Тема: Электрические станции и подстанции
Для ограничения токов КЗ в мощных энергоустановках служат токоограничивающие реакторы. Это позволяет применить более лёгкие и дешёвые выключатели и уменьшить площадь сечения кабелей, а следовательно, удешевить РУ.
Основная область применения реакторов – электрические сети напряжением 6 и 10 кВ. Иногда их используют и в установках напряжением 35 кВ
Для ограничения тока КЗ в РУ 6 – 10 кВ ТЭЦ применяют секционные и линейные реакторы (рис. 14.1).
Рис. 14.1. Схема включения реакторов в ГРУ.
В нормальном режиме работы станции через секционные реакторы проходят небольшие токи и потери напряжения в них малы. При нарушении нормального режима, например при отключении генератора или трансформатора, через реакторы проходят значительные рабочие токи и потери напряжения достигают в них (4 - 6) % Uном. Секционные реакторы ограничивают ток КЗ в зоне сборных шин, присоединений генераторов, трансформаторов, и сопротивление реакторов должно быть достаточным для того, чтобы ограничивать ток КЗ до значений, соответствующих параметрам намечаемых к установке выключателей. Номинальный ток секционного реактора должен соответствовать мощно сти, передаваемой от секции к секции при нарушении нормального режима.
Обычно принимают
Iр.ном≥(0,6 – 0,7)Iг.ном; xр=0,2 – 0,35 Ом
Задав сопротивление реактора, рассчитывают ток КЗ на шинах установки. Если ток окажется больше ожидаемого, следует изменить сопротивление реактора и повторить расчёт.
Линейные реакторы включаются последовательно в цепь отходящей линии, они хорошо ограничивают ток КЗ в распределительной сети и поддерживают остаточное напряжение Uост на шинах установки при КЗ на одной из линий. Последнее благоприятно сказывается на потребителях электрической энергии, и по условиям самозапуска электродвигательной нагрузки Uост должно составлять не менее (65 - 70) % U ном.
Для ограничения тока КЗ целесообразно иметь возможно большее индуктивное сопротивление реактора. Однако значение хр должно быть ограничено допустимым значением потери напряжения в реакторе при нормальном режиме работы установки (1,5—2% номинального).
Основные параметры реакторов следующие: номинальное напряжение, номинальный ток, индуктивное сопротивление, а также ток динамической стойкости Imдин (амплитудное значение), ток термической стойкости IТ и допустимое время действия тока термической стойкости tТ.
При большом числе линий применяют групповые реакторы, т. е. один реактор на несколько линий. Затраты, связанные с установкой реактора, в этом случае уменьшаются, однако уменьшается и токоограничивающее действие реактора с большим номинальным током при заданном значении потери напряжения.
Сдвоенные реакторы лишены недостатков групповых реакторов. К среднему выводу реактора присоединены источники питания, а потребители подключаются к крайним выводам (рис. 14.1). Сдвоенные реакторы характеризуются номинальным напряжением, номинальным током ветви и сопротивлением одной ветви xр=xв=ωL при отсутствии тока в другой. При эксплуатации стремятся к равномерной загрузке ветвей (I1=I2=I). В нормальном режиме работы установки потеря напряжения в ветви реактора с учетом взаимной индукции ветвей определится как
Δu’=(IωL-IωM)sinφ= IωL(1-kc) sinφ,
где kc = M/L — коэффициент связи ветвей реактора.
Если хв = ωL, то индуктивное сопротивление ветви с учетом взаимной индукции x'B = xB(1—kc). Обычно коэффициент связи kc близок к 0,5, тогда х'в = 0,5хв, т. е. потеря напряжения в сдвоенном реакторе вдвое меньше по сравнению с обычным реактором.
При КЗ за одной из ветвей ток в ней значительно превышает ток в неповрежденной ветви. Влияние взаимной индукции мало, и xр=xв, т. е. сопротивление реактора при КЗ вдвое больше, чем в нормальном режиме.
Рассмотрим порядок выбора линейных реакторов.
Реакторы выбирают по номинальному напряжению и номинальному току:
Uуст≤Uр.ном; Iраб.утяж≤Iр.ном
Индуктивное сопротивление реактора выбирают исходя из условий ограничения тока КЗ до заданного уровня, определяемого коммутационной способностью выключателей, которые установлены в данной сети. Например, на линиях часто устанавливаются выключатели ВМП-10К с током отключения Iотк= 20 кА. Первоначально известно значение периодической составляющей тока КЗ Iп0, которое с помощью реактора необходимо уменьшить. Результирующее сопротивление цепи КЗ до места присоединения реакторов (рис. 14.2) можно определить по выражению
.
Рис. 14.2. Схема замещения для определения сопротивления реактора.
Начальное значение периодической составляющей тока за реактором должно быть равно току отключения выключателя:
Iп0 К2=Iоткл
Сопротивление цепи КЗ до точки К2 за реактором
.
Разность полученных сопротивлений даст необходимое сопротивление реактора:
xр=xрез К2 – xрез К1.
Выбирают по каталогу тип реактора с ближайшим большим значением xр и рассчитывают действительное значение периодической составляющей тока КЗ за реактором.
Выбранный реактор необходимо проверить на электродинамическую стойкость:
iу≤Im дин,
где iу — ударный ток трехфазного КЗ за реактором.
Проверка на термическую стойкость проводится по условию
Bk≤I2T tT
где Вк — расчётный импульс квадратичного тока при КЗ за реактором.
Короткое замыкание за реактором можно считать удалённым, поэтому
Bк=I2п0 К2(tоткл+Tа),
при этом в значение tоткл входит время действия релейной защиты отходящих линий, составляющее 1—2 с.
Необходимо также определить потерю напряжения в реакторе и остаточное напряжение на шинах установки (в процентах):
Δu=√3Iрабxрsinφ100/Uном;
Uост=√3Iп0 К2xр 100/Uном
и сравнить полученные значения с допустимыми.
