Средства защиты от коммутационных перенапряжений

С целью ограничения опасных для оборудования коммутационных перенапряжений следует применять комбинированные РВ или ОПН, выключатели с предвключаемыми резисторами, электромагнитные трансформаторы напряжения или другие средства, а также сочетания их с мероприятиями по ограничению длительных повышений напряжения (установка шунтирующих и компенсационных реакторов, схемные мероприятия, системной и противоаварийной автоматики, в частности автоматики от повышения напряжения).

Коммутационные перенапряжения на шинах ПС 330, 500 и 750 кВ должны быть ограничены в зависимости от уровня изоляции оборудования.

Используемые меры снижения коммутационных перенапряжений можно разделить на три группы:

1. Меры ограничения вынужденной составляющей V коммутационных перенапряжений. К ним относятся: деление дальних линий электропередачи на участки длиной не более 250...300 км с подключенными к промежуточным точкам устройствами поддержания нормального уровня напряжения; применение трансформаторов с регулирующимся коэффициентом трансформации, шунтирующих реакторов и синхронных компенсаторов; выбор такой последовательности включения концов линии, при которой сначала линия подключается к шинам наиболее мощной подстанции, а затем - к шинам менее мошной подстанции.

2. Меры, направленные на ослабление переходной составляющей коммутационного процесса при включении линий. Сюда относятся установка шунтирующих сопротивлений в выключателях и «синхронное включение» выключателей с выбором такого момента включения, при котором обеспечиваются невысокие значения Х.

Ослабление интенсивности переходного процесса при включении линии можно достичь также путем введения на время коммутаций активных сопротивлений в цепь тока, протекающего по шунтирующим реакторам, например, включения резистора в нейтраль обмоток группы трехфазных реакторов.

3. Использование вентильных разрядников и нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН). Эти устройства поглощают в своих рабочих резисторах значительную часть энергии перенапряжений, что приводит к снижению их амплитуды.

Рассмотрим более подробно перечисленные выше меры борьбы с переходной составляющей перенапряжений при плановых включениях линии. Шунтирующее сопротивление в выключателе показано на рис. 4.18. Оно шунтирует часть последовательных разрывов выключателя и способно выдерживать полное напряжение, прикладываемое к контактам выключателя. Включение линии начинается с замыкания контактов 1. Ток перезаряда емкости линии протекает при этом через резистор R_ш, благодаря которому переходный процесс на линии демпфируется, не создавая больших перенапряжений. Через 10....20 мс включаются контакты 2, выводящие шунтирующее сопротивление из силовой цепи. На этом этапе также возможен переходный процесс, но при правильно выбранной величине R_ш и он не вызывает больших перенапряжений. Оптимальное значение величины R_ш составляет приблизительно 2Z_e, т.е. 600...1200 Ом. С учетом возможности включения выключателя на короткозамкнутую линию, необходимо обеспечить, помимо электрической прочности, достаточно высокую термическую стойкость шунтирующего сопротивления.

Рис 4.18.  Выключатель с шунтирующими сопротивлениями

Расчеты показывают, что с помощью шунтирующих сопротивлений возможно ограничить расчетный коэффициент перенапряжений при плановых включениях линий до величины Х=1,6. Более глубокое ограничение перенапряжений возможно путем применения в одном выключателе нескольких шунтирующих сопротивлений, включаемых в цепь питания линии последовательно во времени.

Рис. 4.19. Зависимость коэффициента перенапряжений Х от фазы

включения линии ψ_е при U₀=0, δ=R_ш/(2L)=30 1/c: 1- ω`=7ω; 2- ω`=1,5ω

 

«Синхронное включение» линии может осуществляться включателем, снабженным устройством для выбора момента включения с определенной фазой напряжения источника питания. Это может быть электронная или микропроцессорная схема, следящая за напряжением питающей сети и подающая импульс, опережающий выбранный момент включения на время срабатывания привода и схождения контактов выключателя. Синхронное включение позволяет выбирать такую фазу питающей э.д.с. ψ_е,при которой коэффициент перенапряжений имеет минимальное значение (рис. 4.19). Эффективность синхронного включения, как меры ограничения перенапряжений, зависит в первую очередь, от стабильности времени срабатывания привода выключателя. При разбросе этого времени, не превышающем ±1 мс, возможно снижение коэффициента перенапряжений до Х =1,4.

Применение реакторов с искровым присоединением. Глухое присоединение реакторов, обеспечивающих снижение установившегося напряжения при коммутациях, имеет существенный недостаток. Он состоит в том, что глухое присоединение приводит к дополнительным потерям реактивной мощности в нормальных режимах передачи больших мощностей. Поэтому может быть применено включение реакторов через искровой промежуток, шунтированный выключателем (рис. 4.20).

 

Рис. 4.20. Схема электропередачи с реактором, включенным через

Искровой промежуток

 

При возникновении перенапряжений, превышающих уставку искрового промежутка U_np,последний пробивается и подключает к линии реактор, обеспечивая соответствующее снижение U_y. Для ограничения теплового воздействия дуги на электроды промежуток между ними шунтируют выключателем, включающимся от сигнала релейной защиты, которая срабатывает при появлении тока в реакторе. Эффективность действия реактора, подключаемого через искровое присоединение с точки зрения ограничения коммутационных перенапряжений тем больше, чем меньше пробивное напряжение U_v, искровых промежутков. Нижний предел пробивного напряжения искрового промежутка реактора выбирается по условию отстройки от срабатываний промежутка при повышении напряжения в режиме качаний. При этом учитывается разброс пробивных напряжений. Если принять возможное повышение напряжения при качаниях порядка (1,1...1,2) U_ф._max и разброс пробивного напряжения искрового промежутка 0,2 U_np (что отвечает открытому искровому промежутку), то нижний предел пробивного напряжения 0,2U_np ≈ (1,35... 1,5) U_ф._max.

Эффективность действия реактора с искровым промежутком зависит от характера переходного процесса. В табл. 4.3 приведены данные, показывающие влияние реактора на установившееся и максимальное напряжения.

Таблица 4.3.