книги из ГПНТБ / Мельников, Н. А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ

Т а б л и ц а 10-8

способности комбинированных разрядников с магнитным гашением при воздей­ ствии коммутационных перенапряжений было достигнуто путем использова­ ния в качестве рабочего сопротивления влагостойкого вентильного материа­ ла — тервита, обладающего в несколько раз большей пропускной способно­ стью и в значительно меньшей степени подвергающегося старению по сравнению с применяющимся в разрядниках серии РВМГ вилитом. В то же время коэффициент нелинейности тервита несколько ниже, чем вилита (<х= =0,35-^0,38), вследствие чего остающееся напряжение на нелинейном тервитовом сопротивлении при прохождении расчетного импульсного тока пре­ вышает значения, допустимые по условиям координации изоляции при воз­ действии грозовых перенапряжений.

Для ликвидации этого противоречия была предложена показанная на рис. 10-14 схема комбинированного разрядника, который состоит из двух по­ следовательно соединенных частей — грозовой и коммутационной. В разряд­ нике имеются элементы трех типов: вентильные 1 , основные 2 и искровые 3 .

Грозовая часть комплектуется из показанных на рис. 10-15 основных элемен­ тов, содержащих колонку нелинейных последовательных сопротивлений и мно­ гократный искровой промежуток. Коммутационная часть состоит из после­ довательно включенных вентильных элементов, заполненных нелинейными последовательными сопротивлениями. Вентильные элементы шунтированы искровыми элементами, представляющими собой многократные искровые про­ межутки.

Пробивное напряжение промежутков коммутационной части выбирается таким образом, чтобы при возникновении грозовых перенапряжений и проте­ кании через разрядник импульсных токов искровые элементы пробивались

295

и шунтировали рабочие сопротивления. Таким образом, в процессе ограниче­ ния сопровождающего тока участвуют только рабочие сопротивления грозовой части, что позволяет снизить остающееся напряжение на разряднике, опреде­ ляемое последовательным сопротивлением основных элементов, до расчетных значений, обеспечивающих координацию с импульсными испытательными на­ пряжениями.

В режиме коммутационных перенапряжений токи через разрядник не пре­ вышают 1,0 и 1,5 кА соответственно для разрядников 330 и 500 кВ и поэтому искровые элементы не пробиваются, а сопровождающий ток через разрядник протекает через последовательные не­ линейные сопротивления основных и вентильных элементов. Как следует из изложенного, надежная работа комбинированных разрядников обес­ печивается только при правильной координации пробивного напряжения искровых элементов, которые не должны срабатывать при коммутаци­ онных перенапряжениях, с остающи­ мися напряжениями на вентильных элементах.

Основные электрические характе­ ристики разрядников серии РВМК-П приведены в табл. 10-9.

І І

т

I

I

£

296

* Амплитудные значения.

**При токе, определяемом расчетной кратностью внутренних перенапряжений.

***При токе 7 кА остающееся напряжение не более 1 500 кВ м акс-

Искровые промежутки и диски рабочих сопротивлении разрядников 330, 500 и 750 кВ должны выдерживать без повреждений, а искровые промежутки, кроме того, с последующим гашением сопровождающего тока любую из сле­

3/8 мкс;

в) 20 воздействий током 0,6 и 0,8 кА (для разрядников 330 и 500 кВ) длительностью 0,4 с от источника синусоидального напряжения 50 Гц.

Магнитно-вентильные разрядники серии РВТ. Существенное улучшение за­ щитных свойств разрядников достигнуто путем применения токоограничиваю­ щих искровых промежутков с растягиванием дуги сопровождающего тока и вводом ее в узкую щель между стенками дугогасительной камеры. В таких искровых промежутках дуга сопровождающего тока, находящаяся в узкой щели, под действием поперечного магнитного поля, которое создается катуш­ ками электромагнитного дутья, интенсивно деионизируется. При этом на искровой промежуток с узкой щелью при протекании через него сопровожда­ ющего тока приходится относительно большое напряжение: при ширине щели 1 мм около 60 В на 1 см длины дуги. Протекание через разрядник импульсно­ го тока вызывает падение напряжения на таких промежутках, пренебрежимо малое по сравнению с падением напряжения на рабочем сопротивлении. Это обстоятельство позволяет существенно уменьшить величину нелинейного по­ следовательного сопротивления вентильного разрядника, применить последо­ вательное сопротивление с меньшей нелинейностью, но с более высокой про­ пускной способностью, уменьшить сопровождающий ток разрядника. Таким образом, было достигнуто дальнейшее улучшение защитных характеристик разрядников, которые получили наименование магнитно-вентильных разряд­ ников серии РВТ.

В соответствии с ГОСТ 16357-70 для электропередач 330—500 кВ преду­ сматриваются следующие модификации магнитно-вентильных разрядников серии РВТ с токоограничивающнми промежутками, рассчитанные на номи­ нальный разрядный ток 10 кА:

1. Разрядники, предназначенные для ограничения грозовых перенапряже­ ний и некоторых видов коммутационных перенапряжений с токами небольшой величины, которые будут выполняться с защитным коэффициентом =^1,7 (первая группа) и с 7(эащ^2,1 (вторая группа).

2. Комбинированные разрядники, предназначенные для ограничения гро­ зовых и всех расчетных видов коммутационных перенапряжений.

Электрические характеристики магнитно-вентильных разрядников серии РВТ приведены в табл. 10-10 и 10-11.

Магнитно-вентильные разрядники для глубокого ограничения перена­ пряжений. Увеличение пропускной способности рабочих сопротивлений и от­ меченное выше значительное снижение вероятности возникновения комму­ тационных перенапряжений с высокой амплитудой позволяют более эффек­ тивно использовать магнитно-вентильные разрядники при условии, если отка­ заться от требования обязательного гашения разрядником дуги сопровож­

В соответствии с этим исходным условием восстановление электрической прочности искровых промежутков разрядника должно быть обеспечено при всех плановых и большинстве аварийных коммутаций, в результате которых возникает режим одностороннего питания линии. В случае особо неблаго­ приятного сочетания условий, при которых не произойдет гашения дуги, через разрядник будут протекать в течение нескольких десятых долей секунды токи коммутационных перенапряжений до момента отключения линии релейной защитой.

Разрядники, сконструированные на описанном выше принципе, получили

298

разрядники с наибольшим допустимым напряжением на 5—10% ниже указанного во вто­ рой графе. При этом пропорционально также должны быть снижены пробивное напряже­ ние при частоте 50 Гц, импульсное пробивное напряжение и остающиеся напряжения раз­ рядников при импульсных токах.

название разрядников-ограничителей. Основным требованием к разрядникамограничителям является термическая стойкость нелинейных последовательных сопротивлений, которая должна обеспечить надежную работу тервитовых ди­ сков во время протекания тока коммутационного перенапряжения. Кроме то­ го, восстанавливающаяся прочность искровых промежутков в коммутационных режимах должна приближаться к 100% при минимальном разбросе пробивных напряжений. Разрядники-ограничители должны длительно выдерживать рабо­ чее напряжение, составляющее 60—70% пробивного напряжения, и рассчиты­ ваться на повышенное количество срабатываний, примерно на порядок боль­ шее, чем обычные вентильные разрядники.

Разработаны конструкции комбинированных разрядников, предназначен­ ных одновременно для глубокого ограничения коммутационных и грозовых перенапряжений.

В грозовой части разрядника установлены искровые промежутки с вра­ щающейся дугой и рабочие сопротивления из тервита повышенной пропуск­ ной способности. Коммутационная часть разрядника шунтирована токоограиичивающими искровыми промежутками с растягиванием дуги сопровождаю­ щего тока, применяемыми для разрядников серии РВТ. Гашение дуги сопро­ вождающего тока в разрядниках как в коммутационном, так и в грозовом режимах обеспечивается промежутками с вращающейся дугой, что позволяет снизить защитное отношение разрядников в грозовом режиме при токе 10 кА до 1,5—1,6.

Применение разрядников-ограничителей позволит снизить на 20—30% уровень коммутационных перенапряжений, воздействующих на изоляцию ли­ ний электропередачи. Разрядники-ограничители прошли лабораторные и сете­ вые испытания и в течение нескольких лет находятся в опытной эксплуатации в сетях 220—330 кВ. Основные параметры комбинированных разрядников для

ма расстановки шунтирующих реакторов или в отдельных случаях увеличено их количество.

Защита трансформаторов и автотрансформаторов. Описанные выше меро­ приятия для ограничения коммутационных перенапряжений на открытом кон­ це линии одновременно обеспечивают снижение уровней перенапряжений, воз­ действующих на изоляцию, до значений, которые в большинстве случаев будут ниже испытательных напряжений электрооборудования, присоединенного непосредственно к шинам распределительных устройств. В то же время пол­ ностью не исключается вероятность появления на шинах коммутационных пе­ ренапряжений с повышенной амплитудой, которые могут возникнуть на отклю­ ченном со стороны сверхвысокого напряжения трансформаторе во время ком­ мутационных операций на среднем напряжении или в процессе отключения ненагруженных трансформаторов.

В связи с изложенными соображениями в сетях сверхвысокого напряже­ ния для защиты трансформаторов или автотрансформаторов, как правило,

302

предусматриваются магиитио-веитнльные разрядники серии РВМГ, которые в соответствии с их характеристиками разрешается устанавливать в тех точ­ ках сети, где при расчетных коммутациях длительные повышения напряжения не будут превышать 1,4 U ф.

Основное назначение разрядников серии РВМГ состоит в защите всего электрооборудования, в первую очередь трансформаторов и автотрансформа­ торов, от волн грозовых перенапряжений, приходящих с линии электропередачи, а также от кратковременных коммутационных перенапряжений, возникаю­ щих на шинах распределительных устройств. В отдельных случаях, когда результаты расчетов подтверждают возможность появления длительных повышений напряжения, превышающих по величине 1,4 <Уф, для защи­ ты трансформаторов и автотрансформаторов применяются разрядники серии РВМК-П.

Обмотки среднего напряжения трансформаторов и автотрансформаторов защищаются разрядниками серии РВМГ или РВС, а для защиты соединенных в треугольник обмоток низкого напряжения предусматриваются разрядники серии РВС, которые включаются между выводами обмоток и землей.

Методы глубокого ограничения внутренних перенапряжений. Разработка конструкций аппаратов и трансформаторов для электропередачи ультравысокого напряжения практически может быть осуществлена только при снижен­ ных испытательных напряжениях, соответствующих расчетной кратности внут­ ренних перенапряжений (1,5-И,8) £/ф. Поэтому глубокое ограничение внутрен­ них перенапряжений остается актуальной задачей, для решения которой про­ должаются исследования в различных направлениях.

В числе мероприятий для ограничения длительных повышений напряже­ ния рассматривается возможность применения управляемых реакторов с вра­ щающимся магнитным полем. В момент повышения напряжения вследствие нелинейности вольт-амперной характеристики резко увеличивается потребление реактивной мощности управляемым реактором. Чем выше степень нелиней­ ности вольт-амперной характеристики, тем интенсивнее реактор будет огра­ ничивать длительные повышения напряжения. Недостатком управляемого реактора с вращающимся магнитным полем является низкий уровень изоля­ ции. Поэтому его присоединение к линии ультравысокого напряжения в боль­ шинстве случаев может быть осуществлено только через специально предназ­ наченные для этой цели трансформаторы. Этот недостаток в некоторой сте­ пени компенсируется тем, что обмотки трансформаторов могут быть соедине­ ны по схеме «звезда с нулем — треугольник», что дает возможность снизить сопротивление нулевой последовательности и, следовательно, дополнительно ограничить длительные повышения напряжения при несимметричных комму­ тациях в аварийных режимах.

В случае применения шунтирующих реакторов с линейной вольт-ампер­ ной характеристикой эта же задача может быть решена, если будет разрабо­ тана конструкция реактора с дополнительной компенсационной обмоткой, соединенной в треугольник. При этом сопротивление нулевой последователь­ ности реакторной группы должно составлять 20—30% величины сопротивле­ ния прямой последовательности.

Возникает также необходимость в создании релейных защит, обеспечи­ вающих двустороннее отключение участка линии между подстанциями с ми­ нимальным интервалом времени. Выполнение этого условия позволит ограни­ чить перенапряжения на открытом конце линии только первым максимумом, который на 20—30% ниже последующих, успевающих появиться при дли­ тельности переходного процесса, соответствующей разбросам в действии высокочастотных защит, применяемых в настоящее время на линиях

500—750 кВ.

Применение электронных реле со временем действия в полпериода и менее и однопериодных синхронизированных выключателей позволит исключить не­ симметричные короткие замыкания из числа расчетных случаев при опреде­ лении уровней коммутационных перенапряжений.

Как уже отмечалось выше, коммутация отключения асинхронного хода может не учитываться при проектировании в случае создания специальной

303

Г л а в а о д и н н ад ц атая

ОСНОВЫ

РАСЧЕТОВ

РАБОЧИХ

РЕЖИМОВ

11-1 ЗАДАЧИ РАСЧЕТОВ

Здесь имеются в виду расчеты нормальных симметричных рабочих режимов при синусоидаль­ ном изменении токов и напряжений.

Расчеты установившихся рабочих режимов электросетей име­ ют целью, с одной стороны, проверку соответствия параметров режима предъявляемым требованиям, а с другой — выяснение возможностей дальнейшего улучшения условий работы сетей и потребителей. Таким образом, можно считать, что расчеты це­ лесообразно разделить на две в какой-то мере независимые группы: проверку допустимости параметров режимов по техни­ ческим условиям и получение экономически наивыгоднейших решений. В принципе можно предполагать и совмещение соот­ ветствующих расчетов. Однако большое количество переменных может привести к целесообразности их разделения.

Следует отметить, что приходится различать условия рас­ четов для существующих и эксплуатируемых сетей, с одной сто­ роны, и для вновь проектируемых — с другой. Обычно в послед­ нем случае обнаруживаются большие возможности по примене­ нию средств повышения экономичности, а поэтому могут рассматриваться и более общие задачи расчетов. В принципе при этом попутно приходится решать и эксплуатационные зада­ чи. Поэтому можно считать, что проектные задачи являются бо­ лее общими и более сложными. Во всех случаях сети сверхвысо­ ких номинальных напряжений имеют свою специфику при вы­ полнении расчетов рабочих режимов.

В частности, в этих сетях значительно более жесткие ограни­ чения накладываются на допустимые отклонения напряжения. Так, по условиям работы изоляции допускаются следующие по­ вышения напряжения сверх номинального: 10% — в сети 330 кВ;

305