными выше.

Точность расчета КЗ зависит от его цели. Так, при выборе и проверке электрических аппаратов не требуется высокой точности расчета, потому что параметры аппаратов имеют дискретную шкалу. При выборе устройств релейной защиты и автоматики точность расчета должна быть значительно выше.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что понимается под режимом электрической системы; какие основные виды режимов характерны для электрической системы и в чѐм их особенности?

2.Чем определяются основные параметры электрической системы

ипараметры ее режима; что определяет их принципиальное отличие?

3.Какие виды КЗ возникают в электрических системах и какова относительная вероятность их возникновения?

4.Каковы наиболее тяжелые последствия коротких замыканий и в чем они проявляются?

5Какие типовые задачи электроэнергетики требуют расчета режимов короткого замыкания?

15

Гл а в а 2

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТАМ ТОКОВ КЗ

2.1. ОСНОВНЫЕ ДОПУЩЕНИЯ ПРИ РАСЧЕТАХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Расчет переходного процесса в электрической системе с учетом всех влияющих факторов – сложная и трудоемкая задача. Для ее упрощения используют ряд допущений. Ниже приводиться ряд основных допущений, используемых для решения практических задач.

1. Пренебрежение ветвью намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов. Исключение – трехстержневой трансформатор напряжением 0.4/6(10) кВ в схеме нулевой последовательности при соединении обмоток Y0/ Y .

2.Отсутствие насыщения магнитных систем, т.е. постоянство сопротивлений элементов схемы замещения.

3.Пренебрежение емкостными проводимостями линий. Исключение – сети 6, 10, 35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью при расчете однофазных КЗ.

4.Пренебрежение активными сопротивлениями. Исключение – кабельные линии, воздушные линии с относительно небольшим сечением проводов, сети напряжением до 1000 В.

5.Пренебрежение сдвигом векторов ЭДС по фазе.

Применение вычислительной техники для расчетов режимов КЗ позволяет отказаться от некоторых допущений (в частности № 3, 4, 5) и тем самым повысить точность расчетов.

2.2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ

Расчеты переходного режима электрической системы предполагают составление расчетной схемы замещения, в которой параметры ее элементов (ЭДС, сопротивления) представляются в именованных или относительных единицах. При наличии в расчетной схеме трансформаторов целесообразно имеющиеся магнитно-связанные цепи представить эквивалентной электрически связанной цепью. Электрическая схема замещения позволяет осуществлять ее преобразование. Переход от трансформаторных связей к электрическим основан на приведении параметров элементов к одной из имеющихся в схеме ступеней трансформации. Особенностям расчета параметров схемы замещения (в именованных или относительных единицах) и посвящен настоящий раздел.

16