ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧА ВЫСОКОГО И СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ВЫСОКИМ УРОВНЕМ КОМПЕНСАЦИИ ЗАРЯДНОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в сетях переменного тока напряжением 110-1150 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 электропередача сверхвысокого напряжения с высоким уровнем компенсации зарядной мощности (патент №123597), в которой резисторы включаются последовательно каждому шунтирующему реактору в его нейтраль.
Недостатком данного технического решения является ограничения на номиналы применяемых резисторов: они не могут быть больше определенной величины, определяемой уровнем изоляции нейтрали шунтирующего реактора.
Целью данной полезной модели является увеличение вынужденной составляющей тока через выключатель при коммутациях компенсированной линий электропередачи (ЛЭП) до необходимой величины, чтобы ток через выключатель переходил через ноль и выключатель успешно осуществлял отключение ЛЭП.
По п.1. указанная цель достигается тем, что электропередача высокого и сверхвысокого напряжения с высоким уровнем компенсации зарядной мощности, содержащая линию электропередачи (ЛЭП), подключенную к трансформаторным подстанциям через линейные выключатели, и подключенные через высоковольтные выключатели устройства компенсации зарядной мощности ЛЭП (например, шунтирующие реакторы) с параллельно подключенными резисторами с высоконелинейными вольтамперными характеристиками содержит подключенные через выключатель линейные резисторы параллельно устройствам компенсации зарядной мощности ЛЭП, а также блок автоматики управления, вход которого соединен с выходом устройства релейной защиты и автоматики, соединенных с исполнительным органом линейных выключателей и высоковольтных выключателей в цепях устройств компенсации зарядной мощности, а выход блока автоматики управления соединен с исполнительным органом выключателей в цепи линейных резисторов, причем сопротивление резисторов с линейной вольтамперной характеристикой обеспечивает в условиях включения холостой линии превышение амплитуды вынужденной составляющей тока через линейный выключатель над значением апериодической составляющей тока.
На рис.1 показана электропередача высокого и 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 выключатели 7 подключены шунтирующие реакторы 8, параллельно которым подключены резисторы с высоконелинейной характеристикой 9 и резисторы с линейной вольтамперной характеристикой 10 через выключатель 11.
Электропередача работает следующим образом.
В нормальном установившемся режиме линия электропередачи работает с включенными выключателями 2 и 3, выключатель 7 в цепи шунтирующего реактора 8 включен или отключен в зависимости от режимных условий, выключатель 11 отключен. Линия электропередачи работает по-особому алгоритму в условиях постановки линии электропередачи под напряжение от ключа управления линейного 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;
- выключатель 11 отключен.
1
РЗ
откл2
PЗ
откл2
При постановке линии электропередачи под напряжение от ключа управления выключателя 2 в блоке 5 вырабатывается сигнал на включение выключателя 11. После фиксации состояния «включен выключатель в цепи резистора» подается команда на включение выключателя 2 и выключатель 2 включается. Наличие активного сопротивления 10 параллельно шунтирующему реактору 8 обеспечивает превышение амплитуды вынужденной составляющей тока над апериодической составляющей тока через выключатель 2 (происходит переход тока в выключателе через ноль), при этом величина сопротивления резистора 10 обеспечивает указанное превышение 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. При снятом напряжении выключатель 11 отключается. После устранения причин отключения действия по постановке линии под напряжение повторяются.
2
РЗ
откл2
Во втором сценарии линия электропередачи 1 успешно ставится под напряжение и отключение линии не происходит. В этом случае через промежуток времени Δt>Δt+Δt после включения выключателя 2 в блоке 5 вырабатывается сигнал на отключение выключателя 11. После фиксации состояния «отключен выключатель в цепи резистора» подается сигнал на включение в стандартном режиме линии электропередачи 1 в транзит. Энергоемкость резистора 11 должна обеспечивать прохождение тока через него за все время включения его под напряжение.
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;
- выключатель 11 отключен.
3
бт
вкл11
бт
вкл11
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 включения выключателя 11) вырабатывается в блоке 6, передающийся через блок 5, сигнал на включение выключателя 11. Ко времени опробования напряжением линии электропередачи 1 резистор 10 подключен параллельно реактору 8.
1
РЗ
откл2
РЗ
откл2
Линия 1 опробуется напряжением посредством включения выключателя 2. Наличие подключенного сопротивления 11 обеспечивает в неаварийных фазах превышение вынужденной составляющей над апериодической составляющей в токе через выключатель 2 (а, следовательно, обеспечивается переход тока в выключателе через ноль), при этом величина сопротивления резистора 10 обеспечивает указанное превышение 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. При снятом напряжении выключатель 11 отключается. После устранения причин повторного отключения производятся действия по постановке линии под напряжение.
2
РЗ
откл2
Во втором сценарии линия электропередачи 1 успешно опробуется напряжением (успешное ТАПВ) и отключение линии не происходит. В этом случае через промежуток времени Δt>Δt+Δt после повторного включения выключателя 2 в блоке 5 вырабатывается сигнал на отключение выключателя 11. После фиксации состояния «отключен выключатель в цепи резистора» линия электропередачи 1 включается в транзит в стандартном режиме. Энергоемкость резистора 11 должна обеспечивать прохождение тока через него за все время включения его под напряжение.
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;
- выключатель 11 отключен.
3
бт
вкл11
бт
вкл11
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 включения выключателя 11) вырабатывается в блоке 6, передающийся через блок 5, сигнал на включение выключателя 11. Ко времени опробования напряжением фазы линии электропередачи 1 резистор 10 подключен параллельно реактору 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). В более подробном изложении: аварийная фаза линии 1 опробуется напряжением посредством включения полюса выключателя 2. Наличие в цепи линейного сопротивления 10 обеспечивает в аварийный фазе (в которой дуга успешно погасла) превышение вынужденной составляющей над апериодической составляющей тока через выключатель 2 (а, следовательно, обеспечивается переход тока в выключателе через ноль), при этом величина сопротивления резистора 10 обеспечивает указанное превышение 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. При снятом напряжении выключатель 11 отключается. Далее восстановление работоспособности линии происходит в штатном режиме.
2
РЗ
откл2
Во втором сценарии при успешном ОАПВ после опробования напряжением аварийной фазы не вырабатывается сигнал на отключение выключателя 2. Тогда через промежуток времени Δt>Δt+Δt после повторного включения полюса выключателя 2 в блоке 5 вырабатывается сигнал на отключение выключателя 11 и аварийная фаза линии электропередачи 1 далее включается в транзит в стандартном режиме. Энергоемкость резистора 10 должна обеспечивать прохождение тока через него за все время включения под напряжение.
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 отключение линии электропередачи 1 происходит в штатном 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 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 9 параллельно шунтирующему реактору обеспечивает ограничение перенапряжений в цепи реактора в штатном режиме.
По п.2. указанная цель достигается тем, что электропередача высокого и сверхвысокого напряжения с высоким уровнем компенсации зарядной мощности, содержащая линию электропередачи (ЛЭП), подключенную к трансформаторным подстанциям через линейные выключатели, и подключенные через высоковольтные выключатели устройства компенсации зарядной мощности ЛЭП (например, шунтирующие реакторы) с параллельно подключенными резисторами с высоконелинейными вольтамперными характеристиками содержит подключенные через короткозамыкатели и отделители линейные резисторы параллельно устройствам компенсации зарядной мощности ЛЭП, а также блок автоматики управления, вход которого соединен с выходом устройства релейной защиты и автоматики, соединенных с исполнительным органом линейных выключателей и высоковольтных выключателей в цепях устройств компенсации зарядной мощности, а выход блока автоматики управления соединен с исполнительными органами короткозамыкателей и отделителей в цепи линейных резисторов, причем сопротивление резисторов с линейной вольтамперной характеристикой обеспечивает в условиях включения холостой линии при замкнутом короткозамыкателе превышение амплитуды вынужденной составляющей тока через линейный выключатель над значением апериодической составляющей тока.
На рис.3 показана электропередача высокого и 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 выключатели 7 подключены шунтирующие реакторы 8, параллельно которым подключены: резисторы с высоконелинейной характеристикой 9, резисторы с линейной вольтамперной характеристикой 10 через короткозамыкатель 11 и отделитель 12.
Электропередача работает следующим образом.
В нормальном установившемся режиме линия электропередачи работает с включенными выключателями 2 и 3, выключатель 7 в цепи шунтирующего реактора 8 включен или отключен в зависимости от режимных условий, короткозамыкатель 11 отключен, отделитель 12 включен. Линия электропередачи работает по-особому алгоритму в условиях постановки линии электропередачи под напряжение от ключа управления линейного 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;
- короткозамыкатель 11 отключен, отделитель 12 включен.
1
РЗ
откл2
РЗ
откл2
При постановке линии электропередачи под напряжение от ключа управления выключателя 2 в блоке 5 вырабатывается сигнал на включение короткозамыкателя 11. После фиксации состояния «включен короткозамыкатель» подается команда на включение выключателя 2 и выключатель 2 включается. Наличие активного сопротивления 10 параллельно шунтирующему реактору 8 обеспечивает превышение амплитуды вынужденной составляющей тока над апериодической составляющей тока через выключатель 2 (происходит переход тока в выключателе через ноль), при этом величина сопротивления резистора 10 обеспечивает указанное превышение 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. При снятом напряжении короткозамыкатель И отключается. После устранения причин отключения действия по постановке линии под напряжение повторяются.
2
РЗ
откл2
Во втором сценарии линия электропередачи 1 успешно ставится под напряжение и отключение линии не происходит. В этом случае через промежуток времени Δt>Δt+Δt после включения выключателя 2 в блоке 5 вырабатывается сигнал на отключение отделителя 12 и далее линия электропередачи 1 включается в транзит в стандартном режиме. При снятом напряжении короткозамыкатель 11 отключается. После фиксации состояния «короткозамыкатель отключен» подается сигнал на включение отделителя 12. Энергоемкость резистора 11 должна обеспечивать прохождение тока через него за все время включения его под напряжение, отделитель должен быть рассчитан на отключение тока через резистор.
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;
- короткозамыкатель 11 отключен, отделитель 12 включен.
3
бт
вкл11
бт
вкл11
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 включения короткозамыкателя 11) вырабатывается в блоке 6, передающийся через блок 5, сигнал на включение короткозамыкателя 11. Ко времени опробования напряжением линии электропередачи 1 резистор 10 подключен параллельно реактору 8.
1
РЗ
откл2
PЗ
откл2
Линия 1 опробуется напряжением посредством включения выключателя 2. Наличие подключенного сопротивления 11 обеспечивает в неаварийных фазах превышение вынужденной составляющей над апериодической составляющей в токе через выключатель (а, следовательно, обеспечивается переход тока в выключателе через ноль), при этом величина сопротивления резистора 10 обеспечивает указанное превышение 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 ΤАПВ, 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. При снятом напряжении короткозамыкатель 11 отключается. После устранения причин повторного отключения производятся действия по постановке линии под напряжение.
2
РЗ
откл2
Во втором сценарии линия электропередачи 1 успешно опробуется напряжением (успешное ТАПВ) и отключение линии не происходит. В этом случае через промежуток времени Δt>Δt+Δt после повторного включения выключателя 2 в блоке 6 вырабатывается и передается через блок 5 сигнал на отключение отделителя 12 и линия электропередачи 1 далее включается в транзит в стандартном режиме. При снятом напряжении короткозамыкатель 11 отключается. После фиксации состояния «короткозамыкатель отключен» подается сигнал на включение отделителя 12. Энергоемкость резистора 11 должна обеспечивать прохождение тока через него за все время включения его под напряжение, отделитель должен быть рассчитан на отключение тока через резистор.
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;
- короткозамыкатель 11 отключен, отделитель 12 включен.
3
бт
вкл11
бт
вкл11
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 включения короткозамыкателя 11) вырабатывается в блоке 6, передающийся через блок 5, сигнал на включение короткозамыкателя 11. Ко времени опробования напряжением фазы линии электропередачи 1 резистор 10 подключен параллельно реактору 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). В более подробном изложении: аварийная фаза линии 1 опробуется напряжением посредством включения полюса выключателя 2. Наличие в цепи линейного сопротивления 10 обеспечивает в аварийный фазе (в которой дуга успешно погасла) превышение вынужденной составляющей над апериодической составляющей тока через выключатель (а, следовательно, обеспечивается переход тока в выключателе через ноль), при этом величина сопротивления резистора 10 обеспечивает указанное превышение 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. При снятом напряжении короткозамыкатель 11 отключается. Далее восстановление работоспособности линии происходит в штатном режиме.
2
РЗ
откл2
Во втором сценарии при успешном ОАПВ после опробования напряжением аварийной фазы не вырабатывается сигнал на отключение выключателя 2. Тогда через промежуток времени Δt>Δt+Δt после повторного включения полюса выключателя 2 в блоке 5 вырабатывается сигнал на отключение отделителя 12 и далее линия электропередачи 1 включается в транзит в стандартном режиме. При снятом напряжении короткозамыкатель 11 отключается. Энергоемкость резистора 10 должна обеспечивать прохождение тока через него за все время включения под напряжение, отделитель должен быть рассчитан на отключение тока через резистор.
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.