Особенности расчета токов короткого замыкания в системе собственных нужд электростанций

При коротких замыканиях в системе собственных нужд электрических станций существенное влияние на характер электромагнитного переходного процесса и величину тока оказывают группы электродвигателей, подключенных вблизи места короткого замыкания. Наибольшее влияние их проявляется в сетях 6—10 кВ собственных нужд крупных ТЭС, ТЭЦ, АЭС. Для привода механизмов собственных нужд используются в основном асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, которые присоединяются к шинам напряжением 6—10 кВ собственных нужд. При коротком замыкании на шинах двигатели некоторое, весьма короткое время продолжают вращаться по инерции, работая в режиме асинхронного генератора, посылая к месту короткого замыкания, где напряжение близко к нулю, быстро затухающий ток подпитки.

Составляющая тока короткого замыкания от электродвигателей учитывается при проверке аппаратов и проводников распределительных устройств собственных нужд на электродинамическую и термическую стойкость, а также при расчете уставок релейной защиты. Для этого достаточно вычислить начальное значение периодической составляющей, ударный ток, значения периодической и апериодической составляющих тока короткого замыкания в момент размыкания контактов выключателей. Влияние тока подпитки от электродвигателей проявляется и учитывается в зависимости от места короткого замыкания.

При коротком замыкании в точке К1 (рис. 14.1) ток подпитки от электродвигателей учитывается в том случае, если он превышает ток от внешних источников — генераторов системы С. При коротком замыкании в точках К2 или КЗ действует суммарный ток — от внешних источников и электродвигателей.

Рис. 14.1. Влияние электродвигателей собственных нужд электростанции на ток короткого замыкания.

Расчет его составляющих и полной величины производится по методике, аналогичной приведенной в лекции 8 (см. формулы (8.24) — (8.33)).

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания от электродвигателя определяется по аналогии с генератором:

где Еф, Хд — сверхпереходные ЭДС и сопротивление асинхронного двигателя.

В практических расчетах часто принимают.

где /_пуск и /_номД — соответственно пусковой и номинальный токи электродвигателя; I = ^пуск—относительный пусковой ток (кратность.

«пуск /_номд пускового тока).

Поскольку запас электромагнитной и кинетической энергии двигателей мал, периодическая составляющая тока короткого замыкания быстро затухает:

где Тд — постоянная времени затухания периодической составляющей тока короткого замыкания от электродвигателей.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания от двигателей определяется выражением.

в котором Т_ад — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока двигателя.

Ударный ток от электродвигателя.

Поскольку при расчетах токов короткого замыкания обычно неизвестен точный состав и номинальные мощности всех двигателей, питающихся от трансформатора собственных нужд, все они заменяются одним эквивалентным. Тогда начальное значение периодической составляющей суммарного тока короткого замыкания /_п0 определится как.

где 7_п0С — начальное значение периодической слагающей тока короткого замыкания со стороны системы.

Периодическая составляющая тока короткого замыкания к моменту т:

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания к моменту т: Ударный ток.

При проведении практических расчетов используют усредненные значения величин, характеризующих двигательную нагрузку и входящих в формулы (14.2), (14.7)—(14.9): I =5,6; Тд = 0,07с; Т_а= 0,04 с;

?пуск.

/с_уд= 1,65.

Если состав электродвигателей собственных нужд неизвестен, для приближенных оценок тока короткого замыкания принимают:

• при питании от рабочего трансформатора собственных нужд.

при питании от пускорезервного трансформатора собственных нужд.

Пример 14.1.

Определить токи короткого замыкания в системе собственных нужд генератора G электростанции с учетом подпитки от электродвигателей, подключенных по схеме, представленной на рис. 14.2, а, в соответствии со следующими исходными данными: E_C=E_G=1; S_G = 235 МВ • A; U_G = 15,75 кВ; х% = 0,181; S_T = 250 МВ • A; U_B/U_H = 220/15,75 кВ; и_к = 11%; S_TCH = 25 МВ • A; U_B/U_H = = 15,75/6,3 кВ; п_кВ._н = 9,5%; мощность двигателей собственных нужд, подключенных к одной из расщепленных обмоток TCH, S_A= 16,7 МВ • A; TJ = 0,07 с; 7_аД = 0,04с.

Решение. При S₆ = S_XCH = 25 MB • А и U₆= 1/"омтсн = (/_номД = 6,3 кВ имеем.

Сопротивления элементов схемы замещения (рис. 14.2, б) следующие:

Рис. 14.2. Схема системы (а), схема замещения (б) и результирующая схема замещения (в) к примеру 14.1.

Так как сопротивлениеx₂3, можно считать, что генератор находится на большой электрической удаленности от точки короткого замыкания и для упрощения расчетов его следует включить в состав системы. Результирующее сопротивление схемы (см. рис. 14.1, в) до точки короткого замыкания определится как.

Начальное значение периодической составляющей тока внешней сети.

Начальное значение периодической составляющей тока эквивалентного электродвигателя (14.2).

где.

Суммарное начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания (14.6).

Величина периодической составляющей тока от электродвигателей составляет примерно 41%.

Периодическая составляющая тока короткого замыкания (14.7) к моменту времени т = 0,1 с.

Величина периодической составляющей тока от электродвигателей составляет только 14,2%.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания к моменту времени т = 0,1 с вычисляется по формуле (14.8) с учетом средней по системе постоянной времени затухания апериодической составляющей Г_аС = 0,05 с:

Величина апериодической составляющей тока от электродвигателей составляет 29,6%.

Ударный ток короткого замыкания вычисляется по формуле (14.9) с учетом того, что величине Г_аС = 0,05 с соответствует к_уС = 1,8:

Составляющая ударного тока от электродвигателей — 38,8%.