- •Обслуживание трансформаторов, автотрансформаторов и шунтирующих реакторов с масляной системой охлаждения
- •Номинальный режим работы и допустимые перегрузки
- •Охлаждающие устройства и их обслуживание
- •Включение в сеть и контроль за работой
- •Включение трансформаторов на параллельную работу
- •Определение экономически целесообразного числа параллельно включенных трансформаторов
- •Регулирование напряжения и обслуживание регулирующих устройств
- •Заземление нейтралей и защита разземленных нейтралей трансформаторов от перенапряжений
- •Уход за трансформаторным маслом
- •Обслуживание маслонаполненных вводов
- •Неполадки в работе трансформаторов
- •Обслуживание синхронных компенсаторов
- •Реактивная мощность
- •Назначение и режимы работы синхронных компенсаторов
- •Регулирование напряжения и системы возбуждения
- •Система охлаждения
- •Система водоснабжения
- •Система маслоснабжения
- •Пуск и остановка синхронного компенсатора
- •Осмотры и контроль за работой
- •Обслуживание коммутационных аппаратов
- •Выключатели
- •Масляные выключатели
- •Воздушные выключатели
- •Элегазовые выключатели
- •Техника операций с выключателями
- •Разъединители, отделители и короткозамыкатели
- •Техника операций с разъединителями и отделителями
- •Установки приготовления сжатого воздуха и их обслуживание
- •Трансформаторы тока
- •Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи
- •Конденсаторы и заградители
- •Разрядники и ограничители перенапряжений
- •Токоограничивающие реакторы
- •Силовые и контрольные кабели
- •Обслуживание распределительных устройств
- •Требования к распределительным устройствам и задачи их обслуживания
- •Шины и контактные соединения
- •Изоляторы высокого напряжения
- •Заземляющие устройства
- •Оперативная блокировка
- •Комплектные распределительные устройства внутренней и наружной установок 6-10 кВ
- •Комплектные распределительные устройства 110-220 кВ с элегазовой изоляцией
- •Обслуживание источников оперативного тока
- •Источники оперативного тока на подстанциях
- •Аккумуляторные батареи
- •Преобразователи энергии
- •Схемы аккумуляторных установок и распределения оперативного тока
- •Повреждения и утяжеленные режимы работы электрических сетей
- •Максимальная токовая и токовая направленная защиты. Максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения
- •Токовая направленная защита нулевой последовательности
- •Дистанционная защита линий
- •Продольная дифференциальная защита линий
- •Поперечная дифференциальная токовая направленная защита линий
- •Дифференциально-фазная высокочастотная защита линий
- •Дифференциальная токовая и другие виды защиты шин
- •Газовая защита трансформаторов
- •Устройство резервирования при отказе выключателей (уров)
- •Устройства автоматического повторного включения линий, шин, трансформаторов
- •Устройства автоматического включения резерва
- •Устройства автоматики на подстанциях с упрощенной схемой
- •Обслуживание устройств релейной защиты и автоматики оперативным персоналом
- •Фазировка электрического оборудования
- •Основные понятия и определения
- •Методы фазировки
- •Прямые методы фазировки
- •Косвенные методы фазировки
- •Несовпадение порядка чередования и обозначения фаз электроустановок при их фазировке
- •Оперативные переключения на подстанциях
- •Оперативные состояния оборудования
- •Организация и порядок переключений
- •Последовательность основных операций и действий при отключении и включении электрических цепей
- •Последовательность основных операций и действий при отключении и включении электрических цепей на подстанциях, выполненных по упрощенным схемам
- •Последовательность основных операций и действий на подстанциях с двумя рабочими системами шин при выводе одной из них в ремонт
- •Перевод присоединений с одной системы шин на другую без шиносоединительного выключателя в ру, где часть присоединений имеет по два выключателя на цепь
- •Последовательность операций при различных способах вывода в ремонт и ввода в работу после ремонта выключателей электрических цепей
- •Предотвращение аварий и отказов в работе оборудования
- •Замыкание фазы на землю в сетях, работающих с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов
- •Предупреждение отказов в работе выключателей и предотвращение угрозы их повреждения
- •Сокращение числа операций с шинными разъединителями
- •Недопустимость схем последовательного соединения делительных конденсаторов воздушных выключателей с трансформаторами напряжения серии нкф
- •Предупреждение аварий по вине оперативного персонала
- •Устранение аварий на подстанциях и в электрических сетях
- •Причины аварий и отказов
- •Источники информации и план действий персонала
- •Действия персонала при автоматическом отключении воздушных и кабельных линий
- •Действия персонала при автоматическом отключении трансформаторов
- •Действия персонала при автоматическом отключении сборных шин
- •Методы и приборы для определения мест повреждений на линиях электропередачи
- •Обучение персонала методам ликвидации аварий
- •Ведение оперативной документации на подстанциях
- •Оперативный журнал
- •Оперативная схема
- •Бланки переключений
- •Список литературы
- •Глава 1
- •Глава 32
- •Глава 52
- •Глава 75
- •Глава 91
- •Глава 105
- •Глава 115
- •Глава 145
- •Глава 152
- •Глава 170
- •Глава 179
- •Глава 190
Заземление нейтралей и защита разземленных нейтралей трансформаторов от перенапряжений
В современных энергосистемах сети 110 кВ и выше эксплуатируются с эффективным5 заземлением нейтралей обмоток силовых трансформаторов. Сети напряжением 35 кВ и ниже работают с изолированной нейтралью или заземлением через дугогасящие реакторы.
Каждый вид заземления имеет свои преимущества и недостатки.
В сетях с изолированной нейтралью однофазное замыкание на землю не приводит к короткому замыканию. В месте замыкания проходит небольшой ток, обусловленный емкостью двух фаз на землю. Значительные емкостные токи обычно компенсируются полностью или частично включением в нейтраль трансформатора дугогасящего реактора. Остаточный в результате компенсации малый ток не способен поддерживать горение дуги в месте замыкания, поэтому поврежденный участок, как правило, не отключается автоматически. Металлическое однофазное замыкание на землю сопровождается повышением напряжения на неповрежденных фазах до линейного, а при замыкании через дугу возможно появление перенапряжений, распространяющихся на всю электрически связанную сеть, в которой могут находиться участки с ослабленной изоляцией. Чтобы уберечь трансформаторы, работающие в сетях с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов, от воздействия повышенных напряжений, изоляцию их нейтралей выполняют на тот же класс напряжения, что и изоляцию линейных вводов. При таком уровне изоляции не требуется применение никаких средств защиты нейтралей, кроме вентильных разрядников, включаемых параллельно дугогасящему реактору.
В сетях с эффективным заземлением нейтрали (рис. 1.19) однофазное замыкание на землю приводит к короткому замыканию. Ток короткого замыкания (КЗ) проходит от места повреждения по земле к заземленным нейтралям трансформаторов Т1 и Т2 распределяясь обратно пропорционально сопротивлениям ветвей. Поврежденный участок выводится из работы действием защит от замыканий на землю. Через трансформаторы (ТЗ и Т4), нейтрали которых не имеют глухого заземления, ток однофазного КЗ не проходит.
С учетом того, что однофазное КЗ является частым (до 80% случаев КЗ в энергосистемах приходится на однофазные КЗ) и тяжелым видом повреждений, принимают меры по уменьшению токов КЗ. Одной из таких мер является частичное разземление нейтралей трансформаторов.
Нейтрали автотрансформаторов не разземляются, так как они рассчитаны для работы с обязательным заземлением концов общей обмотки.
Число заземленных нейтралей на каждом участке сети устанавливается расчетами и принимается минимальным. При выборе точек заземления нейтралей в энергосистеме руководствуются как требованиями релейной защиты в части поддержания на определенном уровне токов замыкания на землю, так и обеспечением защиты изоляции разземленных нейтралей от перенапряжений. Последнее обстоятельство вызвано тем, что все трансформаторы 110-220 кВ отечественных заводов имеют пониженный уровень изоляции нейтралей. Так, у трансформаторов 110 кВ с регулированием напряжения под нагрузкой уровень изоляции нейтралей соответствует стандартному классу напряжения 35 кВ, что обусловлено включением со стороны нейтрали переключающих устройств с классом изоляции 35 кВ. Трансформаторы 220 кВ имеют также пониженный на класс уровень изоляции нейтралей. Во всех случаях это дает значительный экономический эффект, и тем больший, чем выше класс напряжения трансформатора.
Выбор указанного уровня изоляции нейтралей трансформаторов, предназначенных для работы в сетях с эффективно заземленной нейтралью, технически обосновывается значением напряжения, которое может появиться на нейтрали при однофазном КЗ. А оно может достигнуть почти 1/3 линейного напряжения (например, для сетей 110 кВ около 42 кВ - действующее значение). Очевидно, что изоляция класса 35 кВ разземленной нейтрали нуждается в защите от повышенных напряжений. Кроме того, при неполнофазных отключениях6 (или включениях) ненагруженных трансформаторов с изолированной нейтралью переходный процесс сопровождается кратковременными перенапряжениями. Достаточно надежной защитой нейтралей от кратковременных перенапряжений является применение вентильных разрядников. Нейтрали трансформаторов 110 кВ защищаются разрядниками 2хРВС-20 с наибольшим допустимым действующим напряжением гашения 50 кВ.
Однако практика показывает, что на нейтрали трансформаторов могут воздействовать не только кратковременные перенапряжения. Нейтрали могут оказаться под воздействием фазного напряжения промышленной частоты (для сетей 110 кВ 65-67 кВ), которое опасно как для изоляции трансформатора, так и для разрядника в его нейтрали. Такое напряжение может появиться и длительно (десятки минут) оставаться незамеченным при неполнофазных режимах коммутации выключателями, разъединителями и отделителями ненагруженных трансформаторов, а также при некоторых аварийных режимах.
Рис. 1.19. Однофазное короткое замыкание в сети с эффективным заземлением нейтрали.
Неполнофазное включение ненагруженных трансформаторов. На рис. 1.20 показан трехфазный трансформатор с изолированной нейтралью. Из векторной диаграммы видно, что при симметричном напряжении сети и параметрах схемы токи намагничивания и магнитные потоки в сердечнике также симметричны, т. е. а напряжение на нейтрали равно нулю.
При пофазной коммутации трансформатора его электрическое и магнитное состояние изменяется. Включение трансформатора со стороны обмотки, соединенной в звезду, двумя фазами (рис. 1. 20, б) приводит к исчезновению потока Фс и появлению на нейтрали и на отключенной фазе напряжения, равного половине фазного:
Напряжение на разомкнутых контактах коммутационного аппарата
При подаче напряжения по одной фазе все обмотки трансформатора и его нейтраль будут находиться под напряжением включенной фазы. Между разомкнутыми контактами аппарата напряжение U=Uл.
В эксплуатации задержка в устранении неполнофазных режимов ненагруженных трансформаторов неоднократно приводила к авариям. Лучшей мерой защиты пониженной изоляции трансформаторов от опасных напряжений является глухое заземление их нейтралей. Поэтому необходимо перед включением или отключением от сети (разъединителями, отделителями или воздушными выключателями) трансформаторов 110-220 кВ, у которых нейтраль защищена вентильными разрядниками, глухо заземлять нейтраль включаемой под напряжение или отключаемой обмотки, если к тем же шинам или к питающей линии не подключен другой трансформатор с заземленной нейтралью.
Испытаниями установлено, что глухое заземление нейтрали трансформатора облегчает процессы отключения и включения намагничивающих токов. Дуга при отключении трансформатора горит менее интенсивно и быстро гаснет.
Отключение заземляющего разъединителя в нейтрали трансформатора, работающего нормально с разземленной нейтралью, защищенной разрядником, следует производить сразу же после включения под напряжение и проверки полнофазности включения коммутационного аппарата. Нельзя длительно оставлять заземленной нейтраль, если это не предусмотрено режимом работы сети. Заземлением нейтрали вносится изменение в распределение токов нулевой последовательности и нарушается селективность действия защит от однофазных замыканий на землю.
Схемы питания от одиночных и двойных проходящих линий 110-220 кВ подстанций, выполненных по упрощенным схемам, в настоящее время получили широкое распространение. Число присоединяемых к линии трансформаторов не регламентируется и доходит до четырех-пяти. Если к линии присоединены два трансформатора и более (рис. 1.21), то целесообразно постоянно (или на время производства операций) хотя бы у одного из них иметь глухое заземление нейтрали (трансформаторы Т2 и ТЗ на рис. 1.21). Это позволит избежать появления опасных напряжений на изолированных нейтралях других трансформаторов в случае неполнофазной подачи напряжения на линию вместе с подключенными к ней трансформаторами.
Так, при однофазном включении (фаза В) питающей линии под напряжение (рис. 1.22, а) в сердечниках отключенных фаз трансформатора с глухозаземленной нейтралью T1 замкнется магнитный поток ФB неотключенной фазы. Он наведет в обмотках фаз А и С примерно равные ЭДС взаимоиндукции ЕA и ес. Трансформатор T1 будет находиться в уравновешенном однофазном режиме.
При однофазной симметричной системе напряжений на линейных выводах трансформатора (сумма этих напряжений равна нулю) напряжение на незаземленной нейтрали Т2 относительно земли также равно нулю:
где
При двухфазном включении (фаз А и В) питающей линии (рис. 1.22, б) по сердечнику отключенной фазы замыкается суммарный магнитный поток ФA+ФB=-ФC, который наведет в обмотке отключенной фазы ЭДС взаимоиндукции EC, равную по значению и направлению напряжению фазы Uc, если бы она была включена. Таким образом, на линейных вводах всех подключенных к линии трансформаторов образуется симметричная трехфазная система напряжений, при которой напряжение на изолированной нейтрали трансформатора Т2 равно нулю:
где
Рис. 1.20. Полнофазный (а) и двухфазный (б) режимы включения ненагруженного трансформатора с изолированной нейтралью
Рис. 1.21. Схема питания ответвительных подстанций от проходящей линии
В сетях с эффективно заземленной нейтралью трансформаторы подвержены опасным перенапряжениям в аварийных режимах, когда, например, при обрыве и соединении провода с землей выделяется по тем или иным причинам участок сети, не имеющий заземленной нейтрали со стороны источника питания. На таком участке напряжение на нейтралях трансформаторов становится равным по значению и обратным по знаку ЭДС заземленной фазы, а напряжение неповрежденных фаз относительно земли повышается до линейного. Возникающие при этом в результате колебательного перезаряда емкостей фаз на землю перенапряжения представляют собой серьезную опасность для изоляции трансформаторов и другого оборудования участка.
В сетях с эффективно заземленной нейтралью на случай перехода части сети в режим работы с изолированной нейтралью от замыканий на землю предусматривают защиты, реагирующие на напряжение нулевой последовательности 3Uо, которое появляется на зажимах разомкнутого треугольника трансформатора напряжения при соединении фазы с землей. Защиты действуют на отключение выключателей трансформаторов с незаземленной нейтралью. Защиты от замыканий на землю в сети настраивают таким образом, чтобы при однофазном повреждении первыми отключались питающие сеть трансформаторы с изолированной нейтралью, а затем трансформаторы с заземленной нейтралью. На тех подстанциях 110кВ, где силовые трансформаторы не могут получать подпитку со стороны СН и НН, такие защиты от замыканий на землю не устанавливаются, не производится также и глухое заземление нейтралей.
Рекомендации оперативному персоналу. На основании изложенного оперативному персоналу могут быть даны следующие рекомендации.
При выводе в ремонт силовых трансформаторов, а также изменениях схем подстанций необходимо следить за сохранением режима заземления нейтралей, принятого в энергосистеме, и не допускать при переключениях в сетях с эффективно заземленной нейтралью выделения участков без заземления нейтралей у питающих сеть трансформаторов.
Во избежание же автоматического выделения таких участков на каждой системе шин подстанции, где возможно питание от сети другого напряжения, желательно иметь трансформатор с заземленной нейтралью с включенной на нем токовой защитой нулевой последовательности. В случае вывода в ремонт трансформатора, нейтраль которого заземлена, необходимо предварительно заземлить нейтраль другого параллельно работающего с ним трансформатора.
Без изменения положения нейтралей других трансформаторов производится отключение трансформаторов с изолированной нейтралью (трансформаторы старых выпусков с равнопрочной изоляцией выводов) или нейтралью, защищенной вентильным разрядником.
1.8