CC BY
21
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 244 1972
ВЛИЯНИЕ УРОВНЕЙ ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ НА НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Р. И. БОРИСОВ, В. Д. КОЗЫРЕВ
(Представлена научным семинаром кафедр электрических станций и электрических систем и сетей)
Значения токов коротких замыканий в распределительных сетях зависят от степени реагирования схем и оказывают большое влияние на их эксплуатационную надежность и качественные показатели электроснабжения.
В эксплуатационной практике токи коротких замыканий на питающих центрах после реакторов, как правило, снижаются до 10 ка и меньше, вместо 20 ка (для выключателей ВМГ-133 и ВМП-10) [1]. Некоторые приводы не соответствуют характеристикам выключателей. Так, согласно противоаварийному циркуляру МЭ [2] 61 ток отключения выключателя ВМГ-133 с приводом типа ПС-10 установлен в 15 ка [3].
Увеличение значений токов коротких замыканий осуществляется некоторыми способами:
1) шунтированием реакторов;
2) запараллеливанием сдвоенных реакторов;
3) шунтированием вольто-добавочных трансформаторов;
4) изъятием из схем реакторов;
5) составлением эксплуатационных схем электроснабжения с учетом уровней токов коротких замыканий и т. п.— дает следующие преимущества:
1) повышает надежность работы потребителей за счет сокращения перерывов электроснабжения и сохранения устойчивой работы электродвигателей при внешних коротких замыканиях и посадках напряжения на их зажимах;
2) снижает колебание напряжения при изменениях нагрузки, что улучшает качество электроэнергии, подводимой к потребителям, и уменьшает пределы регулирования напряжения;
3) в нормальных условиях уменьшаются активные и реактивные потери мощности, а следовательно, уменьшаются потери энергии;
4) капитальные затраты в сети несколько уменьшаются за счет ограничения области применения токоограничивающих и пусковых реакторов, упрощения устройств для регулирования напряжения, компенсирующих устройств и реостатного пуска асинхронных двигателей.
С другой стороны, увеличение токов коротких замыканий требует более мощного дорогого оборудования, приводит к увеличению сечений кабелей по условию термической устойчивости, требует установки быстродействующих защит и усложняет автоматику.
Уровень значений токов коротких замыканий в распределительных сетях является одной из технико-экономических категорий, которая должна быть обоснована для разных схем и параметров электроснабжения, и может быть использован как критерий построения рациональных схем электроснабжения. Поэтому для определения оптимальных значений токов коротких замыканий представляется возможным установить связи между надежностью, показателями качества электроснабжения, потерями мощности и энергии в электрических сетях и уровнями значений токов коротких замыканий, что можно сделать с использованием математического аппарата для многофакторных задач.
При выборе технических решений по определению оптимальных значений токов коротких замыканий в распределительных сетях 6—20 кв изменением степени реактирования воспользуемся приведенными расчетными затратами Зр:
зР-рнк + иг + у, (1)
где
К — капитальные вложения варианта электроснабжения, тыс. руб.; Иг — годовые издержки, тыс. руб.; У — народнохозяйственный ущерб, тыс. руб.
V = У1 + У2 + Уз, (2)
где
У1—ущерб, вызванный перерывами электроснабжения потребителей;
У 2— ущерб при нарушении устойчивости нагрузки; У3 — ущерб от отклонений напряжения у потребителей. Надежность электроснабжения потребителей характеризуется составляющими народнохозяйственного ущерба: У] и У2.
VI = УоЭг, (3)
где
Уо — удельный ущерб от перерывов электроснабжения, руб./квт-ч.-,
Эг — недоотпущенная электроэнергия за год, квт-ч,
эг — ТтахРт!1Х, (4)
/гЕ — вероятная длительность перерывов электроснабжения, отн. ед.;
Тты — время максимальной нагрузки, час; Ртах — максимальная нагрузка, кет. Для каждого узла нагрузки и варианта электроснабжения определяется критическое напряжение (£/кр), при котором происходит опрокидывание электродвигателей, т. е. для проверки устойчивости нагрузки воспользуемся одним из практических критериев устойчивости нагрузки:
0(^-^=0).
Для построения зависимостей £ = /(£/) используем статические характеристики комплексной нагрузки. Следует отметить, что определение расчетных запасов статической устойчивости по напряжению нагрузки с помощью практических критериев устойчивости обеспечивает необходимую для инженерных расчетов точность [4]. Затем определяем восстанавливающееся напряжение (ив) на шинах узла нагрузки после отключения короткого замыкания и срабатывания АВР. Значение ив сравнивается с иКр и выявляются условия самозапуска электродвигателей. При больших внешних сопротивлениях самозапуск всех двигателей не-
возможен, поэтому часть электродвигателей приходится отключать, что приводит к некоторому ущербу:
У2=У0АгРоткл • т> (5)
где
—-вероятная длительность отключения электродвигателей, отн. ед.;
Роткл —мощность нагрузки отключаемых электродвигателей;
7"=8760 час.
Изменение отклонений напряжения от оптимального значения у потребителей, вызванное различным реагированием, оценивается по интегральным показателям народнохозяйственного ущерба, величина которого определяется «неодинаковостью» напряжения.
Уз - ¿уИ, (6)
где
ку — коэффициент ущерба по напряжению, тыс. руб./(%)2; N —«неодинаковость» напряжения, (%)2.
Критерий «неодинаковость» напряжения используется только при экономических расчетах ущерба для примерно однородных электроприемников или технологических процессов при отклонениях напряжения на зажимах электроприемников.
РП
Uf «/Ц5к&
Хр = 1+ 8 %
1„ - Ша " Цм-10кЬ
1
Kf
В2
¿=5км, F = ZbO-r(2*2bO)nn2
Рис. 1
Tmax=5VV0«fQC. cosf = 0,85
Были выполнены расчеты для определения оптимальной величины тока короткого замыкания для схемы, показанной на рис. 1. Расчетные затраты определялись по формуле (1):
Зр = /[Ср(хр, /н, i/H); Св(£/Н, /н, Дз); Склэп(^кз)^ У]-
Нагрузка задана графиком по продолжительности с Гтах =5440 час, Ртах =5 МвТ, COS ф = 0,85.
Сопротивление реактора изменялось от 1 до 8%. Был произведен расчет токов коротких замыканий в точках Ki и Кг-
Зависимость Зрот /К1 (Skl) показана на рис. 2. Минимум затрат получился для /к 1 =20 ка, что соответствует лтр—2,1% и предельному значению мощности короткого замыкания 350 мва (для напряжения 10 кв), принятому для отечественных сетей в настоящее время. 74
Зр, т.ру5.
2Ь
23
22
21 20
О 3 !5 2<, 32 ¡,0
Рис. 2
Предлагаемая постановка задачи исследования приведенных расчетных затрат в функции токов коротких замыканий требует вывода таких стоимостных зависимостей:
С=Г(4з,Пн), (7)
где
С и Пн— расчетная стоимость (тыс. руб.) и номинальные параметры используемого электрического оборудования.
Дальнейшие исследования показывают, что уровень значений токов коротких замыканий может быть использован как критерий рационального построения схем электрических сетей, используя при этом метод базовой точки в технико-экономических расчетах. Представляется возможным использовать алгоритм выбора оптимальной конфигурации, который позволяет, варьируя параметр схемы которым может служить мощность короткого замыкания, найти ряд схем электроснабжения, в числе которых будет вариант с наименьшими приведенными затратами.
ЛИТЕРАТУРА
1. И. А. Сыромятников. К вопросу о целесообразных значениях токов коротких замыканий в распределительных сетях. «Электричество», 1966, № 1.
2. Р. И. Борисов, В. Д. Козырев. К вопросу о целесообразных значениях токов коротких замыканий (дискуссия по статье Сыромятникова И. А.). «Электричество», 1968, № 9.
3. Б. Н. Неклепаев. Степень ограничения токов короткого замыкания и надежность работы крупного асинхронного электропривода на подстанциях. Доклады научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 1966— 1967 гг., МЭИ, 1967.
4. С. А. Могыгино. Исследование устойчивости промышленных узлов нагрузки. Автореферат кандидатской диссертации, Иркутск, 1960.
