10 Упрощенная методика расчета токов короткого замыкания для выбора уставок релейных защит

Исходной расчетной точкой при определении токов КЗ являются шины низкого (НН) или среднего напряжения (СН) главной понизительной подстанции (ГПП), от которой питается заданная распределительная сеть. Силовые трансформаторы ГПП с высшим напряжением (ВН) 35, 110 кВ и более оборудованы устройством РПН. При регулировании напряжения переключателем РПН изменяется не только коэффициент трансформации, но и реактивное сопротивление трансформатора. Кроме того энергосистема, питающая трансформатор, так же изменяет свое реактивное сопротивление в зависимости от режима работы (максимальный или минимальный). В этой связи в расчетной точке необходимо определить значения как максимальных, так и минимальных токов КЗ для корректного выбора уставок защит.

При определении сопротивления короткого замыкания (реактанса) в расчетной точке, т.е. на шинах НН подстанции рекомендуется пользоваться следующими обобщенными выражениями, справедливыми для любого типа трансформатора.

; (10.1)

, (10.2)

где U_нн – номинальное напряжение трансформатора стороны НН, кВ; в зависимости от типа трансформатора может иметь значение 6,6; 6,3; 11 кВ;

U_ном.вн, U_ср.вн, U_max.вн – значения соответственно номинального, среднего и максимального напряжений питающей энергосистемы, равные 110, 115, 126 кВ или 35, 37, 40,5 кВ;

DU – относительный диапазон регулирования напряжения переключателем РПН, равный 0,16 или 0,1 соответственно при пределах регулирования ±16 % и ±10 %;

S_н.тр – номинальная мощность трансформатора, МВ×А; для 2-х обмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой принимается значение 0,533S_н.тр;

х_с.max, х_с.min – значения реактансов на шинах 110 (35) кВ данной подстанции, Ом; получают по запросу от службы РЗА энергосистемы;

u_к.min, u_к.max – значения напряжения короткого замыкания на крайних ответвлениях регулируемой обмотки ВН трансформатора, %; определяются из паспорта на данный трансформатор или по табл. 10.1.

Для трехобмоточного трансформатора в (10.1, 10.2) подставляют следующие значения:

если рассчитывается х_нн на шинах 6(10) кВ, то u_к =  u_к.вн-нн, т.е. принимается значение u_к.min(max) между обмотками высокого и низкого напряжения;

если рассчитывается реактанс х_сн на шинах среднего напряжения 35 кВ, то вместо U_нн принимается номинальное напряжение трансформатора стороны СН, равное 38,5 кВ, а вместо u_к подставляется эквивалентное значение, определяемое из следующего выражения:

. (10.3)

Токи трехфазного КЗ на шинах НН(СН) подстанции определяются по выражению:

. (10.4)

Приведение указанных токов КЗ к стороне ВН трансформатора производится с учетом изменения коэффициента трансформации по следующим выражениям:

; (10.5)

. (10.6)

Пример. Определить токи короткого замыкания на шинах 6 и 35 кВ подстанции (ГПП) с трехобмоточными трансформаторами типа ТДТН-16000/115/38,5/6,6, у которых

,

;

;

.

Данные реактансов на шинах 110 кВ подстанции известны: , .

Определяем по (10.1), (10.2) сопротивления КЗ на шинах 6 кВ:

;

.

Находим сопротивления КЗ на шинах 35 кВ, для чего сначала определяем по (10.3) эквивалентные напряжения КЗ трансформатора:

;

;

;

.

Рассчитываем токи КЗ на шинах НН и СН по (10.4):

;

;

;

.

Найденные токи КЗ приводим к стороне ВН трансформатора по (10.5, 10.6):

;

;

;

.

Как видим из расчета, за счет РПН токи КЗ на стороне ВН трансформатора отличаются в 1,8 раза, а на стороне НН разница этих токов менее, чем в 1,4 раза.

Для определения токов КЗ на фидерах, отходящих от шин подстанции, т.е. в заданной распределительной сети 6, 10, 35 кВ к найденным значениям х_нн (х_сн) прибавляют сопротивление линии фидера, причем обязательно с учетом активного сопротивления кабельной или воздушной линии (см. табл. 10.3):

,

затем по выражению (10.4) определяют токи КЗ.

Максимальные значения токов КЗ используются при выборе уставок релейных защит, а минимальные токи КЗ, причем двухфазные, - для проверки чувствительности защит.

В последнее время при реконструкции подстанции ГПП применяют зарубежные трансформаторы, например польские типа TNORD – 16000/115/6,3 или TNORD – 25000/115/6,3. У них пределы регулирования РПН составляют ±10 %. Следовательно, в выражения (10.1) и (10.2) необходимо подставить ΔU = 0,1 и U_НН = 6,3 кВ. При этом, если в паспорте на трансформатор отсутствуют данные значений u_к.min и u_к.max, то рекомендуется принимать приближенные значения u_к, исходя из линейной интерполяции между средним и крайним значениями u_к отечественных трансформаторов такой же мощности и имеющих ΔU_РПН = 16 %.

Например, если для отечественного трансформатора

u_к(–16%) = 9,8 %; u_к(+16%) = 11,71 %; u_к.ср= 10,5 %,

то для польского трансформатора такой же мощности получим:

(10.7)

Вместе с тем, для точного определения значений u_{к.min (max)} необходимо либо запросить данные у производителя трансформатора, либо провести опыт короткого замыкания в соответствии с ГОСТ 12965-74.