2020-04-07
132
Электропередач от коммутационных и резонансных
Перенапряжений
Использование в электропередаче одной или нескольких установок продольной емкостной компенсации (УПК) приводит к перенапряжениям, возникающим на поврежденных фазах в переходном режиме после разрыва электропередачи, вызванного отключением аварийного участка. Приводящий к перенапряжениям аварийный процесс распадается на два этапа: режим короткого замыкания, в ходе которого падение напряжения от аварийного тока приводит к перенапряжениям на конденсаторах УПК, и переходный режим после разрыва электропередачи, вызванного отключением ее аварийного участка. В ходе этого переходного процесса возникают как коммутационные, так и резонансные, при делении частоты, перенапряжения относительно земли, которые локализуются на участке между УПК и выключателем, отключившим аварию (на схеме рис. 4.5.а это точка присоединения Xp3). В зависимости от схемы подстанции перенапряжения могут воздействовать на изоляцию компенсационных реакторов, силовых трансформаторов и другого оборудования, которое подключено к этим шинам.
|
|
|
Особенности коммутационных и резонансных перенапряжений в продольно- и поперечнокомпенсированных передачах таковы: Если ВЛ оборудована УПК, то цепь статоров генераторов электрических станций представляет колебательный контур. Вследствие этого изменяется характер свободных составляющих тока короткого замыкания. Апериодическая составляющая заменяется медленно затухающими свободными колебаниями. К моменту отключения к.з. на батарее УПК будет повышенное напряжение UСО (рис.4.5.а). Вследствие этого величина коммутационных перенапряжений, воздействующих на реактор XpЗ после гашения выключателем В2 тока короткого замыкания будет больше, чем в электропередачах, необорудованных УПК. Амплитуда этих перенапряжений слагается из трех составляющих: вынужденного напряжения частоты 50 Гц и двух свободных затухающих – низкочастотной и высокочастотной. Низкочастотная определяется колебательным контуром, состоящим из емкости батареи УПК и суммарной индуктивности XП линии передачи и реактора Xрз. Высокочастотная составляющая в основном определяется наименьшей из частот собственных колебаний ВЛ и источника питания. В первый момент после отключения выключателя В2 вынужденная и низкочастотная составляющая находятся в фазе друг с другом, а свободная высокочастотная – в противофазе с ними. В переходном режиме аварийного разрыва передачи вследствие ликвидации к.з. во всех случаях, когда длина участка линии 
, батарея УПК оказывается включенной между источником Э.Д.С. и имеющим нелинейную характеристику намагничивания компенсационным реактором. На схеме рис. 4.5.а это реактор Хрз. В таких нелинейных колебательных контурах при определенных условиях может возникнуть режим деления частоты на три (режим субгармонического резонанса), при котором полный период повторяемости токов и напряжений, действующих в электрической сети, в три раза превосходит период изменения Э.Д.С., питающей систему, следовательно, частота колебаний в режиме субгармонического резонанса равна 
. Деление частоты опасно как перенапряжениями, которые при этом возникают, так и значительными механическими воздействиями на реактор в виде динамических усилий и вибраций вследствие появления сверхтоков и низкочастотных потоков с большой амплитудой.
|
|
|
Вероятность возникновения режима деления частоты тем больше, чем меньше напряжение UL0 и чем больше напряжение UС0, показанные на рис. 4.5.б. Если на продольно- и поперечнокомпенсированной электропередаче возник режим деления частоты, то ограничители перенапряжений, установленные параллельно реакторам для зашиты последних от коммутационных и грозовых перенапряжений, не только не выполняют защитных функций, но и сами могут разрушиться (см. рис 4.5.а).
Система защиты продольно- и поперечнокомпенсированных электропередач должна решить две взаимосвязанные задачи. Необходимо исключить возможность существования режима деления частоты (режима субгармонического резонанса) и обеспечить такой же срок службы ОПН, как и в передачах без УПК. Обе эти задачи могут быть решены двумя путями.
Первый - это установка разрядника с уставкой k0, который должен в режиме к.з. шунтировать батарею УПК. UC0 при этом в послеаварийном режиме разрыва передачи выключателем В2 уменьшается до нуля, что исключает возможность реализации режима субгармонического резонанса, а коммутационные перенапряжения снижаются до уровня, присущего электропередачам без УПК.
Рис. 4.5. Однолинейная схема продольно- и поперечнокомпенсированной
электропередачи (а) и эпюра распределения напряжения вдоль линии в первый момент после погасания дуги в выключателе, отключающем аварийный участок или аварийную фазу (б):XC - емкостное сопротивление батaреи УПК;
XП - индуктивное сопротивление источника питания (станция, система);
lк.з - расстояние oт точки к.з. до батареи УПК в км; L и C- индуктивность и емкость ВЛ на 1 км; В1 и В2 - линейные выключатели
Второй способ защиты продольно- и поперечнокомпенсированных электропередач состоит в отказе от использования защитного разрядника и размещении компенсационных реакторов XP2 и XP3 по схеме, показанной на рис. 4.6. Здесь компенсационные реакторы вынесены за линейные выключатели В1 и В2, т.е. установлены не на шинах УПК, а непосредственно на участках ВЛ. Такое размещение реакторов исключает возможность режима деления частоты, так как при любом послеаварийном разрыве электропередачи батарея УПК не может оказаться между нелинейным реактором и источником Э.Д.С. Однако в схеме рис. 4.6 для защиты шин УПК от коммутационных и грозовых перенапряжений необходима установка двух дополнительных комплектов ограничителей ОПН-2 и ОПН-3.
Рис. 4.6. Размещение реакторов, при котором на продольно и поперечно компенсированной электропередаче невозможен субгармоничный резонанс. ОПН-2 и ОПН-3 дополнительные комплекты ограничителей, необходимые для защиты УП
