Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств - Выбор токоограничивающих реакторов

Реакторы служат для ограничения токов К3 в электроустановках напряжением 6-10 кВ, а также позволяют поддерживать на шинах подстанции или электростанции определённый уровень напряжения при повреждениях за реакторами [14]. В электроустановках применяются как линейные, так и секционные реакторы. В качестве линейных реакторов могут применяться как одинарные, так и сдвоенные реакторы, схемы включения реакторов приведены на рисунке 6.1.

Линейные реакторы широко применяются на электростанциях как для питания потребителей собственных нужд на ТЭЦ, так и питания потребителей промышленных предприятий. На подстанциях линейные реакторы применяются для питания потребителей. Секционные реакторы применяются на ТЭЦ для ограничения тока К3 на шинах генераторного распределительного устройства напряжением 6-10 кВ. Токоограничивающие реакторы выбираются по номинальному напряжению, номинальному току, номинальному индуктивному сопротивлению. Номинальное напряжение реактора выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие . (6.1) Номинальный ток одинарного реактора или одной ветви сдвоенного реактора, используемого в качестве линейного, должен быть таким, чтобы выполнялось условие . (6.2) Номинальный ток секционного реактора должен соответствовать наибольшей мощности, передаваемой от секции к секции в следующих режимах: нормальном или аварийном, при отключении одного трансформатора связи или самого мощного генератора, подключенного к шинам ГРУ. Обычно принимают . Индуктивное сопротивление линейного реактора определяется исходя из следующих двух условий: ограничения тока К3 до величины номинального тока отключения выключателя или тока термической стойкости кабеля , присоединенного к сборным шинам ГРУ электростанции или подстанции. Сопротивление реактора должно быть таким, чтобы выполнялись условия (6.3) или , (6.4) где - сечение кабеля, присоединенного к шинам ГРУ электростанции или подстанции. Из двух значений определяемых выражениями (6.3) и (6.4) следует выбрать меньшее значение. Требуемое сопротивление цепи для ограничения тока К3 до величины равно . (6.5) Требуемое сопротивление реактора равно , (6.6) где - результирующее сопротивление цепи К3 до установки реактора, которое определяется по выражению . После расчета выбирают тип реактора с большим ближайшим индуктивным сопротивлением и рассчитывают действительное значение периодической составляющей тока К3 за реактором. Сопротивление секционного реактора выбирается из условий наиболее эффективного ограничения токов КЗ [1,5]. Обычно сопротивление секционного реактора принимается таким, чтобы падение напряжения на реакторе при протекании по нему номинального тока было не более , т.е. . (6.7) Выбранный реактор необходимо проверить на электродинамическую и термическую стойкость при протекании через него тока КЗ. Реактор будет электродинамически стойким, если выполняется условие , (6.8) где - ударный ток трехфазного КЗ за реактором; - ток электродинамической стойкости реактора. Проверка реактора на термическую стойкость проводится по условию , (6.9) где - расчетный импульс квадратичного тока при КЗ за реактором; - допустимый импульс квадратичного тока КЗ для проверяемого реактора, который определяется по формулам (1.21) или (1.22). Необходимо также определить потерю напряжения в реакторе в нормальном и утяжеленном режимах и остаточное напряжение на шинах ГРУ электростанции или подстанции при КЗ за реактором. Потеря напряжения в реакторе определяется по выражениям: для одинарного реактора , (6.10) для сдвоенного реактора , (6.11) где – ток, протекающий через реактор; - коэффициент связи сдвоенного реактора; - номинальное напряжение установки, где используется реактор. Допустимая потеря напряжения в нормальном режиме не должна превышать 1,5¸2,0%, а в утяжеленном режиме - 3¸4 %. Остаточное напряжение на шинах генераторного распределительного устройства при КЗ за реактором определяется по формуле: , (6.12) где - периодическая составляющая трехфазного тока КЗ за реактором. Остаточное напряжение на шинах ГРУ при КЗ за реактором должно быть не менее 65¸70 % от номинального значения.

6.2 Примеры выбора и проверки токоограничивающих реакторов Пример 6.1 Выбрать групповой линейный реактор для ограничения тока КЗ в распределительной сети 10 кВ, присоединенной к сборным шинам ТЭЦ. Распределительная сеть состоит из шести кабельных линий сечением 3´150 мм2 каждая. Максимальный ток продолжительного режима работы для каждой линии . Ток КЗ на шинах ГРУ составляет . На отходящих кабельных линиях установлены выключатели типа ВМП-10К с током отключения . Полное время отключения КЗ . Коэффициент мощности потребителя . Намечаем к установке сдвоенный реактор на номинальное напряжение 10кВ. К каждой ветви реактора подключено по три линии и поэтому ток каждой ветви составляет

Выбираем реактор на номинальный ток ветви 1000 А

. Определяем результирующее сопротивление цепи КЗ при отсутствии реактора . Определяем допустимое значение тока КЗ в распределительной сети. Ток термической стойкости кабеля сечением 3´150 мм2 при полном времени отключения составляет в соответствии с (6.4) , где в соответствии с таблицей 4.2; - для ветвей, защищенных реакторами с номинальным током 1000 A и выше, согласно таблице 1.1 . В цепи кабельных линий установлены выключатели типа ВМП-10К с номинальным током отключения . Следовательно, параметры реактора определяются требованием термической стойкости кабеля. Требуемое результирующее сопротивление цепи КЗ, исходя из допустимого значения тока КЗ 11,4 кА, должно быть не менее . Требуемое сопротивление реактора для ограничения тока КЗ . Выбираем окончательно реактор типа РБСГ-10-2x1000-0,45У3 с параметрами , , .

Результирующее сопротивление цепи КЗ с учетом реактора

. Фактическое значение периодической составляющей тока КЗ за реактором . Проверим выбранный реактор на электродинамическую и термическую стойкость: , т.е. реактор электродинамически стойкий. Допустимое для реактора значение термического импульса при определяем по выражению (1.22). Таким образом т.е. выбранный реактор термически стойкий. Определим потерю напряжения в реакторе по выражению (6.11)

что меньше допустимого значения 1,5¸2,0 %. Остаточное напряжение на шинах ГРУ при КЗ за реактором согласно (6.12) составляет , что лежит в пределах нормы . Таким образом, выбранный реактор удовлетворяет всем предъявляемым требованиям.

Пример 6.2 Выбрать тип сдвоенных реакторов на вторичной стороне понижающих трансформаторов типа ТД-40000/110/10,5. Трансформаторы работают раздельно. В распределительном устройстве ток КЗ не должен превышать 12 кА. Коэффициент аварийной перегрузки трансформатора при отключении второго трансформатора 1,25 .

Рисунок 6.2-Схема подстанции

Номинальное напряжение реактора . Определим расчетный ток ветви сдвоенного реактора при отключении одного трансформатора. . Принимаем к установке реактор с номинальным током ветви . Сопротивление реактора определим из условия ограничения тока КЗ до величины . За базисные величины принимаем номинальный ток и номинальное напряжение реактор. Результирующее сопротивление цепи КЗ с учетом ограничения тока КЗ до значения равно . Требуемое сопротивление реактора для ограничения тока К3 равно , где . Принимаем к установке сдвоенный реактор типа РБСД-10-2х1600-0,25У3 с параметрами . Результирующее сопротивление цепи К3 с учетом реактора равно . Фактическое значение периодической составляющей тока К3 за реактором равно . Таким образом, выбранный реактор удовлетворяет условию ограничению тока К3.

Пример 6.3 Для схемы ТЭЦ, представленной на рисунке 6.3, выбрать секционные реакторы и определить потери напряжения в них в нормальном режиме работы. К шинам ГРУ подключено 4 генератора мощностью по 63 МВт. Графики нагрузок генераторов и потребителей ровные: . Расход электроэнергии на собственные нужды составляет 10% от мощности станции. Коэффициент мощности генераторов и потребителей равен 0,8. Нагрузка по секциям распределена равномерно.

Рассчитаем мощности, протекающие через реакторы в нормальном режиме, при отключении одного генератора, при отключении одного трансформатора и при разрыве кольца. В нормальном режиме работы через каждый секционный реактор протекает мощность . При отключении одного генератора через каждый секционный реактор протекает мощность . При отключении одного трансформатора, например T1, через каждый секционный реактор протекает мощность , . При разрыве кольца, например, отключен реактор LR4, через секционные реакторы протекает мощность , . Расчетным режимом является режим отключения одного трансформатора: . Принимаем к установке реактор типа РБГ-10-2500-0,14УЗс параметрами .

Ток через реакторы в нормальном режиме равен

. Потеря напряжения в реакторе в нормальном режиме, согласно (6.10) равна , что меньше допустимого значения потерь.