Глава 5.Противоаварийная автоматика лекция №22 Назначение и классификация устройств противоаварийной автоматики

Развитие энергосистем и соединение их в крупные объединенные энергосистемы (ОЭС), сооружение сверхмощных ТЭС и ГЭС и протяженных сильно загруженных электропередач выдвинули ряд новых требований в части дальнейшей автоматизации управления режимами энергосистем. В связи с этим возникла необходимость: непрерывного контроля за режимами линий электропередачи, нагрузка которых может внезапно возрасти; выявления моментов отключения линий, сопровождающихся набросами мощности и опасными перегрузками параллельных линий, автотрансформаторов и другого оборудования; выявления моментов разрыва электропередач, нарушения устойчивости и характера возникшего при этом асинхронного режима. Опасность нарушения нормального режима может возникнуть также и при слабых возмущениях, например при медленном увеличении передаваемой по линии мощности, приводящем к нарушению статической устойчивости.

Нарушение нормального режима при больших возмущениях происходит весьма быстро, предотвратить и даже ликвидировать это нарушение действиями обслуживающего персонала практически невозможно. Для решения этой задачи используются различные средства ПА.

По своему назначению все устройства ПА можно разделить на несколько видов:

1) устройства автоматического предотвращения нарушения устойчивости параллельной работы (АПНУ);

2) устройства автоматической ликвидации асинхронного режима (АЛАР);

3) устройства автоматического ограничения повышения частоты (АОПЧ);

4) устройства автоматического ограничения снижения частоты (АОСЧ), в том числе автоматической частотной разгрузки (АЧР);

5) устройства автоматического ограничения снижения напряжения (АОСН);

6) устройства автоматического ограничения повышения напряжения (АОПН);

7) устройства автоматической разгрузки оборудования (АРО).

Автоматическое ограничение повышения напряжения.

В электрических сетях энергосистем возможны режимы, характеризующиеся перенапряжениями на электрооборудовании. Эти перенапряжения в основном вызваны внезапным изменением установившегося режима работы электроустановок, отключением электрических цепей, содержащих индуктивности, емкости, например ' линий, трансформаторов, установок продольной емкостной компенсации. Такие перенапряжения получили название внутренних (в отличие от атмосферных перенапряжений, источником которых являются грозовые атмосферные разряды).

Внутренние перенапряжения делятся на коммутационные и резонансные.

Коммутационные перенапряжения возникают в момент отключения электрических цепей, их действие кратковременно. Продолжительность коммутационных перенапряжений составляет доли секунды, максимум перенапряжений возникает в момент времени 0,01-0,03 с после начала коммутации. Амплитуда перенапряжений зависит от большого числа факторов: от момента коммутации, от быстродействия выключателей, от очередности отключения отдельных фаз выключателя.

Резонансные перенапряжения обусловлены наличием индуктивных и емкостных элементов, которые создают условия резонанса. Резонансные перенапряжения могут существовать более длительное время до тех пор, пока не будет изменена схема сети, не вступят в работу регуляторы возбуждения и напряжения, не подействуют другие устройства автоматики.

Основным средством ограничения коммутационных перенапряжений являются разрядники, ограничивающие уровень перенапряжений до допустимых значений. Так, например, в сетях 500 кВ установившееся значение перенапряжения в месте установки комбинированного разрядника не должно превышать 1,7 фазного напряжения.

Однако для изоляции электрооборудования опасными являются и меньшие уровни напряжения, если они существуют более длительное время, т.е. существует зависимость допустимых перенапряжений от длительности их воздействия. Допустимые уровни перенапряжений в зависимости от их длительности приведены в табл. 10.1.

На линиях 330—500 кВ не рекомендуется иметь длительные (свыше 20—30 мин) повышения напряжения сверх 1,15 фазного напряжения по условиям помех от короны на высокочастотные каналы связи, организуемые по этим линиям.

Основным средством ограничения резонансных перенапряжений являются шунтирующие реакторы, подключаемые к линиям электропередачи или к шинам подстанций. Включение шунтирующих реакторов приводит к ликвидации резонанса или к существенному его ослаблению.

Ниже будут рассматриваться только установившиеся перенапряжения резонансного характера и устройства автоматического ограничения данного вида повышения напряжения (АОПН).

Наиболее значительные повышения напряжения возникают при подключении линии к источнику напряжения только с одной стороны (режим одностороннего включения). Режим одностороннего включения линии может иметь место при включении линии для синхронизации, при этом длительность такого режима может составлять 5—10 мин и более. Этот режим может возникнуть также при аварийном отключении линии с одной стороны или при действии АШ на одной стороне линии.

Ориентировочную оценку перенапряжений в режиме одностороннего включения линии можно дать, используя Т-образную схему замещения линии (рис. 10.19,б), в которой Хс представляет собой эквивалентное сопротивление равномерно распределенной емкости линии относительно земли.

Ток в линии в режиме ее одностороннего включения определяется емкостной проводимостью линии относительно земли:

(10.7)

Напряжение на отключенном конце линии: (10.8).

Напряжение на включенном конце линии:

(10.9).

Из выражений (10.8) и (10.9) следует, что напряжение на отключенном и включенном концах линии электропередачи больше значения ЭДС энергосистемы Е1. Это повышение напряжения тем выше, чем меньше мощность питающей энергосистемы (больше сопротивление системы Х1) и чем больше длина линии. Указанные выражения показывают также, что напряжение в начале линии U1 меньше напряжения в конце линии U2. Данные соотношения напряжений иллюстрируются векторной диаграммой на рис. 10.19,в. Рассчитанные по выражениям (10.8) и (10.9) напряжения на линии могут значительно превышать ЭДС энергосистемы. Однако в реальных условиях уровень перенапряжений не превышает трехкратных значений. Уже начиная с напряжения (1,2 — 1,5) Uф на линии появляется корона, которая существенно изменяет характеристики линии электропередачи: значительно увеличивается активная проводимость линии и емкость линии относительно земли. Ниже рассмотрены схемы устройств автоматического ограничения повышения напряжения при одностороннем включении линии.