3. Защита от повышений напряжений при оапв на электропередачах 330-750 кВ.

Применение ОАПВ существенно повышает надежность энергоснабжения. Успешное применение ОАПВ требует:

• определения времени погасания вторичной дуги и определение бестоковой паузы ОАПВ,

• определения восстанавливающегося напряжения на поврежденной фазе после погасания вторичной дуги,

• ограничение перенапряжений при повторном включении поврежденной фазы.

3.1. Выбор величины бестоковой паузы ОАПВ.

3.1.1 Бестоковая пауза ОАПВ для ВЛ СВН, независимо от номинального напряжения линии, определяется временем гашения тока подпитки (вторичной дуги). Опыты в сетях 330-750 кВ показали, что надежное гашение тока подпитки происходит при значении амплитуды установившегося тока подпитки I_п не превышающей 80А. Если расчетный ток подпитки превышает эту величину, то следует принять меры по снижению величины тока подпитки.

3.1.2. Основным средством уменьшения токов подпитки и восстанавливающихся напряжений после ее погасания является использование нулевых ре­акторов (НР), которые устанавливаются в нейтралях шунтирующих реакторов (ШР) и имеют специально подобранную величину реактивного сопротивления. Такая схема соединения ШР и НР носит название схемы четырехлучевого реактора.

3.1.3. Использование автоматического шунтирования фазы с повреждением (АШФ) не рекомендуется, так как требует дополнительного высоковольтного оборудования и специальной автоматики и снижения, надежности не имеет явных технико-экономических преимуществ по сравнению со схемой четырехлучевого реактора.

3.1.4. На ВЛ СВН с шунтирующими реакторами следует применять схему четырехлучевого реактора в следующих случаях:

• если амплитуда расчетного установившегося тока подпитки превышает 80 А_макс;

• если по соображениям устойчивости системы бестоковая пауза ОАПВ не должна превышать 1_с, а I_п превышает 45 А;

• если желательно обеспечить повышенную надежность гашения дуги подпитки при I_п ≤ 80 А.

3.1.5. Бестоковая пауза ОАПВ для ВЛ, независимо от номинального напряжения, наличия или отсутствия шунтирующих и нулевых реакторов выбирается по расчетной величине тока подпитки (I_п ) по кривой рис. 3.1.

3.1.6. Выбранная бестоковая пауза ОАПВ (t_ОАПВ) должна превышать время гашения дуги подпитки, заданное рис 3.1, на интервал, достаточный для восстановления прочности бывшего дугового канала до уровня, позволяющего ему выдержать воздействие коммутационного перенапряжения при повторном включении фазы ВЛ. Как показали опытные данные, при этом необходимо удовлетворить двум условиям:

• условию восстановления электрической прочности канала дуги к.з. после отключения последнего: t_ОАПВ ≥ 0,5 с;

• условию восстановления электрической прочности канала

• дуги после гашения тока подпитки: t_ОАПВ = t_гаш + 0,2 с.

Приведенная на рис.3.1 пунктирная зависимость отвечает обоим требованиям.

3.1.7. Как следует из рис.3.1, при превышении установившимся током подпитки, 90 А_макс, когда пауза ОАПВ должна превысить 2,8с, гашение дуги становится проблематичным и следует принимать меры по снижению тока подпитки.

Рис. 3.1. Время гашения дуги подпитки (с вероятностью 90%) и рекомендуемая бестоковая пауза ОАПВ для СВН в зависимости от амплитуды установившегося тока подпитки.

3.2. Определение токов подпитки на отключенной фазе линии.

3.2.1. При определении бестоковых пауз ОАПВ по рис.3.1. в качестве расчетного тока подпитки используется максимальная величина установившегося тока подпитки при металлическом КЗ., определяемая конкретными условиями конструктивного выполнения линии, размещения на ней шунтирующих реакторов и передаваемой в паузу ОАПВ мощности по оставшимся включенными фазам

3.2.2. При определении токов подпитки можно ограничиться рассмотрением металлического короткого замыкания на концах аварийной фазы, поскольку замыканиям в промежуточных точках линии отвечают заведомо меньшие токи подпитки.

3.2.3. При расчетах токов подпитки и восстанавливающихся напряжений можно исходить из предположения о бесконечной мощности примыкающих систем и принимать напряжения на шинах приемной и отправной подстанций равными наибольшему рабочему напряжению.

3.2.4. Максимальное значение угла сдвига фаз между напряжениями на шинах отправной и приемной подстанций определяется из расчета устойчивости системы. При отсутствии конкретных данных угол сдвига может приниматься равным удвоенной волновой длине линии по прямой последовательности (δ_max= 2λ₁), а время его достижения равным 0,6-1,0 с.

Для не полностью загруженных линий (Р ≤ 0,6 Р_нат) или линий, имеющих шунтирующие связи с пропускной способностью не менее пропускной способности данной ВЛ можно принимать δ_max = λ₁.

3.2.5. Расчет величины тока подпитки может производиться как с учетом реально выполненной транспозиции линии, так и считая линию симметричной по фазам. При наличии хотя бы одного цикла транспозиции можно исходить из симметричной по фазам линии

• для всех линий 330 кВ;

• для линий 500-750 кВ длиной до 250 км.

3.2.6.Главную роль в подпитке поврежденной фазы играют емкостные связи и их компенсация, поэтому физику явлений и основные соотношения можно рассмотреть на упрощенной схеме замещения с сосредоточенными параметрами. Такая схема для электропередачи с отключенной фазой и ее преобразование показаны на рис. 3.2.

Ток подпитки и восстанавливающееся напряжение на отключенной фазе, обусловленные емкостными связями поврежденной фазы с неповрежденными, определяется выражениями

(3.1)

(3.2)

где С₁, С₀, С_м – погонные емкости линии соответственно по прямой последовательности, нулевой последовательности и между фазами; l- длина линии; и- индуктивные сопротивления шунтирующего и нулевого реакторов; =1/∙–степень компенсации шунтирующими реакторами рабочей емкости линии.

Рис.3.2. Схема замещения электропередачи с отклю­ченной фазой и ее

преобразование.

При наличии в нейтрали нулевого реактора параллельно междуфазной емкости l оказывается включенным индуктивное сопротивление x_м/2 (рис. 3.2. в), которое компенсирует междуфазную емкость и, следовательно, электростатическую составляющую тока подпитки. Полная компенсация наступает при

, т.е. при

(3.3)

Это же выражение для оптимальной величины можно получить, полагая в (3.1) I_п = 0.

На линии без реакторов (К_р = 0) установившееся напряжение на отключенной фазе, как следует из (3.2) определяется известным соотношением емкостей

(3.4)

В случае перекомпенсации емкости на землю сопротивление отключенной фазы относительно земли может иметь индуктивный характер и оказаться включенным (рис. 3.2) последовательно с междуфазным емкостным сопротивлением. Это ведет к резонансному повышению напряжения на отключенной фазе. Резонансу соответствует равенство нулю знаменателя выражения (3.2). Отсюда определяется резонансная длина линии

(3.5)

В случае отсутствия нулевого реактора

(3.6)

и

.

Так для линии СВН С₁/С₀≈1,3, то С_м≈0,1 С₀, поэтому К_ррез≈0,93.

3.3.Снижение тока подпитки и восстанавливающегося напряжения после ее гашения при использовании схемы четырехлучевого реактора.

3.3.1. Типовая схема 4-лучевого реактора приведена на рис. 3.2, где указаны также параметры используемого оборудования.

3.3.2.. После погасания дуги-подпитки восстанавливается напряжение на отключенной фазе ВЛ. Если к фазе не подключены шунтирующие реакторы, напряжение восстанавливается за 0,01 с, достигая удвоенной амплитуды, по сравнению с установившимся напряжением, которое невелико и составляет, в зависимости от класса напряжения и конструкции ВЛ, 10-15% от амплитуды рабочего фазного напряжения.

Если к фазе ВЛ приключены шунтирующие реакторы, восстановление напряжения происходит в форме медленно затухающих низкочастотных биений, период которых и амплитуда, достигаемая в биениях, возрастают с приближением степени поперечной компенсации зарядной мощности ВЛ к 100%. При низкой степени поперечной компенсации (30-70%) установившееся напряжение на отключенной фазе заметно ниже фазного рабочего, амплитуда биений может превышать установившееся напряжение в 1,5 раза, а время нарастания до амплитуды составляет 0,03-0,1 с.

При высокой степени поперечной компенсации, то есть при малом отличии собственной частоты колебаний контура "емкость отключенной фазы на землю - индуктивность реактора" от промышленной имеет место резонанс напряжений на отключенной фазе, в результате чего установившееся напряжение U_в превышает уровень фазного рабочего и ограничивается потерями на корону (в зависимости от номинального напряжения и конструкции ВЛ) до 1,3-1,4 от наибольшего рабочего фазного напряжения. В этом случае в биениях уровень установившегося напряжения превышается очень незначительно, а время нарастания напряжения оказывается близким к 0,15-0,30 с.

Установка нулевых реакторов в нейтралях группы шунтирующих реакторов приводит к снижению I_п и U_в.

3.3.3. Простейший способ подавления тока подпитки заключается в выборе некоторого значения реактивного сопротивления нулевого реактора (НР), одинакового либо различного по концам ВЛ, но постоянного для всех групп шунтирующих реакторов (некоммутируемые НР).

Выбор некоммутируемых нулевых реакторов основывается на установлении зависимостей максимальных значений токов подпитки от реактивных сопротивлений нулевых реакторов в начале и конце линии. Оптимальная величина реактивного сопротивления нулевых реакторов определяется из условия минимума максимальных значений токов подпитки.

3.3.4. Небольшое дополнительное снижение максимальных токов подпитки (примерно на 15-20%) в некоторых случаях можно достигнуть путем коммутаций (изменения реактивности) нулевых реакторов в зависимости от аварийной фазы линии и направления передачи мощности (коммутируемые НР).

3.3.5. Ограничением для выбора реактивного сопротивления НР является величина напряжения на нейтрали ШР, которая не должна превышать допустимого значения, зависящего от одноминутного испытательного напряжения нейтрали ШР и длительности воздействия напряжения на НР. В табл. 3.1 приведены допустимые величины напряжений на нейтрали ШР 500 и 750 кВ в зависимости от длительности воздействия этого напряжения.

Допустимые напряжения промышленной частоты на нейтралях ШР.

Таблица 3.1

Класс Напряжения, ШР кВэф	Одноминутное испытательное напряжение, нейтрали кВэф	Допустимое напряжение на нейтрали ШР
		Длительность воздействия, с	Напряжение, кВэф
500, 750	85	0,1	85
		1,0	75
		3,0	65
		Длительно	40,5

3.4.Ограничение перенапряжений при ОАПВ.

3.4.1. По истечении наперед заданной бестоковой паузы ОАПВ, а при наличии устройства, подтверждающего погасание дуги подпитки (адаптивного ОАПВ) - после получения от него разрешающего сигнала, выполняется повторное включение фазы ВЛ с одного из ее концов.

3.4.2. Перенапряжения при ОАПВ ограничиваются ОПН, устанавливаемым на ВЛ или ШР, параметры которого выбираются на общих основаниях. При этом следует учитывать величину и длительность напряжения на отключенной фазе и сопоставить их характеристикой «напряжение-время» для ОПН. Необходимо расчетом определить рассеиваемую ОПН энергию, чтобы определить требуемую величину энергоемкости.

3.4.3. На ВЛ без шунтирующих реакторов напряжение на отключенной фазе после гашения дуги подпитки невелико, поэтому повторное включение фазы сопровождается коммутационными перенапряжениями, лишь немного превышающими перенапряжения при плановом включении. Эти перенапряжения могут несколько увеличиться при передаче по ВЛ большой мощности

3.4.4. На ВЛ с шунтирующими реакторами, возможны резонансные повышения напряжения на отключенной фазе. Поэтому следует стремиться избегать схем, приводящих к таким перенапряжениям, например, отключая один из реакторов.

3.4.5 Если повторное включение фазы ВЛ оказалось неуспешным из-за не устранившегося замыкания, ВЛ отключается с обоих концов трехфазно.

Если повторное включение оказалось успешным, на противоположном конце ВЛ включают фазу линейного выключателя и тем замыкают фазу ВЛ в транзит. Интервал времени между включением фазы первого и второго выключателей ВЛ должен быть невелик, поскольку режим одностороннего питания фазы ВЛ при передаче большой мощности по остальным двум фазам может сопровождаться значительными временными перенапряжениями, то есть повышением напряжения промышленной частоты на конце разомкнутой фазы. Вместе с тем, интервал должен быть достаточен для контроля отсутствия К.З. перед замыканием ЛЭП в транзит. Практически этот интервал принимают равным 0,15-0,25 с.

Замыкание ВЛ в транзит сопровождается высокочастотными коммутационными перенапряжениями волнового характера. Из-за сильного затухания волновых процессов эти перенапряжения не представляют реальной опасности для изоляции.