2.Защита от резонансных повышений напряжения.

2.1. Выявление и ликвидация резонансов в неполнофазных режимах электрических сетей 110-500 кВ.

Резонансные повышения напряжения при неполнофазных режимах возможны в схемах, когда выключатель коммутирует ВЛ с трансформатором в начале или на конце ВЛ. Такие схемы наиболее характерны для сетей 110 кВ, где на ВЛ имеются отпаечные трансформаторы. Неполнофазный режим в таких схемах возможен при неполнофазной коммутации выключателей, при обрыве провода ВЛ и т.д. Для возникновения резонансных повышений напряжения необходимо выполнение резонансных условий, определяемых емкостным сопротивлением линии (Х_л,) и индуктивностью ненагруженного либо малонагруженного трансформатора. Малой следует считать нагрузку, ток которой не превышает емкостной ток ВЛ. (см. табл.1.1.)

2.1.1. Расчетное определение возможности резонансов в неполнофазных режимах.

2.1.1.1. Возможность возникновения резонансных повышений напряжений должна быть определена для нормальных, ремонтных и послеаварийных режимов электропередач 110 кВ и выше.

2.1.1.2. При заземленной нейтрали трансформатора условия возникновения резонансных повышений напряжений определяются, исходя из емкостного сопротивления линии Х_л, индуктивности холостого хода трансформатора Х_µ и сопротивления нулевой последовательности трансформатора Х_ОТ. Резонансные повышения напряжения возникают при таких длинах ВЛ, для которых выполняются неравенства:

при одной отключенной фазе:

X_Т < X_л< X_μ

при двух отключенных фазах

X_л< 3X_ОТ

2.1.1.3. При изолированной нейтрали обмоток ВН трансформаторов 110 кВ вероятность феррорезонансных повышений напряжений велика и условие резонанса для неполнофазныхсхем с трансформаторами с изолированной нейтралью выполняются практически всегда.

2.1.2. Мероприятия по предотвращению неполнофазных резонансных режимов в сетях 110-500 кВ.

Резонансные режимы представляют серьезную опасность для основного электрооборудования подстанций и не должны допускаться в эксплуатации. Исходя из этого, следует рассмотреть возможность отказа от схем и режимов сети, которые, по результатам расчетов, могут приводить к резонансам.

2.1.2.1. Если к электропередаче 110 кВ подключены трансформаторы с изолированной нейтралью обмоток ВН, то рекомендуется заземлить нейтраль хотя бы одного трансформатора, при этом предпочтительно заземление нейтрали трансформатора на тупиковой подстанции.

2.1.2.2. В сетях, имеющих выключатели с пофазным приводом, и в тех случаях, когда их неполнофазные коммутации могут привести по расчетам к феррорезонансным повышениям напряжения, рекомендуется выполнить защиту от неполнофазных операций. Защита может быть собрана на блок-контактах выключателей и, в случае неполнофазной коммутации, должна отключать другие выключатели, обеспечивая снятие напряжения с резонирующего участка сети.

2.1.2.3. В схемах, где расчетом подтверждено наличие резонансных условий, рекомендуется выполнение защиты от повышения напряжений, уставки которой должны выбираться в соответствии с уровнями допустимых напряжений по ПТЭ или ГОСТ 1516.3 на оборудование (приложение 4).

Действие защиты может быть различным, в зависимости от схемы и режима сети. На тупиковых линиях рекомендуется отключение трансформатора либо всей линии. На магистрали с односторонним питанием может быть предусмотрено отключение только части трансформаторов, если расчетом показано, что, при отключении части трансформаторов резонанс может прекратиться и отключение остальных трансформаторов уже не требуется.

Расстройка резонанса может быть достигнута переходом от одностороннего питания электропередачи к двухстороннему.

2.1.2.4. На электропередачах с заземленной нейтралью трансформаторов возможно выполнение защиты, основанной на величине третьей гармоники в токе нейтрали трансформатора. Для реализации защиты может быть использован трансформатор тока, имеющийся или специально установленный в нейтрали трансформатора. Уставка по третьей гармонике определяется экспериментально для каждого типа трансформатора и должна быть менее допустимой длительности для расчетного повышения напряжения по ГОСТ 1516.3.

2.2. Предотвращение феррорезонанса в РУ 110-500 кВ с электромагнитными трансформаторами напряжения типа НКФ и выключателями с емкостными делителями напряжения.

2.2.1.Общие положения.

2.2.1.1. Резонансные повышения напряжения возможны при установке в РУ электромагнитных трансформаторов напряжения типа НКФ.

Резонансные повышения напряжения не возникают при установке в РУ емкостных трансформаторов напряжения типа НДЕ или электромагнитных трансформаторов напряжения типа НАМИ.

Параллельная работа электромагнитных трансформаторов напряжения типа НКФ с емкостными трансформаторами напряжения типа НДЕ или электромагнитными трансформаторами напряжения типа НАМИ недопустима, поскольку условия возникновения резонансных повышений напряжения определяется в этом случае трансформатором НКФ и, следовательно, не исключают появление феррорезонансных повышений напряжения.

2.2.1.2. Основной целью предотвращения и подавления феррорезонанса в схемах распределительных устройств 110-500 кВ, содержащих трансформаторы напряжения НКФ и выключатели с емкостными делителями напряжения, является исключение повреждений, как правило, трансформаторов напряжения 110-500 кВ типа НКФ и связанных с ними отключений шин и другого электрооборудования, а также обеспечение правильности действия АПВ шин и безопасности работы персонала.

2.2.1.3. Мероприятия по предотвращению феррорезонанса, как правило, должны проводиться в распределительных устройствах 110, 150, 220 и 330 кВ с электромагнитными трансформаторами напряжения типа НКФ и выключателями ВВБ и ВВДМ с емкостными делителями напряжения.

В распределительных устройствах 150, 220, 330 и 500 кВ с выключателями ВВН, ВНВ и др., в том числе и импортными, а также с разнотипными выключателями, мероприятия по предотвращению феррорезонанса проводятся после выполнения соответствующих расчетов, подтверждающих возможность возникновения феррорезонансных повышений напряжения.

2.2.1.4. При разработке мероприятий по предотвращению феррорезонанса следует предусматривать исключение его появления или подавление (при его возникновении) как при оперативных переключениях, так и автоматических отключениях выключателей от действия релейной защиты и автоматики.

2.2.1.5. Методика определения возможности возникновения феррорезонанса в РУ 150-500 кВ с электромагнитными трансформаторами напряжения типа приведена в приложении 5.

2.2.2. Способы предотвращения и подавления феррорезонанса в распределительных устройствах 110-500 кВ.

При проектировании распределительных устройств следует учитывать возможность феррорезонанса и предусматривать в проекте специальные мероприятия по предотвращению или подавлению феррорезонанса.

2.2.2.1.Основные мероприятия по предотвращению феррорезонансных повышений напряжений можно подразделить на несколько видов.

1. Замену трансформаторов напряжения НКФ на емкостные трансформаторы напряжения или на электромагнитные трансформаторы напряжения типа НАМИ.

2. Изменение емкости отключаемых шин. Этого можно достичь:

• увеличением емкости системы шин путем подключения к ним конденсаторов. Суммарная емкость их должна быть достаточной для вывода схемы из зоны, опасной с точки зрения феррорезонанса. Подключаться конденсаторы к шинам должны без выключателей. Если выключатели имеются, то они не должны отключаться при отключениях систем шин.

• введением. запрета на отключение одной из ВЛ, отходящей от шин РУ.

3. Шунтирование индуктивности НКФ введением запрета на отключение трансформатора или автотрансформатора. В этом случае на отключаемых шинах РУ остается оборудование, имеющее большую индуктивную проводимость относительно земли, что исключает возникновение феррорезонанса. Трансформатор должен иметь заземленную нейтраль обмотки, присоединенной к отключаемым шинам.

Проще всего такой запрет может быть выполнен на тупиковых линиях или трансформаторах, не имеющих источников питания с противоположного конца линии либо со стороны других обмоток трансформатора. Такие линии или трансформаторы могут вообще не отключаться от системы шин при ее аварийных отключениях, а также в некоторых случаях, и при плановых.

Если линия имеет источник питания с противоположной стороны, а трансформатор – со стороны обмоток других напряжений, то при отключениях систем шин нужно отключать трансформатор со стороны других обмоток, а линию – с противоположного конца. Для этого нужно перевести действие защит шин на выключатели других напряжений, либо передавать команду на отключение линии по соответствующим каналам связи.

В тех случаях, когда отключение линии с противоположной стороны либо трансформатора – со стороны других обмоток нежелательно из-за обесточивания потребителей (например, отпаечной ПС на отключаемой ВЛ), можно выполнять автоматическое повторное включение этой линии или трансформатора, но во время паузы АПВ должен отключаться выключатель этой линии или трансформатора со стороны отключаемой системы шин. Отключение указанного выключателя должно производиться примерно через 1 с после снятия напряжения с системы шин.

4. Применение специальных устройств, фиксирующих возникновение феррорезонанса и осуществляющих его подавление путем кратковременного включения резисторов во вторичные цепи трансформатора напряжения либо замыкания этих цепей накоротко. Расчет параметров резистора приведен в Приложении 5.

5. Осуществление АПВ шин может рассматриваться как дополнительное мероприятие для подавления феррорезонанса при их аварийных отключениях. В случае успешного АПВ феррорезонанс будет ликвидирован, однако после неуспешного АПВ он может возникнуть снова. Поэтому наличие АПВ уменьшает вероятность феррорезонанса на шинах, но не исключает его полностью.

6. Изменение порядка оперативных переключений в РУ по сравнению с типовым может предотвратить возникновение феррорезонанса в случаях, когда выводимая из работы система шин отключается несколькими выключателями. Рекомендуемый порядок операций при этом:

• отключение всех выключателей системы шин, кроме одного;

• отключение шинных разъединителей всех отключенных выключателей;

• снятие напряжения с системы шин отключением последнего выключателя.

Указанный порядок переключений имеет смысл при условии, что феррорезонанс на отключаемой системе шин невозможен при отключении его одним выключателем.

При оперативных отключениях систем шин можно использовать любой из описанных выше способов предупреждения феррорезонанса.

2.3. Резонансные повышения напряжений на второй гармонике в электропередачах 330-750 кВ с шунтирующими реакторами и мероприятия по их предотвращению и ограничению.

Повышение напряжения на второй гармонической при включении ВЛ с реактором возможно в схемах, где первая собственная частота схемы близка к 2.

При коммутации ВЛ в магнитном потоке питающего трансформатора появляется апериодическая составляющая, которая приводит к возникновению в токе намагничивания четных и нечетных гармонических. Гармонические составляющие вызывают на элементах схемы падение напряжения, что эквивалентно введению в схему продольных ЭДС различных гармонических. Если собственная частота схемы близка к одной из частот в токе намагничивания, то возникает резонансное повышение напряжения на этой гармонической.

На возникновение второй гармоники существенно влияют следующие основные факторы:

1. Величина питающего напряжения. Чем выше величина эквивалентной ЭДС системы, тем выше вероятность возникновения и уровень напряжения на второй гармонической. Из этого следует, что при плановом включении электропередачи с шунтирующими реакторами необходимо максимально понизить напряжение на шинах, к которым подключается ВЛ.

2. Мощность питающей системы, которая характеризуется величиной предвключенного реактанса сети, приведенного к напряжению коммутируемой ВЛ (X₁). При величине X₁ меньше 100 Ом резонанс на вторую гармонику практически не развивается. Следовательно, включение ВЛ с реакторами необходимо проводить от шин более мощной из систем, которые она соединяет.

3. Возникновение и величина повышения напряжения ВЛ второй гармоники существенно зависит от величины апериодической составляющей тока шунтирующего реактора, которая возникает при включении ВЛ и зависит от фазы включения выключателя относительно ЭДС сети. При включении в максимум напряжения ЭДС повышения напряжения при возникновении второй гармонической минимальны, при включении вблизи нуля напряжения (максимум ток) повышения напряжения максимальны. Поскольку фаза включения выключателя относительно ЭДС случайна, то при прочих равных условиях случайна и величина повышения напряжения на второй гармонической.

В наиболее неблагоприятных режимах величина и длительность существования повышений напряжений на второй гармонической может существенно превышать нормируемые ГОСТ 1516.3 (см. приложение 1) величины для электрооборудование. В этом случае ручная синхронизация невозможна и необходимо применять полуавтоматическое замыкание линии в транзит.

Полный цикл этих операций включает в себя:

• оперативное включение линии с заранее выбранного конца ВЛ

• контроль появления рабочего напряжения;

• фиксация отсутствия повреждения;

• улавливание синхронизма;

• автоматическое включение выключателя второго конца.

Таким образом, исключается длительный режим односторонне включенной линии и, соответственно, не развиваются опасные для электрооборудования повышения напряжения от второй гармоники.

Полуавтоматическое замыкание в транзит может быть выполнено с помощью штатных устройств.