Апериодические составляющие токов элегазовых выключателей

Электроника, электрика / Электромонтаж / Строительство электростанций
Administrator
3 374
15-03-2017, 22:42
0

В настоящее время в сетях сверхвысокого и ультравысокого напряжений получили распространение элегазовые выключатели с автокомпрессионным принципом гашения дуги. Опыт эксплуатации показал неспособность данных выключателей производить коммутацию по типу «включение - быстрое отключение» для линий с реакторами при высокой степени компенсации зарядной мощности вследствие наличия длительно затухающей апериодической составляющей в токе, протекающем в выключателе. Для воздушных линий электропередачи необходимость разработки мероприятий по предотвращению повреждения выключателей не вызывает сомнений, однако компенсированным кабельным линиям уделяется не так много внимания, что и показано на примере КЛ 330 кВ Южная - Пулковская.

I. Проблема апериодической составляющей

Широкое применение коммутационного оборудования с элегазовой изоляцией выявило новые технические проблемы, решение которых необходимо для надежной работы энергосистемы. Одной из них является коммутация компенсированных линий электропередачи, оборудованных элегазовыми выключателями с автокомпрессионным принципом гашения дуги.

Апериодическая составляющая возникает при постановке под напряжение линий электропередачи с установленными линейными ШР в момент, отличный от максимума напряжения, вследствие возникновения в индуктивности ШР ЭДС самоиндукции. Величина апериодической составляющей зависит от величины тока в момент включения и мощности, и количества включенных линейных ШР.

В самом неблагоприятном случае значение апериодической составляющей, протекающей через линейный выключатель, равно сумме амплитуд токов реакторов, подключенных к линии. Если степень компенсации такова, что разница емкостного тока линии /лэп и суммарного индуктивного тока реакторов 1_р меньше величины апериодической составляющей, возникают задержки перехода мгновенного значения тока через ноль, и условия для отключения элегазового выключателя (гашения межконтактной дуги) возникают только по мере ее затухания.

Ниже рассматривается выбор оптимального средства для обеспечения успешного отключения ЛЭП на примере КЛ 330 кВ Пулковская - Южная.

По проекту на линии предусмотрена установка двух реакторов по 100 Мвар со стороны ПС 330 кВ Южная

и со стороны ПС 330 кВ Пулковская. Постановка под напряжение линии возможна с обеих сторон КЛ.

II. КЛ 330 кВ Южная - Пулковская

КЛ 330 кВ Пулковская - Южная имеет длину 17,5 км и выполнена тремя кабелями с сечением жилы 2500 мм², экрана - 240 мм². Фазы расположены в ряд на расстоянии двух диаметров кабеля. Полное время отключения выключателей принято равным 0,04 с, время срабатывания релейной защиты - 0,02 с.

Реактор замещается тремя ветвями, соединенными в звезду с заземленной нейтралью. Параметры схемы замещения реактора - 4,2 Гн и 2,85 Ом.

Система представлена шинами бесконечной мощности.

Для моделирования переходных процессов используется программный комплекс АТР/ЕМТР.

Рассматриваются следующие расчетные случаи, наиболее характерные для кабельных линий:

• опробование напряжением;

• опробование напряжением при наличии короткого замыкания на одной из фаз КЛ.

III. Опробование напряжением

На рис. 1 приведена осциллограмма тока фазы А КЛ 330 кВ Пулковская - Южная при постановке ее под напряжение. Как следует из рис. 1, при включении КЛ с одним реактором возникает апериодическая составляющая, начальное значение которой равно 220 А, что соответствует амплитуде фазного тока реактора. В то же время величина амплитуды периодической составляющей тока в выключателе составляет 120 А, что значительно меньше величины апериодической составляющей и приводит к задержке перехода тока через ноль.

В табл. 1 приведены времена первого перехода тока через ноль для разного количества включенных фаз.

Из результатов, приведенных в табл. 1, следует, что при включении КЛ 330 кВ Пулковская - Южная с одним

реактором, присоединенным к КЛ, протекание по выключателю апериодической составляющей препятствует переходу тока через ноль в течение 0,69 с, а при наличии двух реакторов - около 2 с, что превышает суммарное время срабатывания релейной защиты и полное время отключения линейного выключателя.

Это означает, что ложное срабатывание релейной защиты на отключение КЛ приведет к попытке отключения выключателя, ток в одной из фаз которого может длительное время не переходить через ноль, что может привести к повреждению выключателя.

IV. Включение линии на короткое замыкание

При включении линии на короткое замыкание интерес представляют только токи неповрежденных фаз, так как в аварийных фазах величина периодической составляющей тока на порядок превосходит апериодическую составляющую тока реактора.

В табл. 2 приведены времена перехода тока через ноль, отсчитываемые с момента включения.

из результатов, приведенных в табл. 2, следует, что при включении на короткое замыкание в неповрежденных фазах линии возникают недопустимо длительные задержки перехода тока через ноль.

Таким образом, эксплуатация КЛ 330 кВ Пулковская - Южная без специальных мероприятий по обеспечению успешного отключения КЛ может привести к повреждению линейных выключателей.

V. Основные способы обеспечения успешного отключения КЛ 330 кВ Пулковская - Южная

А. Выключатели с предвключаемыми резисторами

Как уже было отмечено выше, самым простым способом решения проблемы отсутствия нулей тока в выключателе можно считать кратковременное искусственное уменьшение добротности контура замыкания апериодической составляющей тока.

Этого можно достичь путем использования предвклю- чаемых резисторов в выключателях или в нейтральных выводах ШР. Выключатели с предвключаемыми резисторами имеют ряд особенностей, среди которых можно выделить как достоинства, так и недостатки.

Во-первых, производителями электрооборудования успешно налажен выпуск данного типа аппаратов.

Во-вторых, требуемая величина сопротивления резисторов может зависеть от количества шунтирующих реакторов, подключенных к ЛЭП.

В-третьих, при шунтировании резистора, установленного в выключателе, возникает новая апериодическая

составляющая, которая может препятствовать переходу тока через ноль.

Величину сопротивления предвключаемого резистора необходимо выбирать, исходя из двух условий: быстрое затухание апериодической составляющей тока и отсутствие больших по величине апериодических составляющих при переходном процессе после замыкания главных контактов выключателя.

Для этого необходимо выполнить серию расчетов с разными величинами сопротивлений и разным временем их действия в цепи. По некоторым данным, время действия резисторов в цепи составляет 10 мс, а их величина лежит в диапазоне 150 - 300 Ом.

Ниже, в табл. 3, приведены коммутации, в которых время до первого перехода тока через ноль было наибольшим.

На рис. 2 представлена осциллограмма тока фазы А при однофазном включении, двух реакторах по концам линии и сопротивлении предвключаемого резистора 150 и 300 Ом.

На основании полученных данных можно рекомендовать установку выключателей с предвключаемыми резисторами с сопротивлением порядка 300 Ом и временем действия около 10 мс. Возникающая при замыкании главных контактов выключателя апериодическая составляющая незначительна и опасности для выключателя не представляет.

В. Устройства управляемой коммутации

Для уменьшения начального значения апериодической составляющей могут применяться устройства управляемой коммутации, позволяющие производить включения вблизи от заданных моментов времени.

В действительности устройства управляемой коммутации не могут гарантировать включение в заданный

момент времени, поскольку механическая инерция привода, время движения контактов, момент предпробоя - все это зависит от множества факторов. В связи с этим устройства управляемой коммутации имеют значительную погрешность, исключить которую невозможно, и для ЛЭП с высокой степенью компенсации их использование не приведет к обеспечению перехода тока в выключателе через ноль к моменту возможного отключения.

С. Резисторы в нейтральных выводах ШР

Резисторы в нейтрали шунтирующего реактора позволяют кратковременно увеличить фазные сопротивления шунтирующих реакторов, что эквивалентно уменьшению добротности реактора. После коммутации ЛЭП резисторы должны быть зашунтированы для снижения потерь.

По рекомендациям класс напряжения резисторов, предназначенных для установки в нейтральные выводы фаз ШР, - 35 кВ.

Резистор следует вводить в цепь за 100 мс до пробного включения и шунтировать еще через 100 мс. Таким образом, суммарное время действия резистора в цепи составляет примерно 200 мс.

Оценка величины требуемого сопротивления происходила из следующих соображений:

• затухание апериодической составляющей до

величины периодической должно произойти

не более чем за 50 мс;

• принято, что апериодическая составляющая должна затухнуть до |1 - К\/п_т от своей максимальной

величины, где К - коэффициент компенсации, п_т - количество реакторов;

• напряжение на резисторе должно соответствовать классу 35 кВ.

Параметры для выбора резистора в нейтраль реактора:

Ниже, в табл. 4, приведены коммутации, в которых время до первого перехода тока через ноль было наибольшим.

На рис. 3 представлена осциллограмма тока фазы А при установке резисторов в нейтраль реакторов.

В результате получено, что при установке резисторов в нейтраль реакторов проблемы с отсутствием перехода тока через ноль не наблюдается.

й. Схемно-режимные мероприятия

Использование этого способа обеспечения успешного отключения ЛЭП заключается в определении порядка переключений в схеме до и после коммутации, обеспечивающего наименьшее значение апериодической составляющей и наибольшее возможное значение периодической составляющей тока в выключателе.

Список мероприятий может включать в себя:

• изменение местоположения ШР, в том числе и их переподключение на шины;

• включение линии без ШР с последующим вводом их в работу;

• включение линии с определенной стороны для включения ее активного сопротивления в контур протекания апериодической составляющей.

Первые два мероприятия могут быть достаточно эффективными для кабельных линий, где нет необходимости разрабатывать и проверять алгоритмы коммутаций в циклах АПВ.

Е. Программируемое отключение линии

Это мероприятие по успешному отключению ЛЭП выполняется средствами противоаварийной автоматики и основано на последовательном отключении фаз линии и реактора.

Так, может быть реализовано последовательное отключение:

• аварийной фазы ЛЭП;

• фаз реактора, подключенных к неповрежденным фазам ЛЭП;

• неповрежденных фаз КЛ для полного отключения ЛЭП.

С одной стороны, отключение ЛЭП подобным образом затягивает процесс отключения и последующего ввода в работу, с другой стороны, оно может стать достаточно эффективным решением проблемы именно для кабельных линий, для которых не предусматривается АПВ.

VI. Заключение

При рассмотрении коммутационных процессов в КЛ 330 кВ Пулковская - Южная установлено, что коммутирование линии сопровождается появлением длительно затухающих апериодических составляющих тока в реакторах, подключенных к КЛ на конечных подстанциях.

Анализ существующих способов обеспечения успешного отключения показал эффективность уменьшения добротности контура протекания апериодической составляющей.

По результатам рассмотрения основных коммутаций КЛ было определено, что требуемое сопротивление резисторов для обеспечения успешного отключения КЛ составляет 300 Ом при установке резисторов в выключатель и 178 Ом при установке в нейтрали шунтирующих реакторов.

В обоих случаях почти полное затухание апериодической составляющей происходит за один-два периода промышленной частоты, что позволяет обеспечить успешное отключение КЛ.

Источник: не определен.

Обсудить на форуме