Файл: Мельников, Н. А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ.pdf

где t/a и t/ß — фазные напряжения в предшествующем симмет­ ричном режиме в точках а я б; Кі и Ко— коэффициенты пере­ дачи напряжений прямой и нулевой последовательностей с ме­ ста короткого замыкания в точку б.

Длительные повышения напряжения в неполнофазных режи­ мах. Во время плановых или аварийных коммутаций вследст­ вие неисправности выключателя могут оказаться разорванными в одной точке одна или две фазы участка линии сверхвысокого напряжения. Возникающий в аварийных условиях неполнофаз­ ный режим будет продолжаться до момента срабатывания уст­ ройств, резервирующих отказ выключателя, или до повторного включения отключившихся фаз. В ряде случаев неполнофазные режимы специально предусматриваются для повышения эксплу­ атационной надежности электропередачи. Например, пофазное АПВ всегда сопровождается неполнофазным режимом, который отличается от описанного выше отключением линии с двух сто­ рон. Наличие в рассматриваемых случаях непосредственно при­ соединенных к линиям шунтирующих реакторов или силовых трансформаторов при определенном сочетании параметров при­ водит к появлению резонансных или близких к ним условий. Полный резонанс на отключенной с двух сторон фазе наблюда­ ется в тех случаях, когда отношение входных сопротивлений нулевой и прямой последовательностей, рассчитанных из точки разрыва схемы, равно 0,5. Обязательным условием полного ре­ зонанса является разница знаков входных реактивных сопро­ тивлений Авхо и Хвх1, т. е. одно из них должно иметь емкостный, а другое индуктивный характер: Х вх0/Х вхі = —0,5.

Напряжения, возникающие на отключенных фазах, будут тем выше, чем ближе отношение входных реактивных сопротивле­ ний нулевой и прямой последовательности к условию полного резонанса.

Повышение напряжения относительно земли в режиме не­ полнофазного одностороннего включения может быть рассчита­ но по формулам, приведенным ниже.

В первом варианте, когда включена фаза А, напряжение в начале неподключенных фаз В и С равно:

(10-23)

255

Во втором варианте в случае включения фаз А и В напря­ жение в начале неподключенной фазы С равно:

Эти формулы могут также применяться в случае неполно­ фазного двустороннего включения, происходящего при ОАПВ, так как напряжения, наведенные за счет емкостной связи с не­ поврежденными фазами, сравнительно невелики.

Для выполнения расчетов должны быть заранее определены входные сопротивления рассматриваемой схемы прямой и ну­ левой последовательностей с учетом реактивности шунтирую­ щих реакторов, для изоляции которых повышения напряжения могут оказаться наиболее опасными. Расчеты достаточно вы­ полнять только для начала отключенной фазы, так как напря­ жения в начале и в конце очень мало отличаются друг от дру­ га. Сопротивлениями станции или системы по прямой и нуле­ вой последовательностям (Асі и Хсо) также можно пренебречь. На рис. 10-1 показано, как изменяются длительные повышения напряжения на отключенных фазах с присоединенными к ним одним или двумя шунтирующими реакторами в зависимости от длины участка линии 500 кВ.

Как следует из приведенных на рис. 10-1 данных, полный резонанс может возникнуть при длине участка в пределах 185— 205 км, а напряжения, превышающие наибольшее рабочее, на­ блюдаются в диапазоне длин 165—230 км. В реальных условиях эксплуатации повышение напряжения ограничивается короной на проводах линий и насыщением стали магнитопроводов.

Длительные повышения напряжения при самовозбуждении синхронных генераторов. Самовозбуждение, называемое также параметрическим резонансом, возникает в колебательном кон­ туре, в котором один из параметров периодически изменяется под действием внешних сил.

В электрической системе самовозбуждение может появиться во время синхронизации с приемной системой, сброса нагрузки и т. п. процессов, когда при вращении роторов синхронных ге­ нераторов изменяются индуктивности статорных обмоток, а при­ соединенная с одной стороны к источнику питания линия элек­ тропередачи является емкостной нагрузкой. В реальных усло­ виях возникновение самовозбуждения наиболее вероятно при наличии в электрической цепи гидрогенераторов, имеющих раз­ личные реактивности в продольной и поперечной осях.

В условиях эксплуатации самовозбуждение чаще всего мо­ жет возникнуть на первом этапе работы линии сверхвысокого напряжения, присоединенной к шинам электростанции с неболь­ шим числом генераторов, а также при отключении в минимум нагрузки части машин. Амплитуды перенапряжений, возникаю­ щих при самовозбуждении, могут достигать (l,5-f-2,0) U$ и ог-

256

Рис. 10-1. Напряжение относительно земли на отключенных фазах в режимах 1—6 непол­ нофазного питания.

раничиваются насыщением магнитопроводов трансформаторов и синхронных генераторов. Если в результате расчета установ­ лена возможность появления самовозбуждения, то в первую очередь следует предусмотреть схемные мероприятия, увеличе­ ние количества генераторов, присоединенных к линии во время синхронизации. Для предотвращения синхронного самовозбуж­ дения могут применяться специальные системы автоматическо­ го регулирования возбуждения.

Длительные повышения напряжения при резонансе на выс­ ших или низших гармониках. Насыщение стали магнитопрово­ дов трансформаторов и шунтирующих реакторов ограничивает длительные повышения напряжения при резонансах на ненагруженных линиях, в контурах с преобладающими колебаниями основной частоты. В то же время насыщение, при определенных

условиях, может явиться причиной появления длительных по­ вышений напряжения, вызванных резонансом на высших или низших гармонических.

В симметричных режимах, когда генераторы являются ис­ точниками синусоидального напряжения, резонансные повыше­ ния напряжения на высших или низших гармониках, которые принято называть феррорезонансными повышениями напряже­ ния, наблюдаются в цепях со сталью при насыщении магнитопроводов трансформаторов и шунтирующих реакторов, если их характеристики достаточно нелинейны, а активные потери в се­ ти слишком малы, чтобы не допустить развития резонансных явлений. Феррорезонансные перенапряжения могут возникнуть на линии сверхвысокого напряжения, включенной с одной сто­ роны через трансформатор, в тех случаях, когда напряжение на шунте намагничивания трансформатора увеличится до 1,2 £/ф и более. В момент включения трансформатора возникают мед­ ленно затухающие броски тока намагничивания, содержащие высшие гармоники. Если частота собственных колебаний цепи приближается к частоте одной из высших гармоник тока намаг­ ничивания, то возможно возникновение феррорезонансных пе­ ренапряжений на высших гармониках. Наиболее благоприятные условия для появления феррорезонансных перенапряжений соз­ даются в блочных или полублочных схемах, когда трансформа­ тор присоединен к линии без выключателя.

Нечетные гармоники. Напряжение питающей системы не яв­ ляется чисто синусоидальным и содержит относительно неболь­ шие по амплитуде нечетные гармоники, а в токе намагничива­ ния трансформаторов имеются все нечетные гармоники, выс­ шие по отношению к основной. Величина напряжения той или иной нечетной гармоники резко возрастает, если в схеме элек­ тропередачи имеются условия для резонанса на данной гар­ монике.

Резонансы появляются в тех случаях, когда входное сопро­ тивление линии на какой-либо нечетной гармонике, рассчитан­ ное относительно точки присоединения аппарата с нелинейной характеристикой, имеет емкостный характер и по величине при­ близительно равно индуктивности намагничивания трансформа­ тора или шунтирующего реактора на этой же гармонике. Мак­ симальной величины длительные повышения напряжения мо­ гут достигнуть при резонансе на третью гармонику, которая является преобладающей к кривой тока. Но при этом необхо­ димо учитывать, что все трансформаторы, предназначенные для дальних электропередач, имеют одну обмотку, замкнутую в тре­ угольник, которая представляет для третьей гармоники низко­ омное шунтирующее сопротивление.

В реальных условиях, если передача по отношению к выво­ дам трансформатора настроена на частоту 5со, 7со, а ее вход­ ное сопротивление имеет емкостный характер, можно ожидать

258

появления из числа нечетных только пятой или еще более вы­ соких гармоник, приводящих к сравнительно небольшим дли­ тельным повышениям напряжения, безопасным для изоляции.

Следует также отметить, что наиболее неблагоприятным с точки зрения вероятности появления пятой гармоники являются длины примерно 100—200 км и 700—800 км, а резонанс на третью гармонику может появляться только в очень узкой зоне при длине линии около 500 км.

Четные гармоники. В отличие от процессов, рассмотренных выше, в нерезонансных условиях четные гармоники полностью отсутствуют и их появление не связано с гармоническим соста­ вом тока. Возникновение четных гармоник на холостой или сла­ бозагруженной линии, соединенной с мощным трансформато­ ром, объясняется периодическим изменением индуктивности магнитного шунта при протекании через него переменного то­ ка, что при выполнении определенных условий может привести к появлению резонанса. Индуктивность магнитного шунта из­ меняется с двойной частотой по отношению к приложенному напряжению, поскольку степень намагничивания не зависит от направления тока. Если собственная частота рассматриваемой схемы примерно равна 100 Гц, то возможно устойчивое суще­ ствование четных гармоник. Для самовозбуждения второй гар­ моники необходимо, чтобы входное сопротивление на частоте 100 Гц имело емкостный характер и было примерно равно сред­ нему значению индуктивного сопротивления магнитного шунта трансформатора на этой же частоте. Величина приложенного напряжения должна находиться в определенном интервале, за­ висящем от вида кривой намагничивания трансформатора, а по­ тери в контуре должны быть меньше некоторой критической величины, также зависящей от кривой намагничивания транс­ форматора. Результаты произведенных расчетов показали, что на линиях сверхвысокого напряжения теоретически возможно самовозбуждение второй гармоники в диапазоне длин 400— 700 км при наличии включенных на конце линии трансформа­ торов мощностью 600—700 МВ-А. В этом случае длительные повышения напряжения могут оказаться опасными для изоля­ ции. Существенным для практики является то обстоятельство, что в условиях эксплуатации существование в установившемся режиме четных гармоник, в частности, второй, почти не наблю­ далось. Это объясняется главным образом влиянием демпфиру­ ющего действия короны на проводах линий электропередачи, гистерезисом в стали трансформаторов и т. п. источниками по­ терь, которые не могут быть учтены в расчетах и при измере­ ниях на модели.

Для предотвращения возможности появления длительных по­ вышений напряжения на высших гармониках следует предус­ матривать мероприятия схемного характера. В процессе проек­ тирования должна проверяться возможность появления резо­