СПОСОБ ГАШЕНИЯ ДУГИ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ПАУЗЕ ОАПВ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ШУНТИРУЮЩИМ ТРЕХФАЗНЫМ РЕАКТОРОМ Российский патент 2008 года по МПК H02H3/06 H01F29/14 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к защите и автоматике энергосистем, и может использоваться для эффективного гашения дуги емкостного тока в цикле однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) линии электропередач при возникновении однофазных замыканий на землю.

В магистральных линиях электропередач сверхвысокого напряжения 500 кВ и выше основными аномальными режимами являются однофазные замыкания на землю, как правило, дуговые или через переходные сопротивления. Для обеспечения устойчивости работы электропередачи и повышения надежности электроснабжения потребителей в России используется режим ОАПВ, в цикле которого основная емкостная составляющая тока замыкания на землю компенсируется соответствующей индуктивностью дополнительного заземляющего нейтрального реактора, в результате чего в цикле ОАПВ дуга гаснет и линия электропередачи возвращается к нормальному режиму работы [1].

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является традиционная схема гашения дуги однофазного замыкания на землю [2], когда в паузе ОАПВ линии электропередачи с шунтирующим трехфазным реактором и однофазным заземляющим реактором в нейтрали его сетевой обмотки, шунтированным выключателем в нормальном режиме, в паузе ОАПВ однофазный заземляющий нейтральный реактор расшунтируется своим выключателем на время гашения дуги и компенсирует емкостную составляющую тока однофазного замыкания на землю, в результате чего дуга гаснет при токах, меньших 50...60 А.

Недостатком указанного способа является тот факт, что и шунтирующий трехфазный реактор, и нейтральный заземляющий реактор в нейтрали его сетевой обмотки имеют фиксированную индуктивность, которую невозможно в принципе точно настроить на текущие емкостные параметры сети, в результате чего результирующий ток замыкания на землю может превышать указанные выше минимальные значения для успешного погасания дуги.

Кроме того, величина емкостного тока замыкания на землю зависит также от текущей нагрузки линии, что также невозможно учесть в неуправляемых шунтирующих реакторах на линиях электропередач сверхвысокого напряжения. В то же время существует новый тип шунтирующих реакторов, которые управляются насыщением стержней магнитопровода через вторичную обмотку управления и позволяют регулировать режимные параметры как в нормальных, так и в аварийных процессах на линии электропередач [3].

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности компенсации емкостного тока дуги однофазного замыкания на землю и обеспечение надежного ее погасания в режимах ОАПВ лини электропередач напряжением 500 кВ и выше. Указанная цель достигается тем, что способ гашения дуги однофазного замыкания на землю в паузе ОАПВ линии электропередачи с шунтирующим трехфазным реактором и однофазным заземляющим реактором в нейтрали его сетевой обмотки, шунтированным выключателем в нормальном режиме, отличается тем, что в качестве шунтирующего реактора используется пофазно управляемый реактор с подмагничиванием, вторичная обмотка управления которого, соединенная в треугольник, в цикле паузы ОАПВ одновременно с расшунтированием заземляющего нейтрального реактора шунтируется на время гашения дуги дополнительным трехфазным выключателем 35 кВ, фазы которого подключены параллельно каждой фазе вторичной обмотки управления реактора.

Вариантом указанного изобретения является случай, когда шунтируется только одна фаза треугольника вторичной обмотки управления, соответствующая фазе линии, на которой произошло однофазное замыкание на землю. В этом случае тот же способ отличается тем, что в цикле ОАПВ соответствующей фазой выключателя 35 кВ шунтируется одна фаза вторичной обмотки управления реактора, соответствующая фазе линии передачи, на которой произошло однофазное замыкание и осуществляется цикл ОАПВ.

Для случаев применения в электрических высоковольтных сетях управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов существует еще одна возможность гашения дуги, когда шунтирующий вторичную обмотку управления выключатель отсутствует, а резонанс емкостного тока замыкания на землю и результирующей индуктивности шунтирующего реактора с заземляющим реактором в нейтрали его сетевой обмотки достигается за счет предельного насыщения "здоровых" фаз шунтирующего реактора. В этом третьем случае тот же способ отличается тем, что отсутствует выключатель, шунтирующий фазы вторичной обмотки управления, а компенсация емкостного тока дуги осуществляется предельным насыщением "здоровых" фаз реактора в цикле ОАПВ командой форсировки от системы автоматического управления.

На схеме, поясняющей сущность предлагаемого изобретения (см. чертеж), изображены трехфазная воздушная линия 1 электропередачи 500 кВ (ВЛ-500 кВ), выключатели 2 трех фаз на подстанциях по обоим концам линии, трехфазный управляемый подмагничиванием шунтирующий реактор (УШР) 3 с первичной обмоткой, соединенной в звезду, вторичной обмоткой управления, соединенной в треугольник, и системой автоматического управления (САУ), которая обеспечивает поддержание требуемой мощности реактора подмагничиванием его стержней через вторичную обмотку управления.

Реактор 3 подключен своей первичной обмоткой непосредственно к ВЛ-500 кВ 1 с одной из сторон (на другой стороне ВЛ при необходимости может быть установлен такой же либо неуправляемый шунтирующий реактор). Для гашения дуги однофазных замыканий на линии нейтраль сетевой обмотки реактора подключается к земле через типовой заземляющий нейтральный реактор 4, мощность которого соответствует параметрам линии и величине ожидаемого тока однофазного замыкания на землю. Для его шунтирования и глухого заземления нейтрали сетевой обмотки реактора в нормальном режиме работы предусмотрен однофазный шунтирующий выключатель 5, включенный при отсутствии замыканий ВЛ на землю.

К выводам треугольника вторичной обмотки управления реактора подключен трехфазный выключатель 35 кВ с пофазным управлением 6 (или группа из трех однофазных выключателей), фазы которого включены также в треугольник параллельно каждой фазе вторичной обмотки управления реактора. Этот выключатель служит для однофазного или трехфазного шунтирования вторичной обмотки управления реактора на время гашения дуги в паузе ОАПВ.

Схема работает следующим образом. В нормальном режиме все три фазы линии 1 находятся в работе, система автоматического управления обеспечивает текущую нагрузку реактора 3, соответствующую передаваемой по линии мощности и заданному уровню напряжения. При этом выключатель 5, шунтирующий нейтральный заземляющий реактор 4, включен, а выключатель 6, шунтирующий фазы вторичной обмотки управления, отключен.

При возникновении однофазного замыкания на одной из фаз релейная защита линии 1 отключает поврежденную фазу с обеих сторон (для примера выключатели нижней фазы на схеме зачернены), в то время как здоровые фазы остаются включенными и передают соответствующую мощность по линии.

После отключения поврежденной фазы в месте замыкания продолжает протекать ток замыкания (I_с), обусловленный емкостями фаз линии на землю и между собой. Для его компенсации и гашения в соответствии с алгоритмом паузы ОАПВ расшунтируется на время гашения дуги (0,5...1 с) нейтральный заземляющий реактор 4 отключением своего шунтирующего выключателя 5. В схеме с обычными неуправляемыми реакторами, в которых отсутствует вторичная обмотка управления, этих действий как правило бывает достаточно - с определенной погрешностью выбранный нейтральный заземляющий реактор 4 обеспечивает своим током (I_р) компенсацию емкостной составляющей тока замыкания фазы на землю (I_с) и дуга гаснет, после чего нейтральный заземляющий реактор 4 снова шунтируется, а поврежденная фаза вводится в работу.

Для реализации гашения дуги в паузе ОАПВ с управляемыми подмагничиванием шунтирующими реакторами требуются дополнительные действия. Это обусловлено тем, что электромагнитная связь между фазами первичной и вторичной обмоток управляемого реактора не позволяет обеспечить протекание через заземляющий шунтирующий реактор тока такой величины и направления, который точно компенсирует емкостной ток замыкания.

Для разрыва или уменьшения этой электромагнитной связи между фазами управляемого реактора возможно три варианта действий, которые и являются предметом предлагаемого изобретения. В первом случае на время гашения дуги одновременно с расшунтированием заземляющего нейтрального реактора 4 шунтируются своим выключателем 35 кВ 6 все фазы треугольника вторичной обмотки управления реактора 3. Тем самым электромагнитная связь между фазами полностью разрывается и одновременно достигается удвоение мощности реактора 3 (при напряжении к.з. 50% между обмотками реактора закорачивание вторичной обмотки управления приводит к двум номинальным токам первичной сетевой обмотки), что позволяет, в свою очередь, получить вдвое больший ток компенсации при той же мощности нейтрального заземляющего реактора 4 либо соответственно уменьшить его мощность.

Во втором варианте шунтируется пофазным выключателем 35 кВ 6 только одна фаза вторичной обмотки управления реактора 3, соответствующая поврежденной и отключенной фазе линии 1 (зачернена на схеме). В этом случае также обеспечивается исключение вредной подпитки тока замыкания от электромагнитной связи со здоровыми фазами, однако фиксированное увеличение мощности реактора 3 составляет не 100%, а только 66%, что также позволяет на соответствующую величину увеличить диапазон тока компенсации либо снизить мощность нейтрального заземляющего реактора 4 в сравнении с использованием неуправляемых шунтирующих реакторов.

Третья разновидность алгоритма гашения дуги в паузе ОАПВ с управляемым подмагничиванием реактором исключает необходимость наличия выключателя 35 кВ, шунтирующего одну или все три фазы вторичной обмотки управления реактора. Это уменьшает количество установленного оборудования в схеме ОАПВ, сводя ее практически к традиционной. Однако для снижения вредного влияния электромагнитной связи через треугольник вторичной обмотки управления на время гашения дуги необходимо эффективно воздействовать на состояние реактора через его систему автоматического управления, а именно - перевести реактор в режим предельного насыщения или максимальной нагрузки за счет форсировки (максимального напряжения) подмагничивания вторичной обмотки управления. После расшунтирования нейтрального заземляющего реактора 4 и одновременной подачи системой автоматического управления сигнала форсировки управляемый шунтирующий реактор 3 за время порядка 0,1...0,3 с переходит в режим максимально допустимой перегрузки и совместно с нейтральным заземляющим реактором 4 обеспечивает компенсацию тока замыкания и гашение дуги.

Следует отметить, что в последнем варианте по мере форсировки подмагничивания и набора мощности реактором 3 ток компенсации через нейтральный заземляющий реактор 4 плавно возрастает до требуемой величины, в результате чего обеспечивается точная компенсация тока замыкания и гарантированное его погасание, что в принципе невозможно в неуправляемых шунтирующих реакторах.

Таким образом, любой из описанных вариантов за счет установки дополнительного пофазно управляемого выключателя 35 кВ или за счет форсировки подмагничивания системой автоматического управления обеспечивает надежное гашение дуги тока замыкания с повышенной точностью и увеличенным диапазоном тока компенсации. Соответственно формула предлагаемого изобретения в трех описанных вариантах сводится к нижеследующему.

Способ гашения дуги однофазного замыкания на землю в паузе ОАПВ линии электропередачи с шунтирующим трехфазным реактором и однофазным заземляющим реактором в нейтрали его сетевой обмотки, шунтированным выключателем в нормальном режиме, отличается тем, что в качестве шунтирующего реактора используется пофазно управляемый реактор с подмагничиванием, вторичная обмотка управления которого, соединенная в треугольник, в цикле паузы ОАПВ одновременно с расшунтированием заземляющего нейтрального реактора шунтируется на время гашения дуги дополнительным трехфазным выключателем 35 кВ, фазы которого подключены параллельно каждой фазе обмотки управления реактора.

Способ по п.1 отличается тем, что в цикле ОАПВ соответствующей фазой выключателя 35 кВ шунтируется одна фаза вторичной обмотки управления реактора, соответствующая фазе линии передачи, на которой произошло однофазное замыкание и осуществляется цикл ОАПВ.

Способ по п.1 отличается тем, что отсутствует выключатель, шунтирующий фазы вторичной обмотки управления, а компенсация емкостного тока дуги осуществляется предельным насыщением "здоровых" фаз реактора в цикле ОАПВ командой форсировки от системы автоматического управления.

Предлагаемое изобретение в его вариантах проверено на математических моделях, макетах и позволяет успешно применять для нормализации режимов энергосистем принципиально новое оборудование - управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы. При этом по сравнению с неуправляемыми шунтирующими реакторами в реализации ОАПВ повышается точность настройки, расширяется диапазон компенсации тока дуги и набор возможных алгоритмов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Майкопар А.С. Дуговые замыкания на линиях электропередачи. М. - Л., "Энергия", 1965.

2. Процессы при однофазном автоматическом повторном включении линий высоких напряжений. / Под. ред. М.А.Левинштейна. М.: Энергоатомиздат, 1991 г.

3. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы для сети 35-500 кВ. Брянцев А.М., Долгополов А.Г., Евдокунин Г.А. и др. "Электротехника", 2003, №1.

Использование: в защите и автоматике энергосистем. Технический результат заключается в повышении точности компенсации емкостного тока дуги однофазного замыкания на землю. Способ гашения дуги однофазного замыкания на землю в паузе ОАПВ линии электропередачи с шунтирующим трехфазным реактором и однофазным заземляющим реактором в нейтрали его сетевой обмотки, шунтированным выключателем в нормальном режиме, отличается тем, что в качестве шунтирующего реактора используется пофазно управляемый реактор с подмагничиванием, вторичная обмотка управления которого, соединенная в треугольник, в цикле паузы ОАПВ одновременно с расшунтированием заземляющего нейтрального реактора шунтируется на время гашения дуги дополнительным трехфазным выключателем 35 кВ, фазы которого подключены параллельно каждой фазе обмотки управления реактора. Вариантами указанного изобретения являются случаи, когда в цикле ОАПВ соответствующей фазой выключателя 35 кВ шунтируется только одна фаза треугольника вторичной обмотки управления, соответствующая фазе линии, на которой произошло однофазное замыкание на землю, либо когда при отсутствии выключателя компенсация емкостного тока дуги осуществляется предельным насыщением «здоровых» фаз реактора командой систем автоматического управления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ гашения дуги однофазного замыкания на землю в паузе ОАПВ линии электропередачи с шунтирующим трехфазным реактором и однофазным заземляющим реактором в нейтрали его сетевой обмотки, шунтированным выключателем в нормальном режиме, отличающийся тем, что в качестве шунтирующего реактора используется пофазно управляемый реактор с подмагничиванием, вторичная обмотка управления которого, соединенная в треугольник, в цикле паузы ОАПВ одновременно с расшунтированием заземляющего нейтрального реактора шунтируется на время гашения дуги дополнительным трехфазным выключателем 35 кВ, фазы которого подключены параллельно каждой фазе обмотки управления реактора.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в цикле ОАПВ соответствующей фазой выключателя 35 кВ шунтируется одна фаза вторичной обмотки управления реактора, соответствующая фазе линии передачи, на которой произошло однофазное замыкание и осуществляется цикл ОАПВ.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отсутствует выключатель, шунтирующий фазы вторичной обмотки управления, а компенсация емкостного тока дуги осуществляется предельным насыщением "здоровых" фаз реактора в цикле ОАПВ командой форсировки от системы автоматического управления.