Расчетные сопротивления реакторов

Реакторы широко применяются на подстанциях энергосистем и станциях, питающих распределительные сети на напряжении 6…10 кВ для уменьшения токов КЗ. Основные схемы включения реакторов на подстанциях приведены на рис. 6.

Включение линейного реактора по схеме рис. 6а ограничивает ток КЗ за реактором и обеспечивает сравнительно небольшое снижение напряжения на шинах подстанции, а следовательно, и у потребителей, питающихся по другим линиям. Включение реактора по схеме рис. 6б также ограничивает ток КЗ, но при неудаленном КЗ напряжение на поврежденной секции шин снижается практически до нуля и остается близким к нормальному только на неповрежденной секции шин, что вызывает нарушение нормальной работы всех потребителей, питающихся от поврежденной секции шин. В технической информации и на щитках реакторов указывается их номинальное линейное напряжение U(кВ), номинальный ток I (A), реактивность реактора Хр(%), а также иногда и индуктивность реактора L(мГн). Для сдвоенных реакторов указывается еще величина m коэффициента связи; обычно m равно около 0,5.

а) б) в)

Рис. 6. Схемы включения реакторов: а – включение линейного реактора; б – включение группового сдвоенного реактора;
в – схема замещения сдвоенного реактора

Сопротивление реактора в именованных единицах (Омах), определяется по уравнению:

Хр%·Uр

Xp = ––––––––––, (19)

100 Iр

где Хр% – относительная реактивность реактора, %; Uр – номинальное напряжение реактора, кВ; Iр – номинальный ток реактора, кА.

Активное сопротивление реакторов настолько мало, что не учитывается, и сопротивление реактора принимается чисто индуктивным. Схема замещения сдвоенного реактора дана на рис. 6в. Сопротивления лучей эквивалентной звезды равны:

Xа = – Xp·m; Xb = Xc = Xp· (1 ± m). (20)

Полное сопротивление между выводами реактора определяется по формулам:

Xab = Xac = Xp (21)

Xbc = 2Xp· (1 + m). (22)

Падением напряжения в некотором сопротивлении называется геометрическая разность напряжений на входе и выходе сопротивления. На рис. 7 падение напряжения U ₁₂ = U ₁ – U ₂. Потерей напряжения в этом же сопротивлении называется арифметическая разность тех же напряжений U₁₂ = U₁ – U₂.

Напряжение на шинах при КЗ на выводах реактора равно потере напряжения в нем, остальное напряжение теряется в сопротивлении энергосистемы. Так как сопротивление системы и реактора принимается чисто индуктивным, то в данном частном случае потеря и падение напряжения численно равны. Напряжение на шинах определяется по выражению (23) или (24):

Рис. 7. Векторная диаграмма для определения падения напряжения и потери напряжения

Uш = I⁽³⁾ Xp; (23)

Uш = U . (24)

Определять напряжение на шинах необходимо для расчета защит минимального напряжения, например, для пуска АВР, максимальной токовой защиты с пуском по напряжению и т. п.

Пример 4. Определить ток КЗ за реактором и напряжение на шинах в системах на рис. 6а и 6б.

Линейный реактор 6 кВ, 8 %, 600 А; сдвоенный реактор 6 кВ, 12 %, 2000 А, m = 0,5. Вторичное напряжение питающего трансформатора 6,6 кВ; ток КЗ до реактора 16 кА.

Решение

1. Сопротивление линейного реактора:

Xp = 10·Х·U/ ·I = 10·8·6/ ·600 = 0,462 Ом.

Сопротивление системы до выводов 6,6 кВ питающего трансформатора:

Xc = 6600/ ·16000 = 0,238 Ом.

Ток КЗ за линейным реактором:

= 6600/ ·(0,238 + 0,462) = 5450 A.

2. Сопротивление одной ветви сдвоенногo реактора:

Xp = 10·12·6/2000 = 0,36 Ом.

Ток КЗ за реактором:

= 6600/ ·(0,36 + 0,238) = 6379,65 А.

Необходимо обратить внимание на то, что хотя реакторы имеют номинальное напряжение 6,0 кВ, включены они на вторичное напряжение питающего трансформатора 6,6 кВ и приведения к одному расчетному напряжению в этом случае не требуется.

3. Напряжение на шинах при КЗ за линейным реактором Uш = · Хp = ·5450·0,442 = 4356 В, или 4356/6600 = 0,66 номинального.

Напряжение на неповрежденной секции шин по рис. 6б равно:

·0,36·6379,65 = 3971,4 В, или 0,602 номинального.

Следует отметить, что такое напряжение не обеспечивает надежной работы магнитных пускателей: обычно их напряжение отпадания колеблется в пределах 0,65…0,75 номинального и в данном случае могут иметь место неправильные отключения электродвигателей.

Те же напряжения можно определить и по выражениям (23) и (24):

Uш = 0,462·U/(0,462 + 0,238) = 0,66 Uн;

Uш = 0,36·U/(0,36 + 0,238) = 0,602 Uн.

Пример 5. На подстанции (рис. 8) выведен из работы трансформатор 2Т и секция шин IV питается от трансформатора через реактор трансформатора 2Т. Требуется определить ток КЗ на секции шин IV. Исходные данные взять из примера 4.

Рис. 8. Схема подстанции к примеру 5

Решение

Сопротивление двух последовательно включенных ветвей реактора по выражению (22) равно:

Xbc = 2·0,36·(1 + 0,5) = 1,08 Ом (рис. 6),

ток КЗ

= 6600/ ·(1,08 + 0,238) = 2894,56 A,

= ·2894,56/2 = 2503,8 A;

напряжение на секции шин I равно:

1,08·U/(1,08 + 0,238) = 0,819U.

Важно отметить, что максимальная токовая защита с пуском по напряжению 1Т или секционного выключателя откажет, так как ее напряжение срабатывания выбирается около 0,75U. Если же максимальные токовые защиты ветвей трансформатора Т2 выполнены без пуска по напряжению, то они обычно отстраиваются от номинального тока ветвей реактора 2000 А в этом случае их ток срабатывания должен быть не менее

(1,1...1,2)·2000/0,85 = 2600...2800 A,

и они также могут отказать из-за малого значения тока КЗ, особенно при двухфазных КЗ. Схемы, подобные схеме на рис. 8, встречаются при реконструкции подстанций, а так же могут создаваться в аварийных режимах.