16. Принципы действия и реализации автоматики несинхронного и быстродействующего трехфазного повторного включения элементов электрических сетей.
Несинхронное АПВ
Повторное включение линии электропередачи при НАПВ осуществляется без предварительной проверки синхронизма и происходит с произвольными углами между э. д. с. разделившихся источников питания. В таких условиях в синхронных машинах и трансформаторах могут возникать значительные электродинамические усилия, превышающие предельно допустимые.
В соответствии с ГОСТ конструкции всех синхронных машин должны выдерживать трехфазные к. з. на выводах при номинальной частоте вращения и напряжении, равном 1,05 номинального. Исходя из этого, допустимость применения НАПВ для синхронных машин определяется условиями:
;
.
где
,
,
,
– максимальные значения токов и
электромагнитных моментов при несинхронном
включении в наиболее неблагоприятный
момент времени и при к.з в указанных
выше условиях соответственно.
Максимальный ток
несинхронного включения имеет место
при угле между э. д.
с. генератора
и напряжением системы
и равен:
,
где
.
Значение тока
трехфазного к. з. на выводах генератора
.
Расчет токов и
моментов при несинхронном включении
проводится для наиболее тяжелого случая,
имеющего место при НАПВ, а именно:
значение
,
приведенное
к номинальной частоте, принимается
равным 1,5 для гидрогенераторов и 1,2 для
турбогенераторов. Это обусловлено тем,
что при отключении линии происходит
сброс нагрузки генератора и как следствие
увеличение частоты вращения ротора.
Значение напряжения на шинах энергосистемы
принимается равным
.
В связи с вышеизложенным, условие допустимости НАПВ по току:
для турбогенераторов
;
для гидрогенераторов
.
Расчеты показывают,
что максимум электромагнитного момента
имеет место при несинхронном включении
с углом
для турбогенераторов и
для гидрогенераторов. При указанных
значениях углов
условие допустимости применения НАПВ
по моменту на валу можно записать в
следующем виде:
для турбогенераторов
;
для гидрогенераторов
.
Сопоставление двух условий допустимости НАПВ показывает, что определяющим является ограничение по моменту.
Поскольку существует однозначная зависимость между током несинхронного включения с углом и значением максимального электромагнитного момента, а также ввиду сложности расчета моментов при разветвленной сети, его заменяют расчетами по току несинхронного включения.
Приняты следующие предельные кратности тока несинхронного включения:
для турбогенераторов с косвенным охлаждением и гидрогенераторов с успокоительными контурами
;
для турбогенераторов с непосредственным охлаждением и гидрогенераторов без успокоительных контуров
;
для синхронных компенсаторов
,
где периодическая
составляющая тока несинхронного
включения
определяется для всех генераторов и
компенсаторов при
.
Если отклонения напряжения и частоты от номинального значения заведомо не превышают ±5%, то значения допустимых токов при НАПВ могут быть увеличены на 35% для гидрогенераторов с успокоительными контурами и на 13% для турбогенераторов с косвенным охлаждением.
Силовые трансформаторы
и автотрансформаторы рассчитываются
на ток трехфазного к. з. на выводах с
учетом реактивного сопротивления
питающей сети, заданного согласно ГОСТ
11667-75 мощностями к. з.
этой сети, приведенными в таблице
U, кВ |
6-10 |
35 |
110 |
150 |
220 |
330 |
500 |
750 |
, МВ·А |
500 |
2500 |
15 000 |
20 000 |
25 000 |
35 000 |
50 000 |
75 000 |
При этом допустимый ток несинхронного включения для трансформаторов определяется по условию:
где
– напряжение к. з. трансформатора, [отн.
ед.];
,
,
– номинальные мощность трансформатора,
[МВ·А], ток, [кА], напряжение, [кВ];
– номинальное напряжение установленного
ответвления обмотки, [кВ];
– мощность к. з. питающей сети, [МВ·А];
– коэффициент, учитывающий возможность
повышения э. д. с. в условиях НАПВ:
На значения токов, проходящих при НАПВ в генераторах отделившейся электростанции или части энергосистемы, оказывает влияние местная нагрузка.
Другим важным вопросом, определяющим целесообразность применения НАПВ, является обеспечение результирующей динамической устойчивости. Возникающий в результате большого возмущения в энергосистеме асинхронный режим должен завершиться быстрой ресинхронизацией. При этом предполагается, что сохраняется также устойчивость основных нагрузок.
Если после НАПВ ресинхронизация не может быть обеспечена или недопустимо затягивается, необходимо предусматривать специальные мероприятия.
Поскольку повторное включение при НАПВ производится без проверки синхронизма, выполняются они аналогично устройствам АПВ линий с односторонним питанием.
Применение НАПВ требует принятия специальных мер для предотвращения неправильной работы устройств релейной зашиты под влиянием толчка тока несинхронного включения и в процессе асинхронного хода.
Быстродействующее АПВ (БАПВ)
При осуществлении
БАПВ используется принцип предотвращения
расхождения векторов э. д. с. по концам
линии на значительные углы за счет
сокращения времени бестоковой паузы.
Повторное включение линии в отличие от
НАПВ происходит с минимальной выдержкой
времени, необходимой только для
деионизации среды в месте повреждения.
Обычно полное время цикла БАПВ не
превышает (0,3–0,50 с/, и угол включения
ограничен относительно небольшим
значением (
).
В таких условиях не возникает значительных
толчков уравнительного тока и
обеспечиваются более легкие условия
восстановления установившегося режима.
При этом определяющим ограничением,
как и при НАПВ, является значение
электромагнитного момента на валу
генератора.
Угол включения при БАПВ определяется выражением
где
– начальный угол, обусловленный
нагрузкой, эл. град;
– время цикла БАПВ, [с];
,
– суммарные номинальные мощности
генераторов в разделившихся частях
энергосистемы, [МВт];
,
– суммарные постоянные инерции
разделившихся частей, [с];
– мощность, передаваемая по линии до
ее отключения, [МВт].
Время полного цикла БАПВ определяется выражением:
,
где
– время действия релейной защиты;
– время отключения выключателя;
– время бестоковой паузы, которое, как
уже отмечалось, согласуется только с
временем деионизации среды.
Допустимость применения БАПВ определяется по двум условиям:
1.Условие сохранения динамической устойчивости
,
где
– допустимое значение угла по условию
сохранения динамической устойчивости.
Успешное БАПВ в этом случае будет сопровождаться только затухающими синхронными качаниями.
2.Условие допустимости БАПВ по моменту на валу генератора:
,
где
– предельно допустимый угол, при котором
электромагнитный момент, возникающий
в генераторе, не превышает значения,
соответствующего к. з. на его выводах.
Получение в цикле БАПВ малой выдержки времени становится возможным при использовании быстродействующих защит (как правило, высокочастотных) и быстродействующих воздушных выключателей на обоих концах линии. Последние благодаря особенностям своей конструкции позволяют производить быстрое отключение и повторное включение поврежденной линии либо только с помощью контактов гасительных камер (выключатели с наружным ножевым отделителем), либо с помощью быстродействия воздухонаполненных отделителей в цикле «отключение-включение».
Время срабатывания устройств БАПВ обоих концов линии принимается одинаковым.
Ввиду малой продолжительности цикла БАПВ, оно наиболее эффективно только в случае быстропроходящих неустойчивых повреждений, таких как грозовые перекрытия изоляции и т. п. Вследствие этого целесообразно использовать устройства БАПВ в сочетании с другими видами устройств АПВ.
Так, на параллельных линиях может применяться сочетание БАПВ с другим видом трехфазного АПВ. При возникновении аварии в ремонтном режиме, когда отключена одна и аварийно отключается оставшаяся в работе вторая линия, происходит полное нарушение транзитной связи и действует устройство БАПВ. Если в работе находятся обе линии, то при повреждении на одной из них действует другое устройство трехфазного АПВ.
Кроме того, применение БАПВ целесообразно на одиночных транзитных линиях, например, в сочетании с однофазным АПВ, а также на сильно загруженных транзитных линиях, имеющих слабые параллельные связи. Отключение таких линий сопровождается нарушением устойчивости и возникновением асинхронного хода по оставшимся в работе слабым связям вследствие их перегрузки. Быстрое повторное включение в этом случае предотвратит нарушение устойчивости в обеспечит восстановление параллельной работы.