Оптимизация уровней токов КЗ

Система электроснабжения является небольшой частью ЭЭС, где происходит формирование исходного при проектировании уровня токов КЗ. Если собственных источников электрической энергии СЭС не содержит, то наибольшее значение мощности КЗ будет на границе раздела с питающей энергетической системой. При наличии собственных источников наибольшее значение мощности КЗ определяется их мощностью, мощностью КЗ, поступающей от ЭЭС, и электрической удаленностью источников электрической энергии друг от друга.

Уровни токов КЗ в узлах нагрузки зависят от структуры СЭС, параметров ее сетей и состава электроприемников. При проектировании установление оптимального уровня токов КЗ в каждом узле СЭС предусматривает анализ более широкого ряда показателей, к которым относятся технические и стоимостные показатели выпускаемого электрооборудования, проводников и токоограничивающих устройств, категория бесперебойности электроснабжения и его надежность, устойчивость двигательной нагрузки, работоспособность релейной защиты, качество напряжения у потребителей, пуск и самозапуск мощных электродвигателей, потеря мощности и электроэнергии в сетях, ущерб от перерывов в электроснабжении.

Учет действия факторов, определяющих оптимальный уровень токов КЗ, является противоречивым. С одной стороны, снижение наибольших значений мощности КЗ в узлах нагрузки позволяет устанавливать более простое и дешевое электрооборудование, уменьшать сечение проводников, применять простые решения по схемам распределения электрической энергии с использованием систем АВР, АПВ и уменьшать ущерб от воздействия токов КЗ за счет их локализации. Однако при этом возрастают затраты на дополнительно устанавливаемое специальное оборудование и токоограничивающие устройства, а также возрастает ущерб от возможных перерывов в электроснабжении. С другой стороны, обеспечение уровня напряжения для пуска и самозапуска электродвигателей, ограничение колебаний и отклонений напряжения в узлах электроснабжения с резкопеременной ударной нагрузкой, ограничение синусоидальности напряжения, снижение влияния несимметрии нагрузки, обеспечение надежности работы релейной защиты требуют сохранения больших значений мощности КЗ.

Таким образом, при проектировании СЭС может ставиться технико-экономическая задача снижения уровней токов КЗ в конкретных узлах до оптимальных. Ее целевой функцией являются приведенные затраты

, (14.13)

где K_i – основные капитальные вложения в электрооборудование СЭС: трансформаторы, РУ, электрические аппараты (ЛЭП);

K_Δi – дополнительные вложения в специальное оборудование (надбавки за использование трансформаторов и токоограничивающих коммутационных аппаратов; стоимость ограничивающих и дугогасящих реакторов, различного вида токоограничивающих устройств, а также устройств, обеспечивающих нормированные значения показателей качества электрической энергии, пусковых устройств и средств АРВ мощных электродвигателей);

P_i , P_Δi – суммарные коэффициенты отчислений от основных и дополнительных капиталовложений в электрооборудование и его строительную часть;

C_Σ – суммарные эксплуатационные расходы по освоенному и специальному оборудованию и стоимость потерь электрической энергии;

Y_Σ – суммарный ущерб при снижении уровней мощностей КЗ от перерывов в электроснабжении, нарушений устойчивости двигательной нагрузки, снижения надежности электроснабжения и от ухудшения качества электрической энергии у потребителей.

Критерием оптимальных уровней мощности КЗ является минимум приведенных затрат (14.13). Для минимизации целевой функции приведенных затрат целесообразно использовать метод дискретной оптимизации. Последний позволяет перейти от оптимизации функции многих дискретно изменяющихся переменных (14.13) к исследованию на экстремум функции З = ƒ(S_k) при учете множества ограничений по различным параметрам дискретной шкалы мощностей электрооборудования, шкале номинальных напряжений, нормируемым показателям качества электрической энергии, допустимым потерям мощности и энергии, уровню перенапряжений, максимальной мощности КЗ и т. д.

Существование большого количества переменных и множества ограничений значительно сужает возможности поиска глобального минимума функции (14.13). Поэтому практически более приемлемы частные математические модели оптимизации уровней мощности КЗ. Они могут быть разобраны для конкретных узлов СЭС с выделением наиболее существенных переменных, зависящих от параметров режима КЗ.

Оптимальное значение расчетного тока КЗ в сетях промышленных предприятий должно определяться в основном с учетом двух факторов:

1) обеспечения возможности применения электрических аппаратов с более легкими параметрами проводников возможно меньших сечений;

2) сохранения значений показателей качества электрической энергии в нормируемых пределах.

Для учета других факторов должны быть установлены функциональные зависимости между их количественными показателями и параметрами режима КЗ.