ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧА СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ВЫСОКИМ УРОВНЕМ КОМПЕНСАЦИИ ЗАРЯДНОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в сетях переменного тока напряжением 500-1150 кВ.
Известно техническое решение для демпфирования электромагнитных переходных процессов, состоящее из резисторов с линейной вольтамперной характеристикой, включенных последовательно с обмоткой трансформаторов [Авторское свидетельство №1094551].
Недостатком указанного технического решения является ограниченная область применения, так как резисторы могут быть подключены для демпфирования переходных процессов только при появлении перенапряжений.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели (прототипом) является устройство компенсации реактивной мощности по авторскому свидетельству №1029803, в котором высоконелинейные резисторы включены в нейтрали шунтирующего реактора.
Недостатком данного технического решения является также ограниченная область применения: высоконелинейные резисторы участвуют в демпфировании только при появлении перенапряжений.
Целью данной полезной модели является повышение скорости затухания апериодической составляющей тока при коммутациях линий электропередач.
Указанная цель достигается тем, что в электропередаче сверхвысокого напряжения с высоким уровнем компенсации зарядной мощности, содержащей линию электропередачи, подключенную к трансформаторным подстанциям через линейные выключатели, и подключенные через высоковольтные выключатели устройства компенсации зарядной мощности линии электропередачи (например, шунтирующие реакторы), к которым подключены резисторные устройства, которые содержат параллельно включенные резистор с линейной вольтамперной характеристикой, резистор с высоконелинейной вольтамперной характеристикой и шунтирующий выключатель и подключены через разъединитель с двумя заземляющими ножами между нейтралью соответствующей фазы устройства компенсации зарядной мощности и землей; кроме того, дополнительно введены блок автоматики управления, вход которого соединен с выходом устройства релейной защиты и автоматики, соединенных с исполнительными органами линейных выключателей и высоковольтных выключателей в цепи устройства компенсации зарядной мощности, а выход блока автоматики управления соединен с исполнительным органом шунтирующих выключателей, причем сопротивление резистора с линейной вольтамперной характеристикой должно быть не более отношения величины одноминутного испытательного напряжения нейтрали устройства компенсации зарядной мощности к его номинальному току, а величина остающегося напряжения резистора с высоконелинейной вольтамперной характеристикой при протекании в нем тока, равного номинальному току устройства компенсации зарядной мощности, должна быть больше в √2, чем величина одноминутного испытательного напряжения изоляции нейтрали устройства компенсации зарядной мощности; при этом отношение величины сопротивления резистора с линейной вольтамперной характеристикой к величине индуктивного сопротивления устройства компенсации зарядной мощности линии электропередачи должно быть больше или равно 0,1…0,3.
На рис.1 показана электропередача сверхвысокого напряжения с высоким уровнем компенсации зарядной мощности, содержащая линию электропередачи 1, к которой через линейные выключатели 2 и 3 подключены трансформаторные подстанции 4, блок автоматики управления 5 и устройство релейной защиты и автоматики 6. К каждой фазе линии электропередачи 1 через высоковольтные выключатели 7 подключены шунтирующие реакторы 8, в нейтрали которых через разъединитель с заземляющими ножами 9 подключены параллельно резистор с высоконелинейной характеристикой 10, резистор с линейной вольтамперной характеристикой 11, шунтирующий выключатель 12.
Электропередача работает следующим образом.
В нормальном установившемся режиме линия электропередачи 1 работает с включенными линейными выключателями 2 и 3, высоковольтный выключатель 7 в цепи шунтирующего реактора включен или отключен в зависимости от режимных условий, разъединитель с заземляющими ножами 9 включен, заземляющие ножи разъединителя разземлены, шунтирующий выключатель 12 включен. Допускается кратковременная работа электропередачи (профилактические работы с резистором с высоконелинейной характеристикой 10, резистором с линейной вольтамперной характеристикой 11, шунтирующим выключателем 12) при отключенном разъединителе с заземляющими ножами 9 и заземленных ножах. Линия электропередачи 1 работает по-особенному в условиях постановки линии электропередачи 1 под напряжение от ключа управления выключателя и при АПВ.
1. Постановка линии электропередачи под напряжение от ключа управления выключателя. Исходное состояние:
- линия электропередачи 1 отключена с двух сторон выключателями 2 и 3;
- выключатель 7 в цепи шунтирующего реактора включен;
- разъединитель 9 включен, заземляющие ножи разъединителя разземлены;
- шунтирующий выключатель 12 включен.
1
РЗ
откл2
РЗ
откл2
При постановке линии электропередачи под напряжение от ключа управления выключателя 2 вырабатывается сигнал на отключение выключателя 12, выключатель 2 включается после получения сигнала об отключении 12. Наличие в цепи шунтирующего реактора 8 линейного сопротивления 11 обеспечивает затухание апериодической составляющей тока через выключатель 2 до величины менее амплитуды вынужденной составляющей тока (следовательно, обеспечивается переход тока в выключателе через ноль), при этом величина сопротивления резистора 11 обеспечивает указанное затухание за время Δt<Δt+Δt где Δt - время действия релейной защиты на отключение линии, Δt - время отключения выключателя 2. Далее работа электропередачи может проходить по двум сценариям.
В первом сценарии в блоке 6 вырабатывается (по различным причинам: КЗ на линии, ошибочные действия персонала, сбои в аппаратуре) сигнал на отключение линии электропередачи 1 выключателем 2. Поскольку предыдущее включение выключателя 2 к моменту его отключения обеспечило переход тока в выключателе через ноль, то линия 1 успешно отключается. После устранения причин отключения действия по постановке линии под напряжение повторяются.
2
РЗ
вкл
РЗ
вкл12
вкл12
Во втором сценарии линия электропередачи 1 успешно ставится под напряжение и отключение линии не происходит. В этом случае через промежуток времени Δt>Δt после включения выключателя 2 в блоке 6 вырабатывается сигнал, передающийся через блок 5, на включение выключателя 12. Выключатель 12 во включенном состоянии шунтирует резисторы 10 и 11 и линия электропередачи 1 далее включается в транзит в стандартном режиме. Энергоемкость резистора 11 должна обеспечивать прохождение тока через него за все время включения под напряжение равное t>Δt+Δt, где Δt - время включения выключателя 12.
2. АПВ линии электропередачи при несимметричном КЗ.
2.1. ТАПВ.
В нормальном режиме состояние электропередачи:
- линия электропередачи включена с двух сторон выключателями 2 и 3;
- выключатель 7 в цепи шунтирующего реактора 8 включен;
- разъединитель 9 включен, заземляющие ножи разъединителя разземлены;
- шунтирующий выключатель 12 включен.
3
бт
откл12
бт
откл12
При возникновении несимметричного КЗ линия электропередачи от действия устройства релейной защиты и автоматики отключается с двух сторон. После отключения линии через промежуток времени Δt<t-Δt (где t - время бестоковой паузы, Δt - время отключения выключателя 12) вырабатывается в блоке 6, передающийся через блок 5, сигнал на отключение выключателя 12. Ко времени опробования напряжением линии электропередачи 1 резисторы 11 и 10 находятся в цепи реактора 8.
1
РЗ
откл2
РЗ
откл2
Линия 1 опробуется напряжением посредством включения выключателя 2. Наличие в цепи шунтирующего реактора 8 линейного сопротивления 11 обеспечивает в неаварийных фазах затухание апериодической составляющей тока через выключатель 2 до величины менее амплитуды вынужденной составляющей тока (а, следовательно, обеспечивается переход тока в выключателе через ноль), при этом величина сопротивления резистора 11 обеспечивает указанное затухание за время Δt<Δt+Δt, где Δt - время действия релейной защиты на отключение линии, Δt время отключения выключателя 2. Далее работа электропередачи может проходить по двум сценариям.
В первом сценарии в блоке 6 вырабатывается (по различным причинам: неуспешное ТАПВ, ошибочные действия персонала, сбои в аппаратуре) сигнал на отключение линии электропередачи 1 выключателем 2. Поскольку предыдущее включение выключателя 2 при опробовании линии напряжением к моменту его отключения обеспечило переход тока в выключателе через ноль в неаварийных фазах, то линия 1 успешно отключается. После устранения причин повторного отключения производятся действия по постановке линии под напряжение.
2
РЗ
вкл
бт
3
2
вкл12
Во втором сценарии линия электропередачи 1 успешно опробуется напряжением (успешное ТАПВ) и отключение линии не происходит. В этом случае через промежуток времени Δt>Δt после повторного включения выключателя 2 в блоке 6 вырабатывается сигнал, передающийся через блок 5, на включение выключателя 12. Выключатель 12 во включенном состоянии шунтирует резисторы 10 и 11 и линия электропередачи 1 далее включается в транзит в стандартном режиме. Энергоемкость резистора 11 должна обеспечивать прохождение тока через него за все время включения под напряжение t>Δt-Δt+Δt+Δt
2.2. ОАПВ.
В нормальном режиме состояние электропередачи:
- линия электропередачи включена с двух сторон выключателями 2 и 3;
- выключатель 7 в цепи шунтирующего реактора 8 включен;
- разъединитель 9 включен, заземляющие ножи разъединителя разземлены;
- шунтирующий выключатель 12 включен.
3
бт
откл12
бт
откл12
При возникновении однофазного КЗ аварийная фаза линии электропередачи от действия устройства релейной защиты и автоматики отключается с двух сторон. После отключения фазы линии через промежуток времени Δt<t-Δt (где t - время бестоковой паузы, Δt - время отключения выключателя 12) вырабатывается в блоке 6, передающийся через блок 5, сигнал на отключение выключателя 12. Ко времени опробования напряжением фазы линии электропередачи 1 резисторы 11 и 10 находятся в цепи реактора 8.
Далее возможно развитие процессов по трем сценариям.
1
РЗ
откл2
РЗ
откл2
В первом сценарии дуга успешно гасится во время бестоковой паузы и при опробовании напряжением фазы линии КЗ не возникает (успешное ОАПВ). Более подробно: аварийная фаза линии 1 опробуется напряжением посредством включения полюса выключателя 2. Наличие в цепи шунтирующего реактора 8 линейного сопротивления 11 обеспечивает в аварийный фазе (в которой дуга успешно погасла) затухание апериодической составляющей тока через полюс выключателя 2 до величины менее амплитуды вынужденной составляющей тока (а, следовательно, обеспечивается переход тока в выключателе через ноль), при этом величина сопротивления резистора 11 обеспечивает указанное затухание за время Δt<Δt+Δt, где Δt - время действия релейной защиты на отключение линии, Δt - время отключения выключателя 2. Если в результате ошибочных действий релейной защиты и автоматики следует сигнал на отключение линии электропередачи (той же самой фазы или трех фаз), то отключение происходит успешно, так как переходной ток в отключаемой фазе переходит через ноль. Далее восстановление работоспособности линии происходит в штатном режиме.
2
РЗ
вкл
бт
3
2
вкл12
Во втором сценарии при успешном ОАПВ после опробования напряжением аварийной фазы не вырабатывается сигнал на отключение выключателя 2. Тогда через промежуток времени Δt>Δt после повторного включения полюса выключателя 2 в блоке 6 вырабатывается сигнал, передающийся через блок 5, на включение выключателя 12. Выключатель 12 во включенном состоянии шунтирует резисторы 10 и 11 и линия электропередачи 1 далее включается в транзит в стандартном режиме. Энергоемкость резистора 11 должна обеспечивать прохождение тока через него за все время включения под напряжение t>Δt-Δt+Δt+Δt.
В третьем сценарии происходит неуспешное ОАПВ (дуга к моменту опробования напряжением не гасится или происходит повторный пробой). В этом случае подается сигнал на отключение трех фаз выключателя 2. Поскольку включение выключателя 2 происходит при неуспешном ОАПВ на КЗ, то вынужденная составляющая сравнима с апериодической составляющей тока через выключатель. В этом случае электропередача работает в штатном аварийном режиме.
На рис.2 приведены осциллограммы токов через выключатель для обычной линии электропередачи (1) и для представленной в настоящей заявке на полезную модель линии электропередачи (2) в условиях включения холостой линии от ключа управления выключателя.
Из представленной осциллограммы видно, что включение в цепь шунтирующего реактора резистора 11 обеспечило переход тока через ноль, в то время как при его отсутствии ток не переходит через ноль более 0,5 с.
Включение нелинейного резистора 10 параллельно линейному резистору обеспечивает ограничение перенапряжений, воздействующих на резистор 11 и нейтраль шунтирующего реактора на уровне одноминутного испытательного напряжения изоляции нейтрали шунтирующего реактора.