Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология передач и вставок постоянного тока. Ч.1. Общие принципы технологии передач и вставок постоянного тока. Учебное пособие
.pdf
находится регулятор тока выпрямителя. Переключение ответвлений
трансформаторов приводит к изменению напряжения холостого хода
преобразователей Uов и Uои. При этом участок внешней характеристики,
соответствующий постоянству угловой характеристики, перемещается
параллельно самому себе. Отсюда ясно, что переключение ответвлений
на выпрямителе приводит к изменению углов включения выпрямителя,
а переключения на инверторе вызывают изменения выпрямленного
напряжения.
Одно из важнейших требований, предъявляемых к регуляторам,
воздействующим на РПН трансформаторов, заключается в минимизации числа переключений, поскольку ресурс РПН ограничен. Это достигается отстройкой от колебаний регулируемых параметров в области
высоких частот, отстройкой от малых колебаний в области низких частот путем исключения возвратных переключений трансформаторов,
т. е. обеспечения такого управления, при котором единичное ступенчатое возмущение стационарного режима вызывает переключение трансформаторов только в одном направлении.
Отстройка от высокочастотных колебаний производится рациональным выбором времени наблюдения за регулируемым параметром,
необходимого для принятия решения о переключении. Увеличение
времени наблюдения позволяет снизить частоту, соответствующую
верхней границе полосы пропускания, и уменьшить число переключений. При этом следует учитывать, что с увеличением времени наблюдения возрастает длительность процесса регулирования при восстановлении требуемых значений режимных параметров.
Отстройка от малых колебаний осуществляется введением в регуляторы зоны нечувствительности. Наличие зоны нечувствительности
является необходимым условием для предотвращения автоколебательных режимов, постольку исполнительный орган рассматриваемых систем способен осуществлять только дискретное по уровню изменение
напряжения. Минимальная величина зоны нечувствительности определяется тем, насколько изменяется регулируемый параметр при переключении РПН на одну отпайку. Для уменьшения числа переключений
могут устанавливаться более широкие зоны нечувствительности, но такие, чтобы с учетом погрешностей первичных датчиков регулируемые
параметры не выходили за пределы длительно допустимых диапазонов,
задаваемых Исходными данными на разработку СУРЗА.
Подсистемы регулирования угла включения и выпрямленного
напряжения образуют двухсвязную систему, поскольку воздействие на
один из параметров может приводить к изменению другого. Это обстоятельство может вызывать, в частности, неоправданные переключения
51
ответвлений. Пусть, например, т. А (рис. 1.22) отвечает за режим с заниженными углами включения и завышенным выпрямленным напряжением. В этом случае для восстановления требуемых значений обоих параметров может оказаться достаточным уменьшение напряжения
холостого хода на инверторе подсистемой регулирования напряжения.
При независимой работе подсистем регулирования углов включения и
выпрямленного напряжения начнутся также и переключения в сторону
повышения напряжения холостого хода на выпрямителе. По мере снижения выпрямленного напряжения в результате переключений на инверторе может возникнуть необходимость переключений для снижения
напряжения холостого хода выпрямителя.
Для устранения подобных явлений принятие решений о переключении ответвлений должно производиться путем анализа ситуации на основе
совместной оценки значений углов включения выпрямителя и напряжения
на линии (отражено двунаправленной связью между РН и РУВ).
Запросы на переключение ответвлений, формируемые РН и РУВ,
могут быть реализованы только в том случае, если это не приводит к
выходу напряжений вентильных обмоток за допустимые пределы. Контроль за напряжениями вентильных обмоток осуществляют РВН.
Измерение напряжения вентильных обмоток, как правило, производится в РВН косвенным образом: измеряются напряжения на сетевых
(или третичных) обмотках трансформаторов и с учетом текущего положения РПН вычисляются напряжения на вентильных обмотках.
Весь диапазон длительно допустимых значений вентильных
напряжений разбивается на три зоны: две зоны запрета переключений и
располагающуюся между ними зону переключений. Зоны запрета примыкают к границам допустимого диапазона. Если на РВН поступает
внешний запрос на переключение и вентильные напряжения находятся
в зоне переключений, то запрос реализуется. Если напряжения находятся в зоне запрета и запрос на переключение изменяет напряжение вентильных обмоток в сторону ближайшей границы допустимого диапазона, то этот запрос игнорируется. Если по какой-либо причине
напряжение вентильных обмоток вышло за границы длительно допустимых значений, то РВН осуществляет переключения до тех пор, пока
эти напряжения не достигнут ближайшей зоны запрета.
52
1.4. Система защиты и автоматики ППТ и ВПТ
на базе преобразователей тока
1.4.1. Основные задачи системы защиты и автоматики
Основным назначением релейной защиты ППТ (ВПТ), как и любой
электрической системы, является выявление аварий и ненормальных
режимов работы и их ликвидация путем автоматического отключения
соответствующих элементов или изменения режима работы.
Бесперебойная работа ППТ (ВПТ) обеспечивается также рядом автоматических устройств. К ним относятся автоматика повторного
включения (АПВ) отдельных элементов, автоматика реверса, автоматика оперативного управления элементами и другие виды автоматики.
Основным назначением устройств автоматики является выполнение
всех операций, необходимых для отключения или включения элементов
ППТ и ВПТ.
Релейная защита и устройства автоматики в своем взаимодействии
образуют систему защиты и автоматики ППТ (ВПТ).
Преобразовательные подстанции электропередач и вставки постоянного тока включают в себя, кроме собственно оборудования постоянного тока, еще много обычных для энергосистем элементов. К ним относятся силовые трансформаторы, синхронные или статические
компенсаторы, конденсаторные батареи, выключатели, разъединители,
сборные шины, система собственных нужд и другие. Эта часть подстанций оснащается обычными релейными защитами, которые практически
не имеют особенностей по сравнению с соответствующими защитами,
применяемыми в энергосистемах.
СЗА как подсистема СУРЗА относится к тем элементам, которые
являются характерными именно для объектов постоянного тока. В зону
действия СЗА входит оборудование, расположенное на стороне постоянного тока, т. е. включенное между вентильными обмотками трансформаторов выпрямителя и инвертора. Сюда в первую очередь относятся: сами преобразовательные мосты с вентилями и устройствами
демпфирования и симметрирования, разрядники и ограничители перенапряжений, сглаживающие реакторы, для ППТ – линия постоянного
тока, линии к выносному рабочему заземлению и другое оборудование.
Основные особенности СЗА связаны с тем, что на стороне постоянного тока нет выключателей, способных отключать поврежденный
элемент передачи. Функцию выключателей по размыканию цепи тока
выполняют управляемые вентили преобразователей. Поэтому основное
воздействие СЗА на ППТ (ВПТ) заключается в прекращении подачи на
вентили импульсов управления или в изменении углов включения вен-
53
тилей. Это воздействие осуществляется через систему автоматического
регулирования (САР).
Основные задачи СЗА или общие требования, предъявляемые к
СЗА ППТ (ВПТ), могут быть сформулированы следующим образом:
• обеспечение в аварийных режимах и переходных процессах вы-
полнения требований по ограничению воздействующих на оборудование токов и напряжений;
• обеспечение при ликвидации аварий максимальной локализации
и минимального снижения мощности передачи или вставки постоянного
тока, что достигается отключением только поврежденного элемента, автоматическим повторным его включением и т. п.;
• обеспечение максимального быстродействия при ликвидации
аварий, вызывающих протекание по оборудованию сверхтоков;
• обеспечение выполнения необходимых операций в нужной по-
следовательности при включении или отключении преобразователей
или любых других элементов ППТ (ВПТ) по командам от защит, местных ключей управления или от ключей управления, расположенных на
удаленном диспетчерском пункте.
1.4.2. Система ликвидации аварий в ППТ (ВПТ)
1.4.2.1. Отключаемые элементы ППТ (ВПТ)
Наименьшим по мощности элементом любого объекта постоянного
тока, который может быть отключен (с оставлением в работе ППТ
(ВПТ)), является двенадцатифазный двухмостовой преобразователь.
Из таких преобразователей формируется главная схема практически
любого ППТ (ВПТ). Главной схемой объекта и определяются те элементы, которые могут отключаться и включаться при работе ППТ (ВПТ).
Вставки постоянного тока, как правило, имеют несколько параллельно включенных (по переменному току) преобразовательных блоков
(ПБ). Каждый ПБ обычно состоит из двух преобразователей – выпрямителя и инвертора, поэтому отключить один преобразователь нельзя. Основным отключаемым элементом ВПТ является ПБ, следующая ступень – отключение всей вставки (всех ПБ).
В магистральных двухконцевых ППТ обычно преобразователь составляет полюс подстанции (под полюсом подстанции понимается все
оборудование, включенное между средней точкой подстанции и одним
из полюсов линий, т. е. в случае двухполуцепной ППТ полюс составляет
половину подстанции). В таком случае, как и в ВПТ, отключение одного
преобразователя невозможно, основным отключаемым элементом является полуцепь передачи (два преобразователя и линия). В полюсе под-
54
станции для увеличения мощности возможно параллельное включение
преобразователей (параллельные ветви). В такой схеме наименьшим отключаемым элементом является одна из параллельных ветвей (один из
преобразователей), следующая ступень – отключение полуцепи, последняя ступень – отключение передачи.
В многоподстанционных ППТ обычно возможно отключение одного полюса подстанции с продолжением работы полуцепи. В этом случае
наименьшим отключаемым элементом является двенадцатифазный преобразователь (в случае наличия в полюсе подстанции параллельных
ветвей – один из параллельных преобразователей). Следующая ступень
отключения после отключения полюса подстанции – отключение полуцепи передачи. Следует отметить, что при повреждениях на линии, в
многоподстанционной ППТ в некоторых случаях возможно отключение
участка линии между соседними подстанциями с отключением или без
отключения части преобразователей.
Особое место занимают отключения при повреждениях в общем
для каждой подстанции ППТ элементе – в средней точке подстанции.
Обычно средняя точка подстанции проектируется таким образом, чтобы
повреждения в ней могли ликвидироваться отключением части оборудования самого распредустройства средней точки (например, секции
шин средней точки) без отключения преобразователей и без снижения
мощности передачи.
1.4.2.2. Основные виды аварий на стороне постоянного тока
Все аварии, характерные для объектов постоянного тока, можно
разделить на 3 группы. К первой группе следует отнести аварии в зоне
двенадцатифазного преобразователя, которые могут быть ликвидированы отключением поврежденного преобразователя. (Эти аварии иногда
называют «Мостовыми».)
Вторую группу составляет аварии, охватывающие полюс преобразовательной подстанции ППТ. В случае, если полюс подстанции
состоит из одного преобразователя, аварии первой и второй групп практически совпадают. В большинстве случаев для ликвидации аварий второй группы требуется отключение полуцепи ППТ. Поэтому эти аварии
называют полуцепными. В многоподстанционной передаче может оказаться достаточным отключение только поврежденного полюса подстанции и сохранение в работе полуцепи. Ко второй группе иногда относят и аварии, связанные с повреждениями в распределительном
устройстве средней точки подстанции и в заземляющих линиях.
Третью группу составляют аварии, вызванные повреждениями на линии постоянного тока, их называют линейными авариями. Для ликвида-
55
ции таких аварий, как правило, тоже требуется отключение полуцепи.
В МППТ иногда достаточно отключить поврежденный участок линии.
Аварии первой группы, возникающие в зоне преобразователя,
можно разделить на два основных вида: аварии, вызванные перекрытиями изоляции, и аварии, связанные с нарушениями порядка чередования коммутаций вентилей.
Аварии с нарушениями изоляции в зоне преобразователя могут
быть вызваны срабатываниями разрядников без токоограничивающих
сопротивлений или перекрытиями изоляции. Такие повреждения могут
приводить к замыканиям типа полюс-фаза между одним из полюсов моста и фазой вентильной обмотки трансформатора, типа полюс-полюс
между полюсами моста или полюсами преобразователя, типа полюснейтраль между полюсом моста и нейтралью трансформатора.
На выпрямителе эти аварии вызывают протекание сверхтоков по оборудованию, на инверторе, как правило, перекрытия изоляции не сопровождаются большими аварийными токами.
Нарушения порядка чередования коммутаций вентилей обычно
приводят к работе преобразовательного моста либо в однофазном режиме, когда ток проводят два вентиля, присоединенные к одной фазе,
либо в двухфазном режиме, когда два вентиля, присоединенные к разным фазам, работают без коммутаций. Такие режимы работы моста могут быть либо кратковременными, когда после нарушения одной-двух
коммутаций преобразователь втягивается в нормальную работу, либо
периодически повторяющимися, как правило, ежепериодно, либо длительными, когда коммутации не возобновляются. На выпрямителе причинами нарушений коммутаций чаще всего бывают пропуски включения вентилей (из-за неисправностей в системе управления или по
другим причинам). На инверторе, кроме того, могут быть неуспешные
коммутации, так называемые «нехватки углов отключения», а также
преждевременные включения вентилей. Нарушения порядка чередования коммутаций вентилей как на выпрямителе, так и на инверторе, не
приводят к протеканию больших аварийных токов.
Наиболее характерными авариями второй группы, охватывающими
полюс подстанции, являются короткие замыкания на землю любой точки подстанции на стороне постоянного тока. Они могут быть вызваны
перекрытиями или пробоями главной изоляции, а также срабатываниями защищающих ее разрядников. Все перекрытия изоляции на землю в
зоне полюса преобразовательной подстанции могут быть разделены на
перекрытия типа полюс-земля, фаза-земля и нейтраль-земля. На выпрямителе перекрытия изоляции на землю вызывают протекание сверхтоков по оборудованию и через место перекрытия. В контур короткого
56
замыкания при этом входят все преобразовательные мосты, расположенные между точкой перекрытия и землей, их трансформаторы, а также оборудование средней точки – заземляющие линии и конденсаторные батареи. По мере удаления точки перекрытия от земли
увеличивается число преобразовательных мостов и трансформаторов,
охваченных аварией, т. е. меняются параметры контура КЗ. Существенное влияние на величину и длительность аварийных токов оказывают
параметры оборудования средней точки подстанции, в первую очередь
емкость конденсаторной батареи и индуктивность заземляющей линии.
На инверторе замыкания на землю, как правило, не вызывают протекания сверхтоков по оборудованию. Мосты, расположенные ниже
точки перекрытия, оказываются полностью зашунтированными дугой
перекрытия и не проводят ток.
К авариям в зоне подстанции относятся повреждения в распредустройстве средней точки и на заземляющих линиях (замыкания на землю на шинах СТ или на заземляющей линии), обрыв заземляющей линии. Характер аварийных процессов при этом существенно зависит от
схемы распредустройства СТ и от количества заземляющих линий. При
коротких замыканиях на землю оборудования средней точки постоянный ток, протекавший до этого через заземляющие линии, полностью
или частично переходит на место КЗ и защитное заземление подстанции, которое не рассчитано на длительное протекание рабочих токов.
Аварии третьей группы представляют собой повреждения на линии
постоянного тока. Самым вероятным видом повреждения на линии является замыкание полюса полуцепи на землю. Менее вероятны короткие замыкания между полюсами биполярной линии, падение опоры и
другие.
Рассмотренные выше аварии сопровождаются воздействием на
оборудование различных факторов. Основными из них и наиболее
опасными для оборудования, как и в любом другом энергообъекте, являются сверхтоки и перенапряжения; при этом требуется весьма быстрое выявление и ликвидация аварии.
Кроме этого, существуют специфичные для ППТ (ВПТ) воздействия при некоторых режимах (в первую очередь опасные для вентильных блоков). К ним относится так называемый зарегулированный
режим, когда преобразователи работают с большими углами включения или отключения; при этом оборудование подвергается скачкам
напряжения (резким изменениям с большой скоростью), перегружается
по току.
Другим таким режимом является так называемый режим минимального тока, когда преобразователи работают с малыми токами
57
нагрузки; при этом наибольшую опасность представляет вероятность
периодического прекращения тока (так называемый прерывистый режим), неуспешное включение и отключение вентилей. Поэтому допустимая длительность работы преобразователей в любом из этих двух
режимов существенно ограничена.
1.4.2.3. Система ликвидации аварий на стороне постоянного тока
На основании изложенных сведений об авариях на стороне постоянного тока и об отключаемых элементах ППТ (ВПТ) может быть предложена следующая основная система ликвидации аварий.
В ВПТ аварии первой и второй группы ликвидируются одинаково
(характер протекания аварий второй группы в ВПТ зависит от способа
заземления стороны постоянного тока – глухое или через токоограничивающие сопротивления; аварий третьей группы в ВПТ не бывает) – отключением преобразовательного блока.
В передачах постоянного тока возможны аварии всех трех групп.
При авариях первой группы, которые, как правило, локализуются в пределах двенадцатифазного преобразователя, отключается поврежденный
преобразователь. При наличии в полюсе подстанции параллельных ветвей отключается поврежденная ветвь специальным выключателем ветви
с предварительным прекращением тока через выключатель. Если полюс
подстанции состоит из одного преобразователя, в двухконцевой ППТ
производится отключение полуцепи, а в многоподстанционной – отключение поврежденного полюса с помощью специального выключателя (тоже в обесточенном состоянии).
При авариях второй группы производится отключение полуцепи в
двухконцевой передаче и отключение полюса подстанции – в многоподстанционной. При авариях третьей группы в двухконцевой ППТ отключается полуцепь, а в многоподстанционной возможно отключение
поврежденного участка линии.
Отключение преобразовательного блока в ВПТ, преобразовательной ветви, полюса подстанции или полуцепи (в ППТ) может сопровождаться автоматическим повторным включением (АПВ). Как показывает
опыт эксплуатации, при авариях первой группы АПВ эффективно при
нарушениях коммутаций, а также в режимах минимального тока и зарегулированном. Недостаточно аффективно АПВ при пробоях и перекрытиях изоляции оборудования подстанций. Практически не применяется
АПВ при авариях, сопровождающихся сверхтоками. Наиболее аффективно АПВ при авариях третьей группы (при КЗ на линии).
Особую группу аварий с точки зрения их ликвидации составляют
повреждения в распредустройстве средней точки (РУСТ). В большин-
58
стве случаев ликвидация этих аварий не приводит к снижению мощности ППТ. При перекрытиях на землю шин СТ или заземляющих линий,
как правило, оказывается достаточным кратковременно включить заземляющий выключатель (ВЗ), подключенный к шинам СТ, для перевода тока с места перекрытия на ВЗ, т. е. производится включение ВЗ с
последующим автоматическим повторным его отключением (АПО). Если РУСТ имеет не менее двух секций шин, то при неуспешном АПО ВЗ
производится отключение поврежденной секции. И лишь в некоторых
редких случаях, когда не удается ликвидировать аварию в пределах
РУСТ, приходится отключать полуцепь или даже всю ППТ.
1.4.3. Структурная схема системы защиты
и автоматики (СЗА)
Для обеспечения принятой системы ликвидации аварий ППТ (ВПТ)
разрабатывается соответствующая система защиты и автоматики.
Структура СЗА зависит от вида и схемы ППТ (ВПТ).
Для вставок постоянного тока основным элементом СЗА является
СЗА преобразовательного блока. Каждый ПБ оснащается одинаковой автономной системой защиты и автоматики. Система защиты ПБ включает
в себя несколько основных элементов, обеспечивающих выявление аварий в зоне преобразовательного блока. Все выходные сигналы системы
защиты являются входными сигналами для автоматики управления ПБ
(АУБ). Автоматика управления блоком производит логическую обработку выходных сигналов защит и сигналов, поступающих от других систем
ПБ, включая ключи управления. По этим сигналам АУБ формирует команды, с помощью которых производятся в определенной последовательности все операции по включению и отключению преобразовательного блока, в том числе АПВ блока, если оно предусмотрено. Выходные
сигналы АУБ передаются в систему автоматического регулирования
(САР) и на соответствующие коммутационные аппараты – выключатели
трансформаторов, фильтровых батарей и т. п. Общеподстанционная система защиты и автоматики (СЗА ПС) не является необходимым элементом СЗА вставки постоянного тока. Наличие или отсутствие СЗА ПС зависит от мощности вставки, величины отношения мощности короткого
замыкания на шинах примыкающих энергосистем к мощности вставки и
от других причин. В задачу СЗА ПС входит защита оборудования ПБ от
перенапряжений (например, при разрыве связи вставки с приемной энергосистемой), предотвращение излишних срабатываний защит ПБ
(например, при коротком замыкании в одной из примыкающих энергосистем). При отсутствии СЗА ПС ВПТ все ее функции выполняют автономные СЗА преобразовательных блоков.
59
В биполярных ППТ полуцепи имеют одинаковые СЗА, поэтому в
дальнейшем рассматривается СЗА одной полуцепи. Общеподстанционной для биполярной передачи является СЗА распредустройства средней
точки и заземляющих линий. В соответствии с основной системой ликвидации аварий в СЗА полуцепи могут быть выделены следующие элементы:
• система защиты двенадцатифазного преобразователя или пре-
образовательной ветви;
• система защиты полюса подстанции;
• система защиты воздушной линии (ЗЛ);
• автоматика преобразовательной ветви (АВ);
• автоматика управления полуцепью (АУП).
На рис. 1.23 и 1.24 приведены структурные схемы СЗА соответственно для вставки постоянного тока и для одной полуцепи биполярной передачи постоянного тока (для общности рассмотрена схема полюса подстанции с параллельными ветвями). Ниже описывается
назначение отдельных защит, входящих в состав вышеуказанных систем защиты.
ЗСТ – защита от сверхтоков. Предназначена для защиты оборудования выпрямительных и инверторных мостов ПБ ВПТ или двенадцатифазного преобразователя ветви ППТ от больших аварийных токов,
возникающих при перекрытиях и повреждениях внутримостовой или
главной изоляции.
ЗНК – защита от нарушений коммутаций вентилей двенадцатифазного преобразователя в составе ПБ ВПТ или ветви ППТ. Предназначена
для защиты от аварийных режимов с устойчивым нарушением порядка
чередований коммутаций вентилей, не сопровождающихся протеканием
сверхтоков.
ЗМТ – защита минимального тока. Предназначена для защиты вентильных блоков от длительного существования режима минимального
тока, включая режим прерывистого тока.
ЗЗР – защита от зарегулированного режима. Предназначена для
предотвращения длительной работы преобразователей с увеличенными
углами включения.
ЗЗ – защита от замыканий на землю основного оборудования преобразовательного блока, преобразовательной ветви или полюса подстанции.
ЗПН – защита от повышения напряжения, в том числе при разрыве
связи с приемной энергосистемой преобразовательного блока ВПТ во
время его работы.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]