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

к линии. В числе предложенных способов следует отметить иск­ ровое присоединение и предварительное включение.

Первый способ предусматривает присоединёние реактора че­ рез воздушный искровой промежуток, присоединяемый, как это показано на рис. 10-11, параллельно отъединителю воздушного выключателя реактора. В случае появления перенапряжений

288

искровой промежуток пробивается и с момента начала горения дуги реактор автоматически присоединяется к линии. Одновре­ менно дается импульс для действия автоматики на включение всех трех фаз выключателя. После окончания аварийного режи­ ма в системе реактор вновь может быть отключен от линии. В рассматриваемой схеме эффективное ограничение внутренних перенапряжений обеспечивается только в том случае, если сред­ нее пробивное напряжение искрового промежутка реактора бу­ дет равно (1,4-т-1,5) £/ф. Нижний предел пробивного напряже­ ния искрового промежутка с учетом его разброса принимается равным 1,2 t/ф, для того чтобы отстроить его от возможных по­ вышений напряжения во время качаний генераторов в электри­ ческой системе.

Следует отметить, что воздушный промежуток нельзя при­ соединять параллельно главным контактам выключателя, так как воздействие возникающих в процессе отключения реактора перенапряжений кратностью (2-^2,5) Uф будет приводить к по­ вторным пробоям промежутка и коммутация отключения реак­ тора окажется невыполнимой. Поэтому искровое присоединение можно выполнять только в тех случаях, когда выключатель ре­ актора имеет внешний отделитель.

В настоящее время искровое присоединение практически мо­ жет быть осуществлено только с помощью специальных аппара­ тов, так называемых включателей, которые могут быть выпол­ нены по типу искровых промежутков вентильных разрядников с магнитным дутьем.

Второй способ состоит в предварительном включении реакто­ ра быстродействующим выключателем. В момент аварийного отключения линии или ее повторного включения одновременно со срабатыванием линейного выключателя автоматически пода­ ется импульс на включение всех отключенных реакторов.

Время включения реакторов должно быть меньше собствен­ ного времени действия линейных выключателей. Для выполне­ ния этой задачи необходима разработка конструкции специаль­ ного выключателя упрощенного типа со временем включения

0,03—0,04 с.

Недостатком описываемой схемы является возможность от­ каза или неправильного действия канала высокочастотной свя­ зи, по которому передается импульс на предварительное вклю­ чение реакторов. Возможны также и случаи запаздывания вклю­ чения при управлении реакторами с противоположного конца линии.

Необходимо указать, что автоматическое присоединение ре­ акторов не дает возможности использовать электромагнитные трансформаторы напряжения в качестве устройств, позволяю­ щих во время бестоковой паузы полностью снять заряд с линии.

Уже отмечалось, что при наличии реакторов на отключенной линии будет происходить колебательный разряд, который может

продолжаться в течение 1 с и более. В рассматриваемых усло­ виях ускорение разряда, как это показано на рис. 10-12, может быть обеспечено включением в цепь реактора на время бестоко­ вой паузы АПВ активного сопротивления, демпфирующего коле­ бательный процесс. Параллельно сопротивлению присоединяет­ ся вспомогательный выключатель упрощенного типа, рассчитан­ ный на небольшую отключающую способность.

В момент срабатывания линейного выключателя одновремен­ но подается импульс на отключение вспомогательного выключа­ теля и сопротивление оказывается включенным в цепь реактора. После окончания колебательного процесса вспомогательный вы­ ключатель снова включается и шунтирует активное сопротивле­ ние. При наличии у реакторов выключателей вместо активного сопротивления можно предусмотреть одновременное отключение линии и реактора, что дает возможность не только использовать во время бестоковой паузы электромагнитные трансформаторы напряжения, но и повысить надежность работы высокочастотной дифференциально-фазной защиты.

Анализ опыта эксплуатации сетей сверхвысокого напряжения показал, что на первом этапе развития, когда по линиям переда­ ется сравнительно небольшая мощность, наличие постоянно включенных реакторов не отражается на режимах работы элек­ тропередачи. Затем в течение относительно короткого срока раз­ виваются присоединенные к линиям приемные системы, вследст­ вие чего происходит естественное снижение уровней внутренних перенапряжений. Как было показано, такой процесс уже произо­ шел в сетях 500 кВ Советского Союза, где в настоящее время реакторы в большинстве случаев необходимы только для ком­ пенсации зарядной мощности линий. По этим причинам схемы автоматического присоединения реакторов в момент появления на линиях внутренних перенапряжений не получили широкого распространения и могут оказаться необходимыми только в от­ дельных случаях, когда длинные сильно загруженные линии при­ соединены к слабым приемным системам с большимреактивным сопротивлением.

10-5 МАГНИТНОВЕНТИЛЬНЫЕ РАЗРЯДНИКИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ГРОЗОВЫХ

И КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Современные вентильные разрядники предназначаются для ограничения не только грозовых, но и коммутационных перенапряжений до значений, со­ ответствующих выбранным уровням изоляции аппаратов, трансформаторов и изоляторов. Каждый разрядник состоит из соединенных последовательно многократных искровых промежутков и включенных последовательно с ними колонок сопротивлений с нелинейной вольт-ампериой характеристикой, обла­

290

дающих способностью изменять свое сопротивление в зависимости от величи­ ны протекающего тока и поэтому называемых нелинейными последовательны­ ми сопротивлениями. В нормальном режиме работы линии искровые проме­ жутки разрядника отделяют нелинейные последовательные сопротивления от токоведущих частей электропередачи, находящихся под постоянным воздей­ ствием рабочего напряжения. Возникновение волны перенапряжений с ампли­ тудой, превышающей прочность искровых промежутков, приводит к их про­ бою. Протекающий после пробоя искровых промежутков ток создает на не­ линейных последовательных сопротивлениях разрядника подъем напряжения, величина которого определяет уровень перенапряжений, воздействующих на изоляцию после срабатывания разрядника и до окончания переходного процесса.

Нелинейные последовательные сопротивления разрядника ограничивают волны перенапряжений, воздействующих на изоляцию, до расчетных значений, безопасных для изоляции оборудования, а искровые промежутки выполняют функции гашения дуги сопровождающего тока, протекающего через разряд­ ник под действием напряжения промышленной частоты. Степень ограничения перенапряжений зависит от отношения волнового сопротивления линии к со­ противлению разрядника. Чем меньше сопротивление разрядника, тем в боль­ шей степени ограничиваются перенапряжения.

Нелинейные сопротивления разрядников изготовляются из размолотых зерен черного электротехнического карборунда (SiC), имеющего очень низ­ кое удельное сопротивление (около 1 Ом-см), смешанного со связующим ве­ ществом, в качестве которого применяется жидкое стекло. Отдельные зерна карборунда соприкасаются между собой, причем площадь соприкосновения не превышает десятой части поверхности зерна. Каждое зерно карборунда по­ крыто тонким запорным слоем окиси кремния S i02 толщиной около ІО-5 см, который является полупроводником с высоким удельным сопротивлением, рав­ ным ІО6— ІО8 Ом-см. Между зернами карборунда имеются прослойки из свя­ зующего вещества.

Приложенное к последовательному нелинейному сопротивлению напряже­ ние распределяется пропорционально сопротивлениям карборунда, запорного слоя и связующего вещества. В начале переходного процесса еще при не­ больших напряженностях электрического поля все напряжение практически оказывается приложенным к запорному слою, сопротивление которого намного выше, чем зерен карборунда.

По мере повышения напряженности электрического поля в запорном слое возникает электронная проводимость и его сопротивление уменьшается на несколько порядков. В этот момент величина последовательного нелинейного сопротивления резко снижается и определяется во много раз меньшим со­ противлением зерен карборунда.

Свойства последовательных нелинейных сопротивлений измеряются коэф­ фициентом нелинейности а, характеризующим при постоянном параметре С зависимость между напряжением на последовательном нелинейном сопротив­ лении разрядника Up и протекающим через него током / р. Вольт-амперная

Следует различать два принципиально различных случая протекания то­ ка через разрядник. Перекрытие на линии, вызванное прямым ударом молнии, и последующий пробой искрового промежутка сопровождаются протеканием через разрядник импульсного тока, величина которого определяется парамет­ рами прямого удара молнии и может достигать 10—15 кА. В процессе гро­ зового перекрытия, продолжающегося десятки микросекунд, появляется не­ большой по величине сопровождающий ток промышленной частоты, ограни­ чиваемый резко возрастающим по величине последовательным нелинейным сопротивлением разрядника. При переходе через нулевое значение сопровож­

дающий ток обрывается искровыми промежутками, после чего переходный процесс заканчивается.

В процессе ограничения коммутационных перенапряжений величина про­ текающего через разрядник тока зависит от амплитуды перенапряжений, от уровня, до которого перенапряжения должны быть ограничены, и от волно­ вого сопротивления линии. Очевидно, что чем ниже уровень, до которого должны быть ограничены перенапряжения, тем больше токовая'нагрузка раз­ рядника.

После пробоя искрового промежутка возникает переходный процесс раз­ ряда емкости линии и аппаратов распределительного устройства через раз­ рядник.

Результаты проведенных расчетов показали, что при коммутационных перенапряжениях ток, протекающий через разрядник, после пробоя искровых промежутков составляет 1—2 кА, а длительность этого процесса — от одного до четырех полупериодов промышленной частоты. Следовательно, при комму­ тационных перенапряжениях разрядник должен иметь значительно более вы­ сокую пропускную способность, чем в грозовом режиме.

По терминологии, принятой в СССР, номинальным напряжением разряд­ ника называется номинальное напряжение сети, для работы в которой он предназначен.

Напряжение промышленной частоты, приложенное к разряднику в мо­ мент его срабатывания, является исходным параметром, определяющим ус­ ловия гашения дуги при протекании тока через разрядник.

Наибольшее напряжение промышленной частоты, при котором обрывается протекающий через разрядник сопровождающий ток и гарантируется надеж­ ное гашение дуги, называется наибольшим допустимым напряжением на раз­ ряднике или напряжением гашения в грозовом режиме.

В режиме ограничения коммутационных перенапряжений напряжением гашения принято считать амплитудное значение наибольшего гарантируемого

напряжения промышленной частоты на разряднике, деленное на У 2, кото­

рое после срабатывания разрядника не вызывает повторного пробоя проме­ жутка. В связи с тем, что разрядник наиболее часто работает в аварийном режиме, его напряжение гашения должно быть выше фазного напряжения ли­ нии электропередачи. Прямой удар молнии в линию сопровождается повтор­ ными разрядами, которые следуют по ранее ионизированному каналу. С уче­ том этого обстоятельства в качестве расчетного случая при определении ве­ личины напряжения гашения в грозовом режиме принимается, что разрядник должен ограничивать перенапряжения, возникающие на неповрежденных фа­ зах при повторном перекрытии линии и наличии несимметричного короткого замыкания, которое является следствием первого удара молнии.

Напряжение на неповрежденных фазах зависит от величины сопротивле­ ния заземления в точке короткого замыкания и отношения реактивных сопро­ тивлений нулевой и прямой последовательностей в месте присоединения раз­ рядника, которое в свою очередь определяется режимом заземления нейтрали электросети. Эффективность заземления нейтрали характеризуется коэффици­ ентом заземления, который рассчитывается по формулам (10-34) и (10-35) для заданной схемы электросети в местах установки разрядников или другого электрооборудования.

Как уже отмечалось, в сетях сверхвысокого напряжения нейтрали всех трансформаторов и автотрансформаторов заземляются наглухо. Следователь­ но, напряжение на неповрежденных фазах не может быть значительно выше фазного напряжения, а коэффициент заземления нейтрали, как правило, ока­ зывается не больше чем 1,3—1,4. Поэтому напряжение гашения грозовых раз­ рядников принимается равным 1,4 С/ф.

В процессе ограничения коммутационных перенапряжений разрядник ока­ зывается присоединенным к концу линии с односторонним питанием. В связи с этим длительные повышения напряжения на открытом конце длинной ли­ нии могут быть значительно выше, чем в грозовом режиме. С учетом изло­ женных соображений напряжение гашения разрядников, предназначенных для ограничения коммутационных перенапряжений, принимается равным 1,9 £/ф.

292