6.3 Особенности выбора опн для ограничения внутренних перенапряжений в электрических сетях напряжением 110 - 750 кВ

Ограничитель, выбранный по наибольшему уровню напряжения в сети в точке его установки [5], должен быть проверен на соответствие его временных допустимых повышений напряженгий квазиустановившимся перенапряжениям при различных видах коммутаций с учетом времени действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.

6.3.1 Квазиустановившиеся перенапряжения, их амплитуда и длительность.

Квазиустановившиеся перенапряжения, их амплитуда и длительность, определяющие выбор ограничителя, зависят от электрической схемы, в которой происходит коммутация, ее параметров, вида коммутации, места установки ОПН и т.п.

Для ОПН, устанавливаемых на шинах или трансформаторах (АТР), которые по схеме ОРУ не коммутируются вместе с линией или коммутируются с линией длиной не более 50 м, определяющими являются квазиустановившиеся перенапряжения на неповрежденных фазах при несимметричном к.з. на шинах подстанции. В этом случае амплитуда квазиустановившихся перенапряжений U_yU_ф, а длительность определяется временем действия релейной защиты, отключающей к.з.

Для ограничителей, установленных на линии, шунтирующем реакторе на линии или на присоединенных непосредственно без выключателей к линии трансформаторах, определяющими будут квазиустановившиеся перенапряжения:

- при трехфазном односторонненм отключении однофазного к.з. на противоположном конце линии;

- при трехфазном одностороннем отключении линии при действии автоматики прекращения асинхронного хода;

- при неполнофазных режимах одностороннего включения или отключения линии с подключенными к ней шунтирующими реакторами, трансформаторами, автотрансформаторами.

Длительность существования вышеуказанных перенапряжений принимается следующей:

- для коммутации одностороннего отключения однофазного к.з. принимается длительность равная времени каскадного отключения линии по ее концам при действии первых и последних ступеней линейных и трансформаторных релейных защит, в среднем 4 с;

- при трехфазном отключении асинхронного хода при действии второй ступени автоматики от повышения напряжения с уставкой по напряжению (1,2  1,3)U_н/ длительность принимается равной от 0,5 до 1,0 с, при действии первой ступени с уставкой - до 5  10 с;

- при резонансных перенапряжениях, возникающих во время ОАПВ линий с реакторами, длительность перенапряжений принимается равной продолжительности бестоковой паузы 1  2 с;

- при неполнофазных коммутациях линии с подключенными к ней трансформаторами (АТР) длительность перенапряжений принимается равной времени действия устройства резервирования отказа выключателей (УРОВ) или действия других защит.

Расчет амплитуд квазиустановившихся перенапряжений производится по методике, описанной в разделе 5 и приведенной в [1,6,7].

В схемах, где линия может коммутироваться вместе с трансформатором или АТР, необходимо учитывать возможность появления переходного резонанса на 2-й и 3-ей гармонике. Условия появления переходного резонанса:

• для 2-й гармоники 1,6_св2,2;

• для 3-ей гармоники 2,4_св,

где _св – частота свободных колебаний; = 314 с^-1.

Причем, чем ближе значения _св к двойной или тройной промышленной частоте, тем выше значения высших гармоник.

Частота свободных колебаний в зависимости от расчетных условий определяется путем построения частотных характеристик [1,7]. В частности для схемы симметричного одностороннего включения линии частотная характеристика строится по формуле где L_c – индуктивность системы, - входное сопротивление линии по прямой последовательности.

Частота свободных колебаний находится при Z_э = 0 в точке пересечения частотной характеристики с осью абсцисс.

Значение напряжения при переходном резонансе можно определить, добавляя к значению амплитуды установившихся перенапряжений U_у при несимметричных коммутациях линий длиной 75-250 км, величину 0,3. Время существования такого режима принимается равным 0,3 с, 0,5 с и 0,70,8 с соответственно для линий 110-150, 220-330 и 500-750 кВ. При симметричной коммутации аналогично определяется значения перенапряжений для длин линий 150-350 км.

Особым случаем для сетей 110 кВ является неполнофазная коммутация линии с подключенными к ней трансформаторами с разземленными нейтралями на отдельных подстанциях при сохранения эффективного заземления нейтрали сети. Эти перенапряжения возникают при отказах фазы выключателя при включениях и отключениях линии головным выключателем или при обрывах проводов фазы воздушной линии или ее отпаек. Повышения напряжения обусловлены последовательным включением индуктивных сопротивлений намагничивания фаз трансформатора и емкости оборванной фазы линии.

Значения перенапряжений могут быть определены с помощью обобщенных зависимостей фазного напряжения на линии и напряжения на нейтрали трансформатора от тока намагничивания трансформатора I_н , представленных на рис.6.1.

Рис.6.1. Определение перенапряжений на емкости линии U_уф и на нейтрали

трансформатора U_ун при неполнофазном режиме линии 110 кВ

1 – обобщенная зависимость U^_ф =f(I^_); 2 – зависимость напряжения на емкости линии U^_фл= f(I^_); 3 – обобщенная зависимость U^_н=f(I^_)

Параметры зависимостей на рис.6.1 приведены в относительных единицах (о.е.): напряжения по отношению к номинальному фазному напряжению трансформатора; тока – по отношению к номинальному току намагничивания трансформатора (току холостого хода).

Зависимость напряжения на емкости линии рассчитывается по формуле

где у^(о) – удельная проводимость линии по нулевой последовательности, См; l – длина линии, км; I_н – номинальный ток намагничивания трансформатора, А; I^_ - ток намагничивания, о.е.; U_фн – номинальное фазное напряжение трансформатора, кВ.

Пересечение прямой U^_фл (2) с обобщенной зависимостью U^_ф (1) дает значение установившегося перенапряжения на линии – U_уф, а пересечение с зависимостью U^_н – соответствующее перенапряжение на нейтрали трансформатора – U_ун.

Эти перенапряжения могут существовать несколько часов, поэтому их длительность для дальнейших расчетов принимается равной 10⁴ с.