Главная | Обратная связь

перенапряжений в электрических сетях напряжением 110 - 750 кВ

 

Ограничитель, выбранный по наибольшему уровню напряжения в сети в точке его установки [5], должен быть проверен на соответствие его временных допустимых повышений напряженгий квазиустановившимся перенапряжениям при различных видах коммутаций с учетом времени действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.

6.3.1 Квазиустановившиеся перенапряжения, их амплитуда и длительность.

Квазиустановившиеся перенапряжения, их амплитуда и длительность, определяющие выбор ограничителя, зависят от электрической схемы, в которой происходит коммутация, ее параметров, вида коммутации, места установки ОПН и т.п.

Для ОПН, устанавливаемых на шинах или трансформаторах (АТР), которые по схеме ОРУ не коммутируются вместе с линией или коммутируются с линией длиной не более 50 м, определяющими являются квазиустановившиеся перенапряжения на неповрежденных фазах при несимметричном к.з. на шинах подстанции. В этом случае амплитуда квазиустановившихся перенапряжений U_y£ 1,4U_ф, а длительность определяется временем действия релейной защиты, отключающей к.з.

Для ограничителей, установленных на линии, шунтирующем реакторе на линии или на присоединенных непосредственно без выключателей к линии трансформаторах, определяющими будут квазиустановившиеся перенапряжения:

- при трехфазном односторонненм отключении однофазного к.з. на противоположном конце линии;

- при трехфазном одностороннем отключении линии при действии автоматики прекращения асинхронного хода;

- при неполнофазных режимах одностороннего включения или отключения линии с подключенными к ней шунтирующими реакторами, трансформаторами, автотрансформаторами.

Длительность существования вышеуказанных перенапряжений принимается следующей:

- для коммутации одностороннего отключения однофазного к.з. принимается длительность равная времени каскадного отключения линии по ее концам при действии первых и последних ступеней линейных и трансформаторных релейных защит, в среднем 4 с;

- при трехфазном отключении асинхронного хода при действии второй ступени автоматики от повышения напряжения с уставкой по напряжению (1,2 ¸ 1,3)U_н/ длительность принимается равной от 0,5 до 1,0 с, при действии первой ступени с уставкой - до 5 ¸ 10 с;

- при резонансных перенапряжениях, возникающих во время ОАПВ линий с реакторами, длительность перенапряжений принимается равной продолжительности бестоковой паузы 1 ¸ 2 с;

- при неполнофазных коммутациях линии с подключенными к ней трансформаторами (АТР) длительность перенапряжений принимается равной времени действия устройства резервирования отказа выключателей (УРОВ) или действия других защит.

Расчет амплитуд квазиустановившихся перенапряжений производится по методике, описанной в разделе 5 и приведенной в [1,6,7].

В схемах, где линия может коммутироваться вместе с трансформатором или АТР, необходимо учитывать возможность появления переходного резонанса на 2-й и 3-ей гармонике. Условия появления переходного резонанса:

- для 2-й гармоники 1,6w < w_св < 2,2w;

- для 3-ей гармоники 2,4w < w_св < 3,3w,

где w_св – частота свободных колебаний; w= 314 с^-1.

Причем, чем ближе значения w_св к двойной или тройной промышленной частоте, тем выше значения высших гармоник.

Частота свободных колебаний в зависимости от расчетных условий определяется путем построения частотных характеристик [1,7]. В частности для схемы симметричного одностороннего включения линии частотная характеристика строится по формуле где L_c – индуктивность системы, - входное сопротивление линии по прямой последовательности.

Частота свободных колебаний находится при Z_э = 0 в точке пересечения частотной характеристики с осью абсцисс.

Значение напряжения при переходном резонансе можно определить, добавляя к значению амплитуды установившихся перенапряжений U_у при несимметричных коммутациях линий длиной 75-250 км, величину 0,3. Время существования такого режима принимается равным 0,3 с, 0,5 с и 0,7¸0,8 с соответственно для линий 110-150, 220-330 и 500-750 кВ. При симметричной коммутации аналогично определяется значения перенапряжений для длин линий 150-350 км.

Особым случаем для сетей 110 кВ является неполнофазная коммутация линии с подключенными к ней трансформаторами с разземленными нейтралями на отдельных подстанциях при сохранения эффективного заземления нейтрали сети. Эти перенапряжения возникают при отказах фазы выключателя при включениях и отключениях линии головным выключателем или при обрывах проводов фазы воздушной линии или ее отпаек. Повышения напряжения обусловлены последовательным включением индуктивных сопротивлений намагничивания фаз трансформатора и емкости оборванной фазы линии.

Значения перенапряжений могут быть определены с помощью обобщенных зависимостей фазного напряжения на линии и напряжения на нейтрали трансформатора от тока намагничивания трансформатора I_mн , представленных на рис.6.1.

Рис.6.1. Определение перенапряжений на емкости линии U_уф и на нейтрали

трансформатора U_ун при неполнофазном режиме линии 110 кВ

1 – обобщенная зависимость U^*_ф =f(I^*_m); 2 – зависимость напряжения на емкости линии U^*_фл= f(I^*_m); 3 – обобщенная зависимость U^*_н=f(I^*_m)

 

Параметры зависимостей на рис.6.1 приведены в относительных единицах (о.е.): напряжения по отношению к номинальному фазному напряжению трансформатора; тока – по отношению к номинальному току намагничивания трансформатора (току холостого хода).

Зависимость напряжения на емкости линии рассчитывается по формуле

где у^(о) – удельная проводимость линии по нулевой последовательности, См; l – длина линии, км; I_mн – номинальный ток намагничивания трансформатора, А; I^*_m - ток намагничивания, о.е.; U_фн – номинальное фазное напряжение трансформатора, кВ.

Пересечение прямой U^*_фл (2) с обобщенной зависимостью U^*_ф (1) дает значение установившегося перенапряжения на линии – U_уф, а пересечение с зависимостью U^*_н – соответствующее перенапряжение на нейтрали трансформатора – U_ун.

Эти перенапряжения могут существовать несколько часов, поэтому их длительность для дальнейших расчетов принимается равной 10⁴ с.

6.3.2 Выбор номинального напряжения ОПН

Перед выбором номинального напряжения ОПН для рассматриваемой электрической схемы сети и места установки ОПН определяются виды воздействующих квазиустановившихся перенапряжений на ограничитель, их значения и длительность воздействия.

Из всех полученных значений квазиустановившихся перенапряжений выбирается наибольшее U_y1 и соответствующее ему значение длительности t_y1. Из всех значений длительностей перенапряжений выбирается наибольшая t_y2 и соответствующее ей значение U_y2.

По зависимости К_t=f(t) для случая «с предварительным нагружением энергией» по значениям t_y1 и t_y2 определяются значения коэффициентов К_t1 и K_t2.

где t – длительность приложения повышенного напряжения, с; а и b – коэффициенты, зависящие от выбранного типа ограничителя.

Значения номинального (или длительно допустимого рабочего) напряжения ОПН рассчитываются как U_н1=U_y1/K_t1 и U_н2=U_y2/K_t2 .

Для наибольшего из полученных значений подбирается по каталогу или таблицам ближайшее большее значение номинального напряжения выбранного типа ОПН U_н и соответствующее ему наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение U_нро.

После выбора номинального напряжения устанавливается достаточность параметров выбранного ОПН по условиям работы в квазиустановившихся режимах, для чего определяются временно допустимые длительности t_вдi для всех действующих на данный ОПН квазиустановившихся перенапряжений.

Значения t_вдi определяются по зависимостям К_t=f(t) для случая «с предварительным нагружением», если ограничитель имеет энергоемкость не более 5 кДж/кВU_н , и для случая «без предварительного нагружения», если энергоемкость ограничителя не менее 6 кДж/кВU_н, приняв К_t=U_y/U_н или К_t=U_y/U_нро.

В случаях, когда коммутационные перенапряжения во время переходных процессов U_к приблизительно равны квазиустановившимся U_y (резонансные схемы возбуждения высших гармоник, самовозбуждение генераторов, неполнофазные режимы включения и отключения воздушных линий с шунтирующими реакторами и т.п.), расчет t_вдi производится по зависимости К_t=f(t) “без предварительного нагружения».

При U_y>1,5 или возможности длительного существования квазиустановившегося режима соответствие выбранного ОПН эксплуатационным условиям по величине временно допустимой длительности проверяется по формуле

где t_вдi – допустимое время текущего воздействия напряжения на наиболее нагруженный элемент ограничителя; t_ai и t_bi - нормируемая допустимая длительность текущего воздействия по зависимостям А и В К_t=f(t); W_кфз – энергоемкость ОПН производства Корниловского фарфорового завода для рассматриваемого класса напряжения сети; W_опн – энергоемкость ОПН, произведенного другой фирмой.

Если в течение 2-3 часов подряд возможно несколько коммутаций и появлений квазиустановившихся перенапряжений (происходит ускоренное сокращение ресурса ОПН), то производится пересчет временно допустимой длительности текущего воздействия перенапряжения с учетом всех предыдущих срабатываний ОПН от 1 до m, имевших место в течение этих 2-3- часов:

Выбранное значение номинального напряжения ОПН считается удовлетворительным, если t_допi > t_yi.

Для схем, в которых линия может коммутироваться вместе с трансформатором или АТР должны выполняться условия:

- для обслуживаемых подстанций t_допm > T_доп = 3600 с;

- для необслуживаемых подстанций t_{доп m} > T_доп = 11000 с.

 

6.3.3 Определение защитного уровня ОПН

при коммутационных перенапряжениях

Остающееся напряжение на ОПН при расчетном токе должно быть не менее чем на 15-20 % ниже испытательного напряжения коммутационным импульсом U_ки защищаемого оборудования: U_{ост ки} £ (0,8¸0,85)U_ки.

Испытательное напряжение коммутационным импульсом нормируется ГОСТ 1516.3-96 для электрооборудования напряжением 330 кВ и выше.

Для оборудования 110-220 кВ нормируется одноминутное испытательное напряжение промышленной частоты U_1мин, для которого U_ки =1,71U_1мин.

Расчетный ток коммутационных перенапряжений I_рк зависит от вида и величины неограниченных перенапряжений. В зависимости от интенсивности переходных процессов и требуемой надежности защиты его значение принимается равным 500 или 1000 А.

При необходимости статистической координации изоляции с 2 % вероятностью (для случаев трехфазного АПВ после неуспешного повторного включения; отключения асинхронного хода на конце длинной линии, передающей большие мощности) значение остающегося напряжения определяется из решения системы уравнений: (1) (2)

Где U_к – неограниченное коммутационное перенапряжение в сети, принимаемое равным при отсутствии расчетов 3,5U_ф для воздушных линий и 3U_ф – для кабельных; К_кн = 1,2¸1,3 – коэффициент несимметрии, учитывающий неодновременность срабатывания ОПН в различных фазах; Z – волновое сопротивление линии по прямой последовательности; I_p – разрядный ток через ОПН; a @ 0,05 – коэффициент нелинейности ОПН; С – постоянная, определяемая по нормируемым значениям I_рн и U_{ост кн}:

Решение получается графоаналитическим путем: по уравнению (1) строится вольтамперная характеристика ОПН или ее часть в диапазоне токов выше и ниже I_рн и напряжений в области U _{ост кн}, затем строится прямая (2). Точка пересечения этих зависимостей дает значения U_{ост к} и I_p при заданном U_к. Все расчеты выполняются в амплитудных значениях напряжения и тока.

Если выбранный ОПН не удовлетворяет условиям защиты от коммутационных перенапряжений, то выбирают другой с тем же значением U_н, но большего класса энергоемкости или увеличивают количество подключенных ограничителей.

6.3.4 Особенности выбора ОПН по условиям работы в распредустройствах электростанций

При выборе ОПН для работы в распредустройствах электростанций расчетным видом перенапряжений является случай однофазного к.з. на шинах или вблизи них на отходящих линиях. При этом под воздействием АРВ и форсировки возбуждения резко возрастает тток возбуждения ротора и, соответственно, внутренняя э.д.с. генератора, напряжение на выводах трансформаторов и шин ОРУ до (1,1¸1,2)U_ф.

Длительность существования этих перенапряжений определяется временем отключения к.з. линейными или трансформаторными выключателями, их резервированием под действим УРОВ, а также временем гашения поля генераторов.

При наличии на станции выделяемых (в ходе коммутаций или действия противоаварийной автоматики) блоков, работающих на малонагруженную линию длиной 150-350 км, возможно возникновение переходного резонанса на 2-й или 3-ей гармонике. В это случае рекомендуется применение ОПН повышенных классов энергоемкости.