РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ОГРАНИЧЕНИЮ ТОКОВ  ОДНОФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 110-220 кВ ЭНЕРГОСИСТЕМ

    
    
    ИСПОЛНИТЕЛИ К.М.АНТИПОВ, В.М.МАКСИМОВ, В.Ф.МОГУЗОВ (Главтехуправление); Ч.М.ДЖУВАРЛЫ, Е.В.ДМИТРИЕВ, А.М.ГАШИMOB (Институт физики АН АзССР); Г.А.ДОРФ, Ю.Н.ЛЬВОВ (ВНИИЭ); И.И.МАГДА (ПО "Днепроэнерго")
    
    СОГЛАСОВАНЫ с Всесоюзным научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом трансформаторостроения (ВИГ) 30.05.84
    
    УТВЕРЖДЕНЫ Главным техническим управлением по эксплуатации энергосистем Минэнерго СССР 10.12.84
    
    Начальник В.И.ГОРИН
    
    
    Руководящие указания устанавливают основные положения по ограничению токов однофазных коротких замыканий в электрических сетях 110-220 кВ энергосистем Минэнерго СССР.
    
    

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

    
    1.1. Основной целью ограничения токов однофазных коротких замыканий (КЗ) является приведение их значений в соответствие с допустимыми, указанными в технических условиях и стандартах на проводники, аппараты и оборудование распределительных устройств электрических станций, подстанций и линий электропередачи, а также на повышение надежности работы названного оборудования.
    
    1.2. Ограничение токов однофазных КЗ - в электрических сетях 110 кВ должно выполняться при их значениях, больших 3035 кА, а в электрических сетях 220 кВ - при токах, больших 3540 кА.
    
    Ограничению подлежат также токи сквозных КЗ, протекающих через обмотки автотрансформаторов со средним напряжением до 220 кВ включительно, если их кратность на стороне среднего напряжения превышает 80% допустимой по техническим условиям и стандартам при питании со стороны высокого напряжения и отсутствии нагрузки (источника питания) со стороны низшего напряжения.
    
    1.3. В условиях Крайнего Севера ограничение токов однофазных КЗ должно выполняться, исходя из параметров оборудования и требований к охране окружающей среды.
    
    1.4. При реализации мероприятий по ограничению токов однофазного КЗ должен соблюдаться системный подход к решению вопроса, при котором расстановке токоограничивающих устройств на объектах рассматриваемой энергосистемы должен предшествовать расчет токов КЗ во всей сети энергосистемы с учетом указанных устройств.
    
    1.5. Значения эквивалентных сопротивлений на границах раздела энергосистемы, где проводятся мероприятия по ограничению тока КЗ, с соседними энергосистемами должны сообщаться последним не позднее, чем за 30 дн до ввода в работу токоограничивающих устройств.
    
    

2. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ СПОСОБЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ ОДНОФАЗНЫХ КЗ

    
    2.1. До внедрения в эксплуатацию аппаратов и оборудования, серийно выпускаемых и рассчитанных на воздействие существующих значений токов однофазных КЗ в электрических сетях 110-220 кВ, рекомендуется применять следующие способы их ограничения:
    
    - деление сети;
    
    - частичное разземление нейтралей трансформаторов;
    
    - заземление нейтралей через реакторы.
    
    2.2. При выборе способа ограничения токов однофазных КЗ следует исходить из следующих основных факторов:
    
    - допустимых уровней повышения напряжения промышленной частоты на неповрежденных фазах сети;
    
    - допустимых уровней напряжения на нейтралях трансформаторов и автотрансформаторов;
    
    - допустимых параметров восстанавливающегося напряжения при отключении токов КЗ;
    
    - обеспечения селективности и чувствительности защит;
    
    - технических параметров, габаритных размеров и технико-экономических характеристик устройств для ограничения токов КЗ;
    
    - надежности электроснабжения потребителей;
    
    - наличия на объекте автотрансформаторов;
    
    - наличия на стороне низшего напряжения трансформаторов на подстанциях, выполненных отпайками от ВЛ, генерирующих источников и электродвигателей большой мощности;
    
    - технико-экономических показателей;
    
    - ограничения по площади на действующем объекте.
    
    2.3. Деление сети (стационарное и автоматическое) для ограничения токов КЗ должно выполняться в следующих случаях:
    
    - деление существенно не снижает надежности работы сети, не увеличивает сквозных токов однофазного КЗ через автотрансформаторы свыше кратности, указанной в п.1.2, и не вызывает увеличения параметров восстанавливающегося напряжения более значений, указанных в ГОСТ 687-78;
    
    - ограничение тока однофазного КЗ в сочетании с опережающим делением при двух- и трехфазных КЗ неэффективно.
    
    2.4. Частичное разземление нейтралей трансформаторов 110 кВ подстанций, выполненных на отпайках от ВЛ, допустимо при отсутствии на стороне низшего напряжения трансформатора генерирующих источников и электродвигателей большой мощности.
    
    Частичное разземление нейтралей трансформаторов 110 кВ в распределительных устройствах электростанций допустимо при отсутствии на них автотрансформаторов связи с сетями других классов напряжения. При этом должны быть приняты меры, исключающие действия релейной защиты и системной автоматики, которые могут привести к выделению участков сети без трансформаторов с заземленными нейтралями; проверено отсутствие существенного возрастания параметров восстанавливающегося напряжения при отключении однофазного КЗ.
    
    Разземленные нейтрали трансформаторов должны быть защищены вентильными разрядниками в соответствии с существующими нормативными документами, стандартами и техническими условиями на трансформаторы.
    
    2.5. Заземление нейтралей трансформаторов 110-220 кВ и автотрансформаторов через реакторы рекомендуется осуществлять в распределительных устройствах электростанций и подстанций с автотрансформаторами, а также при отсутствии автотрансформаторов, если по условиям надежности частичное разземление нейтралей недопустимо.
    
    

3. ВЫБОР ТОКООГРАНИЧИВАЩИХ РЕАКТОРОВ И МЕСТ ИХ УСТАНОВКИ

    
    3.1. До проведения мероприятий по ограничению токов КЗ в электрической сети 110-220 кВ должен быть выполнен расчет токов однофазного КЗ для нормального (максимального) режима и выявлены точки, в которых необходимо ограничение токов с учетом перспективы развития сети.
    
    3.2. Расчет токов однофазного КЗ должен производиться для нормальной схемы сети. При расчете токов КЗ в сети, где выполнено деление КЗ, последнее не должно предусматриваться.
    
    3.3. При выборе токоограничивающих реакторов необходимо руководствоваться следующим:
    
    - уровень напряжения на нейтрали трансформатора или автотрансформатора при включении в нейтраль реактора в указанных ниже режимах (пп.3.4, 3.5) не должен превышать приведенного в приложении 1 допустимого уровня напряжения с учетом его продолжительности;
    
    - за расчетное время воздействия тока однофазного КЗ на реактор и длительность повышения напряжения частоты 50 Гц на нейтрали, на оборудовании и изоляции неповрежденных фаз должно приниматься время действия первых ступеней резервных токовых защит нулевой последовательности трансформаторов и автотрансформаторов;
    
    - реактор, включаемый в нейтраль, должен длительно выдерживать прохождение тока естественной несимметрии сети, ограничивать ток КЗ до заданного значения, выдерживать воздействие токов КЗ, а также токов при неполнофазных режимах в сети в течение расчетного времени;
    
    - при включении в нейтраль реакторов должно сохраняться эффективное заземление нейтрали автотрансформаторов (напряжение на неповрежденных фазах при однофазном КЗ, а также напряжение "фаза-земля" при неполнофазных режимах не должно во всех случаях превышать значения 1,37 , соответствующего напряжению гашения вентильных разрядников);
    
    - при включении в нейтраль реактора для ограничения грозовых перенапряжений на нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов параллельно реактору должна быть включена резисторная установка с номинальным значением сопротивления 850±150 Ом (приложение 1).
    
    3.4. Расчетным режимом для определения значения сопротивления реактора, включаемого в нейтраль автотрансформатора со средним напряжением 220 кВ, и уровня напряжения на нейтрали является режим включения (трехфазного) автотрансформатора со стороны высокого напряжения на однофазное КЗ на стороне среднего напряжения.
    
    3.5. Расчетным режимом для определения значения сопротивления реактора, включаемого в нейтраль автотрансформатора со средним напряжением 110 или 150 кВ, и уровня напряжения на нейтрали является сохранение эффективного заземления нейтрали автотрансформатора при отключении его со стороны среднего напряжения.
    
    3.6. Значение индуктивного сопротивления токоограничивающего реактора, включаемого в нейтраль силового (блочного) трансформатора электростанции, выбирается из условия сохранения эффективного заземления нейтрали автотрансформаторов и рассматриваемого блочного трансформатора, а также ограничения напряжения на их нейтралях до уровня, не превышающего указанный в приложении 1.
    
    3.7. Расчетные формулы и схемы замещения для определения значения индуктивного сопротивления токоограничивающих реакторов приведены в приложении 2.
    
    Рекомендуемые значения индуктивных сопротивлений реакторов, рассчитанных при сопротивлениях примыкающей системы , и типы реакторов, предназначенных для включения в нейтрали силовых (блочных) трансформаторов и автотрансформаторов, даны в приложении 3.
    
    Значения индуктивных сопротивлений токоограничивающих реакторов рассчитаны на основе положений пп.3.3-3.7 и значений предельных мощностей (токов) КЗ, указанных в технических условиях и стандартах на трансформаторы и автотрансформаторы.
    
    Выбор значений сопротивлений реакторов более указанных в приложении 3 для соответствующих типов трансформаторов и автотрансформаторов не рекомендуется. При необходимости более глубокого ограничения токов однофазных КЗ сопротивления реакторов могут быть приняты с учетом реального сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей сети высшего напряжения. Расчет и выбор реакторов должен быть произведен с учетом изложенного в пп.3.33.6 и приложения 2. При этом необходимо корректировать значения сопротивлений реакторов по мере развития энергосистемы.
    
    3.8. При выбранных значениях сопротивления и местах установки токоограничивающих реакторов должны быть произведены расчет токов однофазного КЗ в сети с учетом изложенного в п.3.2 и сравнение их с допустимыми значениями.
    
    3.9. В случаях, когда при исключении стационарного деления сети токи трехфазного КЗ становятся выше допустимых для оборудования, следует предусматривать опережающее деление сети при трехфазных и двухфазных КЗ.
    
    3.10. При получении от установки реакторов большего, чем требуется эффекта токоограничения, целесообразно часть трансформаторов блоков электростанций (один-два) оставить с глухозаземленной нейтралью и повторно произвести расчет токов однофазного КЗ в сети.
    
    3.11. Схема включения реакторов в нейтрали силовых трансформаторов и автотрансформаторов приведена на рис.1.
    
    

Рис.1. Схема включения реакторов в нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов:

1, 2 - разъединители РНД-35-100 УХЛ1;
3 - роговой разрядник (устанавливается при соответствующем обосновании);
4 - резисторная установка БРУ-Н; 5 - реактор ТРОС-35-Х-Х;
6 - фазные обмотки ВН трансформатора (автотрансформатора)

    3.12. При выбранных значениях сопротивлений реакторов и местах их расстановки в сети 110-220 кВ следует:
    
    - перестроить уставки релейных защит для обеспечения необходимой чувствительности;
    
    - оценить (при необходимости) на "слабых связях" в электрических сетях влияние реакторов на статическую устойчивость параллельной работы при ОАПВ.
    
    3.13. После выполнения токоограничивающих мероприятий в сети 110-220 кВ не допускается шунтирование в нормальном режиме реакторов, установленных в нейтралях автотрансформаторов.
    
    3.14. Примеры выполнения токоограничивающих мероприятий и расчета их эффективности приведены в приложении 4.
    
    3.15. Токоограничивающий реактор, устанавливаемый в нейтраль автотрансформатора (со средним напряжением 110 кВ) с вольтодобавочным трансформатором со стороны нейтрали, выбирается без учета трансформатора.
    
    Значение сопротивления реактора, включаемого в нейтраль автотрансформатора со средним напряжением 150 кВ и вольтодобавочным трансформатором со стороны нейтрали, принимается вдвое меньшим, чем значение, полученное в соответствии с п.3.5.
    
    Выбор токоограничивающего реактора, устанавливаемого в нейтраль автотрансформатора со средним напряжением 220 кВ и вольтодобавочным трансформатором со стороны нейтрали, должен быть согласован с Главтехуправлением.
    
    

Приложение 1

УРОВНИ ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ
НА ОБОРУДОВАНИИ

Приложение 2

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЯ ИНДУКТИВНОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ ТОКООГРАНИЧИВАЩИХ РЕАКТОРОВ,
ВКЛЮЧАЕМЫХ В НЕЙТРАЛИ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

    
    1. Режим при трехфазном включении автотрансформатора со стороны высокого напряжения на однофазное КЗ на стороне среднего напряжения 220 кВ.
    
    Значение сопротивления (Ом) токоограничивающего реактора находится из выражения:
       

, (1.1)

    
где - допустимое напряжение на нейтрали автотрансформатора, кВ (=65 кВ);

     - номинальное фазное напряжение сети со стороны высшего напряжения автотрансформатора, кВ;
    
    , , - сопротивления схемы нулевой последовательности со стороны соответственно высшего, среднего и низшего напряжений автотрансформатора, Ом, представленного нетрадиционной схемой замещения (рис.2);
    
     - результирующее сопротивление нулевой последовательности сети высшего напряжения, приведенное к стороне среднего напряжения, Ом.
    

Рис.2. Нетрадиционная схема замещения нулевой последовательности автотрансформаторов
с реактором в нейтрали

         , , определяются по формулам:
         

                                           (1.2)

    
                                              (1.3)

    
,                                                       (1.4)

    
где - коэффициент трансформации автотрансформатора .
    

.

    
    , , - результирующие сопротивления схемы прямой (обратной) последовательности со стороны соответственно высшего, среднего и низшего напряжений автотрансформатора, представленного традиционной схемой замещения (рис.3), приведенные к напряжению на стороне среднего напряжения, Ом;
         
    

Рис.3. Традиционная схема замещения нулевой последовательности автотрансформатора
с реактором в нейтрали

    
                                        (1.5)

где , - соответственно результирующие сопротивления прямой и обратной последовательностей сети высшего напряжения, приведенные к стороне среднего напряжения, Ом;
    
    , - сопротивления соответственно прямой и обратной последовательностей, определенные по нормируемым ГОСТ на автотрансформаторы значениям динамической устойчивости обмоток, приведенные к стороне среднего напряжения, Ом.
    
    В приложении 3 приведены рекомендуемые значения индуктивных сопротивлений токоограничивающих реакторов, вычисленные по (1.1) и (1.6).
    
    2. Режим после отключения автотрансформатора со средним напряжением 110-150 кВ со стороны среднего напряжения.
    
    Значение сопротивления (Ом) токоограничивающего реактора находится из выражения:
    

                                       (1.6)

Расчетные формулы для определения значения индуктивного сопротивления
токоограничивающих реакторов, включаемых в нейтрали блочных трансформаторов электростанций

    1. Значение сопротивления (Ом) токоограничивающего реактора, включаемого в нейтраль блочного трансформатора, принимается исходя из следующих выражений:
         

                              (2.1) - для трансформатора

    класса напряжения 110 кВ;

                               (2.2) - для трансформатора

    класса напряжения 150 кВ;

                              (2.3) - для трансформатора

    класса напряжения 220 кВ,
    
где - сопротивление прямой последовательности блочного трансформатора.

Учет сопротивления реактора в традиционной схеме замещения
нулевой последовательности автотрансформатора

    1. Сопротивление реактора, включаемого в нейтраль автотрансформатора, учитывается в каждой из трех ветвей схемы замещения нулевой последовательности автотрансформатора (см. рис.3) с третичной обмоткой, соединенной в треугольник, значением, умноженным на соответствующий коэффициент: в ветвь , в ветвь , в ветвь , где сопротивления приведены к напряжению стороны . При приведении сопротивлений к напряжению стороны значения следует разделить на .
         

Учет реактора в нетрадиционной схеме замещения
нулевой последовательности автотрансформатора

    1. При расчетах токов КЗ в схемах автотрансформаторов с сопротивлениями в нейтралях рекомендуется использовать новую схему замещения автотрансформатора, имеющую точку, в которой может быть определен потенциал нейтрали по отношению к земле. Она применима в схемах замещения всех последовательностей сети, в которой параметры сети со стороны высшего и среднего напряжения приведены каждая к своему классу напряжения.
    
    2. Нетрадиционная схема нулевой последовательности представлена на рис.2, а ее параметры находятся по выражениям (1.2), (1.3), (1.4).
    
    

Приложение 3

    
    Рекомендуемые значения индуктивных сопротивлений токоограничивающих реакторов, предназначенных для включения в нейтрали автотрансформаторов, приведены в табл.П3.1.
    
    

Таблица П3.1

    
    
    Рекомендуемые значения индуктивных сопротивлений токоограничивающих реакторов, предназначенных для включения в нейтрали блочных трансформаторов, приведены в табл.П3.2
    
    

Таблица П3.2

    
Приложение 4

    
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОГРАНИЧЕНИЮ ТОКОВ ОДНОФАЗНОГО КЗ

    
    1. ГРЭС-1.
    
    РУ 110 кВ ГРЭС содержит три блока по 50 МВт (,,), один блок 100 МВт (), два блока по 165 МВт (,), два автотрансформатора связи 330/110 кВ по 200 MB·А каждый (,).
    
    Ток однофазного КЗ на шинах 110 кВ ГРЭС составляет 37 кА, трехфазного - 31,5 кА. Номинальный ток отключения выключателей 110 кВ ГРЭС - 35 кА, поэтому в РУ 110 кВ ГРЭС необходимо ограничение токов однофазного КЗ.
    
    В соответствии с приложением 3 для автотрансформаторов выбираем реакторы с сопротивлением Ом, для блоков 165 МВт: Ом, для блока 100 МВт: 30 Ом, для блока 50 МВт: Ом.
    
    Схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей сети 110 кВ ГРЭС представлены на рис.4.
         

Рис.4. Схемы замещения сети 110 кВ ГРЭС-1:

а - схема прямой и обратной последовательностей (автотрансформаторы введены традиционной схемой);
б - схема нулевой последовательности (автотрансформаторы введены нетрадиционной схемой)

    Результирующее сопротивление схемы прямой последовательности равно =2,1 Ом, нулевой последовательности без реакторов - 1,2 Ом, с реактором - 4,8 Ом.
    
    В результате включения токоограничивающих реакторов в нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов ток однофазного КЗ на шинах 110 кВ ГРЭС уменьшается до 22 кА. Суммарный сквозной ток через автотрансформаторы и уменьшается с 12,75 до 7,5 кA, т.е. в 1,7 раза.
    
    Если оставить глухо заземленными нейтрали трансформаторов , , и , то ток однофазного КЗ ограничится до 28 кА, а сквозной ток через автотрансформаторы в выводах ограничится в 1,6 раза.
    
    2. ГРЭС-2.
    
    РУ 220 кВ ГРЭС содержит четыре блока по 300 МВт (, , , ), два автотрансформатора 500/220 кВ по 3х267 MB·А каждый. К третичной обмотке каждого автотрансформатора подключен генератор 300 МВт. Ток однофазного КЗ на шинах 220 кВ ГРЭС составляет 45,7 кА, трехфазного - 37 кА. Номинальный ток отключения выключателей - 40 кА. Поэтому на ГРЭС необходимо ограничение тока однофазного КЗ.
    
    В соответствии с приложением 3 для автотрансформаторов выбираем реакторы с сопротивлением =6 Ом, для блоков 300 МВт: =30 Ом.
    
    Схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей сети 220 кВ ГРЭС представлены на рис.5.
    

Рис.5. Схемы замещения сети 220 кВ ГРЭС-2:

а - схема прямой и обратной последовательностей (автотрансформаторы введены традиционной схемой);
б - схема нулевой последовательности (автотрансформаторы введены традиционной схемой)

    
    Результирующее сопротивление схемы прямой последовательности равно 3,6 Ом, нулевой последовательности без реакторов - 1,52 Ом, с реакторами - 4,72 Ом.
    
    В результате включения токоограничивающих реакторов ток однофазного КЗ на шинах 220 кВ ГРЭС уменьшается до 33,4 кА. Суммарный сквозной ток через автотрансформаторы и уменьшается с 25 до 17,3 кА, т.е. почти в 1,5 раза.
    
    3. Подстанция 330 кВ.
    
    РУ 330 кВ содержит один автотрансформатор 330/110 кВ 200 МВ·А и два автотрансформатора 330/110 кВ по 125 MB·А. Ток однофазного КЗ на шинах 110 кВ РУ составляет 15,2 кА. Кратность сквозных токов в общих обмотках автотрансформаторов при однофазном КЗ близка к нормированному значению динамической стойкости. В соответствии с приложением 3 для автотрансформатора 200 МВ·А выбирается реактор с сопротивлением 10 Ом, для автотрансформаторов 125 МВ·А - реакторы по 20 Ом. Заземление нейтрали автотрансформаторов через реакторы ограничивает сквозной ток КЗ в общих обмотках в 1,5 раза. Наибольшее напряжение на нейтрали автотрансформатора при однофазном КЗ на шинах 110 кВ составляет 27 кВ.
    
    Схемы замещения для расчетов токов КЗ и напряжения на нейтрали представлены на рис.6.
    
         

Рис.6. Схемы замещения участка сети, примыкающего к подстанции 330 кВ:

а - схема прямой и обратной последовательностей;
б - схема нулевой последовательности (автотрансформаторы введены нетрадиционной схемой)

    
    
    
Текст документа сверен по:
/ Министерство энергетики и электрификации СССР. -
М.: СПО Союзтехэнерго, 1985