1.3. Виды аварийных режимов и методы их расчета

Расчеты аварийных режимов в системах электроснабжения играют важную роль при планировании развития систем, при проектировании или эксплуатации систем электроснабжения. Они определяются теми отрицательными последствиями, которые могут быть при авариях:

нарушение или ограничение электроснабжения потребителей;

нарушение или снижение запаса устойчивости энергосистем;

нарушение термической или динамической стойкости элементов систем электроснабжения;

отказ или ложная работа систем релейной защиты и автоматики;

снижение качества электроэнергии у потребителей в послеаварийных режимах и т. д.

Предвидеть возможность развития перечисленных выше негативных последствий и принять меры к приспособлению систем электроснабжения к аварийным режимам позволяют массовые расчеты таких режимов на стадии проектирования и эксплуатации систем электроснабжения.

Существует множество причин возникновения аварийных режимов, которые сопровождаются сложными переходными процессами. Отметим некоторые из них:

непрерывный неконтролируемый рост нагрузок по ЛЭП и связанное с этим нарушение статической устойчивости системы;

неконтролируемое снижение напряжения в узлах нагрузки, вызывающее нарушение их устойчивости;

обрыв одной или двух фаз ЛЭП;

потеря возбуждения синхронных машин и связанный с этим их асинхронный ход и т. д.

Однако основной причиной аварийных режимов выступают различные виды короткого замыкания, под которыми понимают всякие не предусмотренные нормальными условиями работы замыкания между фазами (полюсами), а в системах с заземленной нейтралью – между фазами и землей. Все эти причины могут возникать и в сложных сочетаниях по месту и времени наступления.

При образовании короткого замыкания в системе ее результирующее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению тока в ветвях в сравнении с токами нормального режима. Это в свою очередь вызывает снижение напряжения в узлах системы, в особенности при электрической близости от места короткого замыкания. В ветвях, непосредственно примыкающих к точке короткого замыкания, фазы токов резко изменяются.

Увеличение тока вследствие короткого замыкания может привести к значительному повышению температуры токоведущих частей и последующему разрушению изоляции. В этом состоит проблема термической стойкости электрооборудования.

При большой мощности короткого замыкания может произойти механическое разрушение токоведущих частей вследствие значительных электродинамических усилий между ними. В этом состоит проблема электродинамической стойкости электрооборудования.

В узлах системы, электрически близких к точке повреждения, имеет место значительное снижение напряжения. Работа потребителей резко ухудшается, а иногда возникает эффект «опрокидывания» нагрузки. В этом состоит проблема статической устойчивости узлов нагрузки.

Цели расчета аварийных режимов при коротком замыкании:

выбор и проверка электрооборудования на термическую и динамическую стойкость;

выбор уставок релейной защиты и проверка ее чувствительности;

оценка влияния токов нулевой последовательности ЛЭП на линии связи;

выбор заземляющих устройств и др.

При расчете токов короткого замыкания делают ряд допущений:

симметрия параметров по фазам элементов электроэнергетической системы;

симметрия и синусоидальность ЭДС и напряжений;

отсутствие токов намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов;

отсутствие насыщения магнитных систем электрических машин;

отсутствие поперечной емкости воздушных линий электропередач напряжением 110, 220 кВ.

Изложенное выше позволяет утверждать, что сложные и массовые расчеты аварийных режимов могут быть выполнены лишь с использованием вычислительной техники.

Современные методы расчета токов короткого замыкания ориентированы на применение ЭВМ. Это, прежде всего, методы, основанные на интегрировании систем обыкновенных дифференциальных уравнений, дифференциальных уравнений Парка-Горева, и машинно-ориентированный метод узловых напряжений. В данных методических указаниях расчет токов короткого замыкания ведется на основе метода узловых напряжений.