 |
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЛ
Эффективность и управляемость
шунтирующих реакторов
Кира Кадомская, д.т.н., профессор, Новосибирский государственный технический университет
Тему оснащения высоковольтных воздушных линий шунтирующими реакторами, начатую в предыдущем материале, продолжает Кира Пантелеймоновна Кадомская, которая
рассматривает особенности применения неуправляемых и управляемых реакторов.
Шунтирующие реакторы (ШР) на протяженных воздушных линиях
высокого напряжения (ВЛ ВН) устанавливаются для обеспечения
требуемых характеристик ЛЭП в нормальном режиме эксплуатации
ВЛ при учете изменения её графика нагрузки. Обычно мощность ШР
выбирается исходя из требуемой степени компенсации емкостной
мощности, генерируемой ВЛ в режиме передачи наименьшей активной мощности.
В случае применения неуправляемых ШР изменение режима
передачи мощности по ВЛ требует отключения части реакторов,
т.е. отвечает весьма грубому регулированию реактивной мощности, генерируемой ВЛ, так как единичные мощности реакторов
достаточно велики (180, 300 и 900 МВА для ВЛ 500, 750 и 1150 кВ
соответственно).
Внедрение в электрические сети ВН управляемых реакторов
(УШР и УШКТ [1, 2]) позволяет осуществлять плавное регулирование
реактивной мощности в нормальном эксплуатационном режиме.
Вместе с тем эксплуатация ВЛ ВН неминуемо сопровождается как
нештатными, так и штатными неполнофазными режимами, в которых
могут возникнуть резонансные контуры, включающие в себя фазные
и междуфазные емкости ВЛ и индуктивности мощных реакторов.
В этих режимах на фазах ВЛ и соответственно на электрооборудовании, подключенном к ВЛ (ограничителях перенапряжений
нелинейных (ОПН), делителях напряжения, высокочастотных заградителях и др.), могут возникнуть повышенные напряжения, которые
приведут к нарушению электрической прочности его изоляции и
возможному разрушению. Следует отметить, что защитные аппараты
типа ОПН не рассчитаны на ограничение резонансных перенапряжений из-за ограниченной энергоемкости их варисторов.
НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ШР
При неучете таких аномальных режимов при проектировании
релейной защиты ВЛ, оснащенной неуправляемыми ШР, её действие может привести к усугублению и развитию технологического
нарушения.
В качестве примера можно привести развитие аварии на ВЛ
500 кВ протяженностью 470 км. При включении под напряжение
после ремонта на этой ВЛ произошло короткое замыкание из-за
перекрытия внешней изоляции ОПН (возможно, причина этого
перекрытия связана с проникновением влаги и увлажнением песка,
заполняющего внутреннюю полость ОПН, в течение достаточно
длительного времени ремонта ВЛ, когда ОПН находился не под
напряжением). Поскольку ВЛ была оснащена устройствами однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ), то при КЗ
на одной из фаз эта фаза отключилась с двух сторон.
При этом следует отметить, что ВЛ была оснащена четырьмя ШР
мощностью 180 МВА, установленными на обоих концах ВЛ. Однако
в момент описываемых событий один из реакторов был выведен в
ремонт, то есть в работе оставалось только три реактора.
В табл. 1 приведены значения вынужденных составляющих напряжения (напряжений в квазистационарном режиме) на отключенной
фазе в цикле бестоковой паузы ОАПВ (рис. 1) при различном числе
ШР, подключенных к ВЛ.
Из табл. 1 видно, что оснащение ВЛ тремя реакторами приводит
к резонансу напряжений на отключенной фазе. Простейший контур,
поясняющий возможность такого резонанса, приведен на рис. 2.
Напряжение на отключенной фазе в переходном процессе носит
характер биений. Такой же характер носит напряжение на разомкнутых контактах выключателя (рис. 3).
Напряжение на контактах выключателя в рассматриваемом случае
превысило электрическую прочность при их размыкании, в результате чего линейный выключатель 500 кВ был поврежден (фото 1).
Причина рассмотренного технологического нарушения – осуществление ОАПВ при эксплуатации на ВЛ трех ШР вместо предусмотренных проектом четырех ШР. Из табл. 1 следует, что в рассмотренной
ЛЭП резонансные условия возникают лишь в этом случае.
Следовательно, в проекте рассматриваемой ЛЭП и в соответствующих инструкциях по её эксплуатации осуществление ОАПВ
при эксплуатации трех ШР должно было быть запрещено. Перед
осуществлением ОАПВ можно было, например, рекомендовать
отключение реактора от коммутируемой фазы или предпринять
какие-либо другие меры, исключающие возможность возникновения
резонансных явлений.
УПРАВЛЯЕМЫЕ ШР
Очевидно, что при проектировании ЛЭП с УШР любого типа
должны быть предъявлены требования к их управлению не только в
нормальных эксплуатационных режимах, но и в разного рода штатных (например, ОАПВ) и нештатных неполнофазных ситуациях.
В связи с этим следует отдать предпочтение управляемым реакторам с большим быстродействием. Математическое моделирование эффективности управления двух типов реакторов – УШР,
управляемого с помощью изменения магнитного состояния магнитопроводов [1] и УШКТ трансформаторного типа [2, 3], проведенное
на кафедре «Техника и электрофизика высоких напряжений» НГТУ,
показало, что при использовании УШКТ достигается более быстрое
изменение индуктивности УШР, что позволяет осуществлять управление реактором в темпе переходного (штатного или нештатного)
процесса. Принципиальная схема УШКТ приведена на рис. 4.
В качестве иллюстрации быстродействия УШКТ на рис. 5 приведена компьютерная осциллограмма перехода из индуктивного
режима эксплуатации УШКТ в емкостный.
Из рис. 5 следует, что этот переход в момент времени t = 0,2 c
осуществлен за время, не превосходящее период промышленной
частоты, т.е. менее чем за 0,02 с.
Поэтому при осуществлении ОАПВ в течение этого времени
можно существенно уменьшить индуктивный ток, потребляемый
реактором отключенной фазы, и тем самым избежать возникновения
резонансной схемы практически при любом числе реакторов на ВЛ
во время этой коммутации.
При использовании же реактора с подмагничиванием надежно
избежать резонанса можно лишь при отключении реактора этой
фазы, что связано с дополнительным срабатыванием выключателя
этого реактора и, следовательно, не только с уменьшением срока его
службы, но и с возможностью появления перенапряжений в обмотке
реактора, обусловленных отключением малых индуктивных токов.
ВЫВОДЫ
1. При проектировании и эксплуатации ВЛ ВН, оснащенных неуправляемыми шунтирующими реакторами,
необходимо рассматривать не только нормальные режимы
эксплуатации ВЛ, но и разного рода штатные и нештатные
неполнофазные коммутации, неминуемо возникающие при
эксплуатации, с тем чтобы не допускать квазистационарных
резонансных режимов, возникающих в этих коммутациях и
приводящих в ряде случаев к серьезным технологическим
нарушениям в работе электрооборудования, присоединенного к ВЛ.
2. При проектировании новых дальних электропередач ВН и реконструкции существующих следует отдавать
предпочтение управляемым шунтирующим реакторам,
позволяющим осуществлять как плавное регулирование
нормальных режимов эксплуатации ВЛ при изменении
графика их нагрузки, так и оптимальное управление квазистационарными неполнофазными и несимметричными
режимами с целью обеспечения надежной эксплуатации
изоляции электрооборудования, подключенного к ВЛ.
3. Следует провести тщательные сравнительные исследования эффективности и управляемости шунтирующих
реакторов различного конструктивного исполнения: управляемых с помощью подмагничивания магнитопроводов ШР
(УШР) и компенсатора трансформаторного типа (УШКТ) в
разного рода несимметричных и неполнофазных режимах.
Такие исследования позволили бы определить преимущественные ниши использования этих реакторов в воздушных
электропередачах высокого напряжения различного назначения и конструктивного исполнения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Брянцев А.М., Долгополов А.Г., Лурье А.И. и др. Впервые в сети
500 кВ введен в эксплуатацию новый управляемый подмагничиванием шунтирующий реактор мощностью 180 МВА // Электричество. – 2006. – № 8. – С. 65–68.
2. Александров Г.Н. Быстродействующий управляемый реактор
трансформаторного типа 420 кВ, 50 МВАр пущен в эксплуатацию //
Электричество. – 2002. – № 3. – С. 64–66.
3. Александров Г.Н., Шакиров М.А. Исследование переходных
режимов работы управляемого шунтирующего компенсатора
трансформаторного типа с помощью магнитоэлектрических схем
замещения // Электричество. – 2005. – № 6. – С. 20–32.
| 
|
