К вазистационарны е перенапряж ения редко достигаю т значений, приводящ их к пробою изоляции, поскольку уж е при проектировании сетей электроснабж ени я стремятся не допусти ть условий, при которых возможны такие ситуации. О днако с ростом вы нуж денн ой составляю щ ей напряж ения пропорционально ей увеличиваю тся и возм ож ны е амплитуды ком м утационны х перенапряж ений, а такж е затрудн яется работа защ итных разрядн иков и ОПН. П оэтом у квазистационарны е перенапряж ения сохраняю т важное значение при реш ении вопросов координации изоляции.
К вазистационарны е перенапряж ения возникаю т при временны х с точки зрения эксплуатации реж имах работы , неблагоприятны х сочетаниях парам етров сети и могут продолж аться до тех пор, пока не изменится схем а и реж им сети. Д лительность таких перенапряж ений - от долей секунды до десятков минут - ограничивается действием релейной защ иты или оперативного персонала. Н аиболее часто они появляю тся в несим м етричны х реж имах, при одноф азны х или двухф азн ы х к.з. на землю, разбросе действия или отказе фаз вы клю чателя.
Н апряж ение в разн ы х точках вдоль лини и (рисунок 26а) и на ш инах питаю щ ей п одстан ции м ож ет сущ ественно разл и ч аться. В больш инстве случаев на при ем н ом конце напряж ение оказы вается ниже, чем на питаю щ ем. В холостом реж име и при малой нагрузке, наоборот, возникает подъем нап ряж ения в конце линии. К ачественную сторону этого эф ф екта рассм отри м на примере сим м етричн ого реж им а трехф азной м н огократно транспони рованной линии. Н а рисунке 26,6 линия зам ещ ен а эк вивалентной П -схемой.
Если дли на линии не превы ш ает 300-400 км и утечка мала, то параметры Ял , һл , Ол и Сл с погреш ностью не более 3% можно определить по формулам:
где R’ ,X \ B * -п о го н н ы е (на единицу длины ) индуктивное сопротивление, ем костная проводим ость и активное сопротивление линии при пром ы ш ленной частоте для токов прям ой последовательности.
Рисунок 26 - Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы электропередачи и векторные диаграммы токов и напряжений в режиме
нормальной работы линии (в) и одностороннего питания (г) Н а рисунке 26, б обозначены также:
а) LH и - эквивалентны е параметры ген ератора в начале линии;
б) Р- м о щ н о с т ь нагрузки приемного кон ца линии;
Рл я R' ■/; L„ a X '-l/ea iG j, « 0 ;С Л « B ' - l /а;
ди„
LH R H Щ и Ьл Rji Р
В*
63
в) UH и и к - напряж ение в начале и в конце линии.
На рисун ке 26, в и г приведены векторны е д иаграм м ы токов и напряж ений в схем е (рисунок 26, б) для двух реж и м ов работы : передачи больш ой мощ ности и одностороннего питания линии (/’ = 0). В первом случае (рисунок 26, в) ток нагрузки , им ею щ ий активно-индуктивны й характер, создает на ин дуктивностях Ь„ и 1 , , падения напряж ения, вследствие чего напряж ение в конце линии UK оказы вается ниже, чем в начале U„, а напряж ение в начале линии Uп -м еньш е э.д.с. системы Е .
Во втором случае (рисунок 26, г) ток нагрузки 1тгр, имею щ ий активно-ем костны й характер, создает на индукти вностях, LH и Ьл , такие падения напряж ения, что напряж ение в конце лини и t/^оказы вается по модулю больш е Uн , а 11н - больш е Е .
Такое увеличен ие напряж ения на линии м ож но рассм атривать как приближ ение к резонансны м условиям. Чем ближ е низш ая частота собственны х колебаний схемы т' к частоте вы нуж даю щ ей э.д.с , тем больш е будет повы ш аться напряж ение на линии. Это явление назы ваю т емкост ны м эф ф ект ом , или эф ф ект ом Ф ерранти.
11.2 С хем а передачи при одностороннем п и тан и и р азл и ч н ы х реж имах работы
Схема одностороннего питания линии возни кает практически в процессе каж дого ее вклю чения и отклю чения, поскольку моменты коммутации вы клю чателей на разны х концах линии не совпадаю т.
Д лительность работы линий в реж име одностороннего питания при определенны х вклю чениях и отклю чениях по данны м опыта эксплуатации д остигает 20 минут в случае неавтоматической синхронизации. Во врем я АПВ или при други х автоматических коммутациях линий длительность этих интервалов обы чно значительно меньш е - порядка секунды. К оличественная оценка перенапряж ений емкостного эф ф екта ненагруж енной линии в сим м етричном реж име ее работы мож ет бы ть получена из рассм отрени я эквивалентной схемы рисунок 27. П итаю щ ая систем а здесь зам ещ ена по методу эквивалентного генератора источником э.д.с. Е с последовательно вклю ченным сопротивлением ZH.
В еличина Е приним ается равной напряж ению на питаю щ их ш инах, когда линия отклю чена. С опротивление ZH равно входному сопротивлению питаю щ ей системы относительно нач ала линии. В конце линии вклю чено сопротивление ZK, равное входном у сопротивлению приемной системы относительно конца линии. У становивш ийся реж им описы вается линейны м и диф ф еренциальны м и уравнениями:
-dU!dx = Z* ■l,-dIldx = Y'-U, (11.1)
Рисунок 27 - Эквивалентная схема для анализа перенапряжений вследствие емкостного эффекта длиной линии
где и(х) и /( * ) - ком плексное напряж ение и ток в точке х линии;
2 ' и У -к о м п л е к с н о е продольное сопротивлени е и поперечная проводимость на единицу длины линии, определяем ы е в сим м етричном реж име работы как парам етры прямой последовательности.
Согласно опы ту эксплуатации эн ергоси стем , перенапряж ения, возникаю щ ие на односторон не питаемы х лини ях 110-750 кВ вследствие емкостного эф ф екта, весьм а ограничены . В ч астности, на питаю щ ем конце разны х классов напряж ения они, как правило, не превы ш аю т \,ШФ, а на разом кнутом - 1 , 2 5 6 ^. О тносительно малы е повы ш ения напряж ения обусловлены небольш ой длиной линий, а такж е прим енением ряда мер защ иты от таки х перенапряж ений (использован ие ш унтирую щ их реакторов, програм м ированная послед овательность комм утаций вы клю чателей на линии, прим енение од ноф азного автоматического повторного вклю чения линии). С ледует отм етить, что, несмотря на малую величину перенап ряж ений , не представляю щ их непосредственной опасности для изоляции, необходим о приним ать все меры по их снижению , поскольку это обусловливает зам етн ое ум еньш ение комм утационны х перенапряж ений при вклю чении и отклю чении линии.
В этих ком м утациях напряж ение, возникаю щ ее на лини и вследствие емкостного эф ф екта, часто представляет собой начальны й или установивш ейся реж им коммутации.
В отдельны х случаях эти перенапряж ения м огут превы ш ать 1,25и ф.
Это возникает, как правило, при выходе из строя или наруш ении работы оборудования в пусковом реж име электропередачи , а такж е связано с ош ибками оперативного персонала (неправи льная очередность коммутаций вы клю чателей на электропередачах, ош ибочное отклю чение ш унтирую щ его р еактора перед коммутацией лини и и т. д.). Д лительность воздействия таких перенапряж ений на изоляцию определяется временем
работы релейной защ иты и изм еняется от десяты х долей секунды до единиц секунд.
П овы ш ение напряж ения на линии, связанное с емкостны м эф ф ектом, возм ож н о такж е в режиме передачи м а ло й мощности п р и двустороннем питан ии линии. Это повы ш ение оказы вается для больш ей части встречаю щ ихся схем незначительны м из-за небольш ой длины участка линии. О днако в тех случаях, когда лини я им еет больш ую длину или связана с ш инами подстанции ограниченной мощ ности, перенапряж ения на ней вследствие ем костного эф ф екта м огут достигать значительной величины . П ри этом для принудительного сниж ения перенапряж ений использую тся, как и при одностороннем питании линии, ш унтирую щ ие реакторы .
Н а линиях передачи ин огда возникаю т несим м етричны е режимы работы , при одноф азны х или двухф азн ы х зам ы каниях на землю . Кроме того, возм ож ны кратковрем енн ы е реж имы работы по одной или двум фазам линии в случае отказа двух или одной фазы вы клю чателей или неодноврем енности их действия (разброс срабаты вания фаз вы клю чателей). Т акие реж и м ы носят название неполноф азны х (од н о-и ли двухфазных).
О пы т эксп луатац и и сетей с эф ф ективны м зазем лением нейтрали показы вает, что подавляю щ ая часть (91...94% ) коротких замы каний в этих сетях являю тся одноф азны м и, 4...6% - двухф азны м и на землю и двухф азны м и, 2...3% - трехф азны м и. В ероятн ость отказа одной фазы вы клю чателя 110-500 кВ составляет около 3%, а одноврем енно двух фаз - около 0,1% . Больш инство воздуш ны х вы клю чателей в эксплуатации имеет разброс фаз в пределах до четы рех периодов промы ш ленной частоты , а м ногообъем ны е м асляны е - до 15 периодов.
П ри несим м етричны х коротких зам ы каниях и неполноф азны х реж имах в различны х точках сети возни кает повы ш ение напряж ения по сравнению с работой линии в сим м етричном реж име. Оно зависит от соотнош ения сопротивлений сети по прямой (Z, = Л, + j X 0), обратной ( Z 2 = R2 + j X 2) и нулевой ( z 0 = R0 + j X 0)п оследовательностям , вы численны х относительно точки несимметрии.
П ри отклю чении несим м етричны х коротких зам ы каний из-за неодноврем енного срабаты вания вы клю чателей по концам линии возникаю т реж имы одностороннего питания. В таких режимах происходит налож ение напряж ения, вы званного несим м етрией схемы, на рост напряж ения вследствие ем костного эффекта.
П овы ш ение напряж ения на линии из-за несим м етрии системы также мож ет возникать, как уже отм ечалось, и при неполноф азны х коммутациях вы клю чателей. В этом случае на невклю чивш ейся фазе появляется нап ряж ение, обусловленное электром агнитной связью между фазами. Если на линии отсутствую т силовы е трансф орм аторы или ш унтирую щ ие реакторы , напряж ение на невклю чивш ейся фазе обычно не
66
превы ш ает нап ряж ения на ней в сим м етричн ом реж име. Пр одностороннем питан ии (вы клю чатели В 2 в схем е (рисунок 28,£
отклю чены ) по лини и протекает м алы й по величине ток заряда линии преобладает электрическая связь м еж ду ф азами, которая учитываете вклю чением в схем е м еж дуф азны х ем костей Смф (1,„ -и н д ук ти вн ое!
питаю щ ей систем ы , Сф~ ем кость ф азны х проводов на зем лю ). Така зам ена линии сосредоточен ны м и ем костям и д ает возм ож ность найт при близительное значение напряж ения на невклю чивш ихся фазах бе учета его расп ред ел ен и я вдоль длины линии. С хема при запазды вани вклю чения одной фазы А вы клю чателя В1 (двухф азны й реж им работ линии) пред ставл ен а на рисунке28,б двух (В и С) фаз (режи одноф азного вклю чения) - на рисунке28, г. С оответствую щ ие расчетнь схемы приведены на рисунке28, в,д.
Т аким образом , приближ енны е оценки показы ваю т, что i н евклю чивш ихся ф азах при неполноф азны х ком м утациях выключателе на линии и на «здоровы х» ф азах при несим м етричны х короткі зам ы каниях появляю тся напряж ения, которы е м огут сущ ествен!
превы ш ать ф азное напряж ение линии. К вазистационарнь перенап ряж ения, возникаю щ ие на односторонне питаем ы х линиях щ наличии н есим м етричного короткого зам ы кания или при неполнофазнь ком м утациях, м огут зам етно превы ш ать напряж ения на них по сравнени с сим м етричны м реж имом .
Д лительная автом атическая регистрация перенапряж ений на линиях 500 кВ и 6 лини ях 220 кВ показала, что при соблю дении прав;
эксплуатац ии повы ш ение напряж ения на здоровы х ф азах п]
несим м етричны х коротких зам ы каниях не превосходит величины 1ДС С ущ ественно больш ее повы ш ение напряж ений возникает п неполноф азны х ком м утациях. Об этом свидетельствует, наприм<
автом атическая регистрац ия внутренних перенапряж ений на линии 2 кВ длиной 390 км с трансф орм атором мощ ностью 30 MB подклю ченны м на расстояни и 20 км от начала линии. М аксимальн п еренап ряж ения, полученны е за врем я регистрац ии, отмечены п вклю чении одной фазы, причем повы ш ение напряж ения по сравненик ее трехф азн ы м и вклю чениям и достигало в некоторы х случг трехкратны х величин.
Э ф ф ективной мерой борьбы с таким и перенапряж ениям и являег предотвращ ение неполноф азны х коммутаций. Э тому способств;
и спользование трехф азн ы х вы клю чателей в сетях 3-35 кВ, тщ ателы н астройка и своеврем енная проф илактика вы клю чателей, особег управляем ы х поф азно.
67
Рисунок 28 - Схема передачи при одностороннем питании в полнофазном (а), двухфазном (б,в) и однофазном (г,д) режимах работы
В сетях сверхвы сокого напряж ения эф ф ективной мерой снижения перенапряж ений неполн оф азн ы х реж имов является установка
«четы рехлучевы х» реакторов, т. е. трехф азн ы х реакторов, нейтраль которых при соедин яется к земле не непосредственно, а через дополнительное ин дуктивно-ем костное сопротивление. И ндуктивная составляю щ ая этого «зем ляного» сопротивления подбирается так, чтобы ском пенсировать ем кость сети для тока нулевой последовательности, а активная составляю щ ая пом огает погасить резонанс за счет сниж ения добротности контура нулевой последовательности. Такие реакторы помогаю т такж е снять с линии остаточны й заряд при ее отклю чении в режиме АПВ.
11 .3 Р езон ан сн ое см ещ ение нейтрали в сетях 3-35 кВ
В сетях с резонан сн о-зазем лен ной нейтралью установка дугогасящ их реакторов дает возм ож ность сущ ественно ум еньш ить ток в месте зам ы кания на землю . Вследствие этого дуга гаснет, и работа сети восстанавливается без отклю чения и наруш ения норм альной рабрты потребителя. О днако при отсутствии зам ы кания на зем лю подклю чение д угогасящ его реактора м ож ет вы звать резонансное см еш ение нейтрали, что обычно сопровож дается квазистационарны м и перенапряж ениям и.
12 Лекция. К вази стац и онарны е п еренапряж ения.
Ф ер рорезон ансны е перенапряж ения Содержание лекции:
1) В озникновение и протекание ф еррорезонансны х перенапряж ений;
2) Р асчетны е схем ы при ф еррорезонансах;
3) Графическое построение напряжений и тока при феррорезонансе.
Цели лекции: изучение теории возникновения феррорезонансных