Способ подавления тока подпитки дуги и восстанавливающегося напряжения на отключенной фазе линии электропередачи Советский патент 1990 года по МПК H02J3/18 H02H3/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на высоковольтных линиях электропередачи (ВЛ), оборудованных устройствами однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ).

Целью изобретения является повышение надежности осуществления ОАПВ.

На фиг. I показана линия электропередачи с СТК и ШР; на фиг. 2 - зависимости токов подпитки дуги от угла сГ; на фиг. 3 - зависимости восстанавливающихся напряжений от указанного угла.

Схема участка электропередачи (фиг. 1) содержит трехфазную линию I

с одним циклом транспозиции проводов, подключенную к шинам 3 и 4 через линейные выключатели 2, в конце ВЛ, примыкающем к шинам 3, установлен СТК, включающий в себя трансформаторную группу 5, обмотки 6 высокого напряжения которой соединены в звезду, а обмотки 7 низкого напряжения соединены треугольником. К выводам обмоток 7 низкого напряжения подключены фазы ре- акторно-тиристорной группе 8, включающие в себя последовательно соединенные реактор и встречно-параллельные тиристоры. В рассечку соединенных треугольником обмоток 7 трансформатора СТК включен выключатель 9, вкпюченный в нормальном режиме.

В нейтраль обмоток 6 высокого напряжения трансформатора СТК включены соединенные параллельно нулевой реактор 10 и выключатель И. Выключатель 11 включен в нормальном режиме. В конце ВЛ, примыкающем к шинам 4, установлен 1ЧР, фазы 12 которого соединены в звезду. В нейтраль ШР включены соединенные параллельно нулевой реактор 13 и выключатель 14. Выключатель 14 также включен в нормальном режиме. Схема участка электропередачи также содер- жит блок 15 определения направления активной мощности прямой последовательности в режиме паузы ОАПВ, блок - 16 выявления отключенной фазы ВЛ, блок 17 управления углами зажигания тирис-торов фаз РТГ.

Блок 15 может быть выполнен на основе реле направления мощности, блок 16 может быть выполнен на основе избирателей повержденной фазы, входящих в устройство ОАПВ, либо на основе реле-повторителя положения контактов выключателей 2, может быть выполнен на основе известных схем регулирования углами зажигания тиристорньгх моду лей.

Рассмотрим определение оптимальных проводимостей СТК, отвечающих минимальным токам подпитки дуги на отключенной фазе А линии.

Выражение для тока подпитки дуги при к.з. на том конце ВЛ, где установлен СТК, примет вид

.

й + + bAc)UJej(fff)H- (Ъф4р

- c, ) + ( - Сд)и,е,

где ,

с - емкости между повреж яс „ „ ,

денной фатой А и оставшимися в работе фазами В и С ВЛ на конце линии, где установлен СТК; к к,

сдя, сдс - аналогичные междуфазные емкости, относящиеся к концу линии, где установлен ШР.

Uj - U 4 - модули фазных напряжений на шинах 3 и 4 подстанций ВЛ; Ј - угол сдвига фаз межд векторами напряжения прямо последовательности на шинах 3 и 4 подстанций;

о 120 град,; e Jp у - . V3

J Т ;

Ьффр XNp/Xp(Xp+3XNp) - эквивалентная междуфазная проводимость ШР;

Ьдв Ьдс эквивалентные проводимости СТК между отключенной фазой А и неповрежденными фазами В и С линии; ЪА

JM

NK + Ъл + Ь8 + bc ЬдЪс

и bNK + Ьд + Ьв + ьс причем Ьл, bfl и Ьс - проводимости фаз СТК, подключенных к фазам А, В и С линии и включающих в себя реактивности фаз РТГ и трансформатора.

Междуфапные емкости , сдс, сЈв сЈс пофазно несимметричны. Их величины определяются геометрией подвески проводов фаз и грозозащитных торосов, схемой транспозиции воздушной линии. о

В схеме электропередачи, содержащей на одном конце линии СТК, а на другом четырехлучевой шунтирующий реактор (фиг. 1), полная компенсация неравных между собой междуфазных емкостей линии невозможна, поскольку взаимные проводимости четырехлучево- го реактора совпадают между собой (ьлвр bflcp ). Задача сводится к определению таких параметров СТК, которые обращали бы в минимум токи подпитки дуги при к.з. на данной фазе ВЛ.

515

При фиксированном значении реактивности нулевого реактора п нейтрали ШР Xр (этому соответствует фиксированное значение ) ток дуги подпитки является функцией эквивалентных параметров СТК ЬЛВ, b ftc и угла d В режиме паузы ОАЛВ активная мощность может передаваться как от шины 3 к шгнам 4, так и в обратном направле- нии. При этом угол оО изменяется в широком диапазоне, принимая как положительные, так и отрицательные значения. Согласно расчетам, нельзя снизить ток подпитки дуги и восстанав- ливаюшееся напряжение до приемлемых величин во всем диапазоне изменения угла при неизменных эквивалентных проьодимостях СТК b .в и b дС. В то же время для каждого значения угла сГ мо- гут быть установлены величины , ЬДс, отвечающие нулевому току подпитки дуги при к.з. в начале фазы А линии (1Д 0). При равенстве между собой напряжений на шинах подстанций ВЛ (U3 U4) зависимости эквивалентных проводимостей СТК от угла, соответствующие снижению до нуля тока подпитки, примут «ид

/3

ЬЛ6 (со8 + slnJRwcae - Ьффр ) + -g- sin (их с - ),

/3

UAC -с to- (cos d - sin cPXJLJc 2-/3- Ьффр ) + -j- sin J (u)C;8 -Ъффр) ,

(2)

Отсюда следует, что для каждой линии передачи могут быть заранее рассчитаны по соотношениям (2) зависимости эквивалентных проводимостей СТК ЬЛ8 и Ьдс от угла сГ, задача сводится к управлению фазньгми проводимостями СТК, обеспечивающему эти значения эквивалентных проводимостей.

Такой способ подавления тока подпитки дуги и восстанавливающегося на- пряжения требует непрерывного управления СТК в зависимости от изменяющегося в паузе ОАПВ значения угла и технически затруднен вследствие необходимости передачи по телеканалу фазы напряжения.

Более простой способ заключается в управлении проводимостями СТК в зависимости от направления передачи ак896

тнвной мощности. Такой принцип управления не требует телепередачи информации .

Пусть активная мощность передается от шин 3 линии I к шинам 4. Угол сдвига фаз между напряжениями прямой последовательности на шинах 3 и 4 обозначим fHK, причем При указанном направлении активной мощности угол /нк находится в диапазоне ° « «Ли «f и уг°л может быть определен расчетным путем.

Эквивалентные проводимости СТК, отвечающие нулевому значению тока подпитки при предельных значениях угла / нк, определяются по соотношениям (5). При fHu О

-(сАнйи+ с ы- b

р

(сдс слс

); ).

(3)

При сГнк сГик

««ИЛ

iw«kc Hмаке

ЬЯс -Сдс)- ( +

+ )(c;euj- ь

. 2 V3 . «каке .ц

+ (crtcw- bt4p);

/HOItu: ЬДС

.

(A)

(coscf -

IJ . Лмс1кс , n.

Т 81П нх CACW- Ь) ).

.

1J n макс , ц

у- sin Нк (с

Токи подпитки дуги и восстанавливающиеся напряжения могут быть снижены до допустимых значений при указанном направлении передачи мощности, если эквивалентные проводимости СТК примут усредненные значения

i w«макс

ьд6 Ьлв --:.-

+ i (I + costf:r + (bw

) -4 (ь - с;вы).(5)

НС

(иммакс

+

2САС

1 / ,„ «a t

у (1 -

--Tsin-Cr

/3

(b«,+p - ) + -у ( О)) Sine;

«8

HK

реакторно-тиристорных групп при определенном направлении активной мощности, обеспечивающие минимальный уровень токов подпитки дуги на отключенной фазе, которые в общем виде можно записать как

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на высоковольтных линиях электропередачи, оборудованных устройствами однофазного автоматического повторного включения /ОАПВ/. Целью изобретения является повышение надежности осуществления ОАПВ.Для решения этой задачи в рассечку обмотки низкого напряжения силового трансформатора статического тиристорного компенсатора вводится емкостное сопротивление для компенсации емкостей линии между отключенной и неотключенной фазами, а также активного сопротивления для уменьшения времени затухания апериодической слагающей тока подпитки дуги. Это позволяет увеличить долю успешных ОАПВ. 3 ил.

Пусть активная мощность nepeflaeTCH в обратном направлении от шин 4 к ши- нам 3 (фиг. 1). Угол сдвига фаз между напряжениями прямой последовательности на шинах 4 и гаинах 3 обозначим ,ГКН, причем Гки

Определим эквивалентные проводимо- сти СТК, при которых токи подпитки дуги и восстанавливающиеся напряжения снижаются до допустимых величин при указанном направлении передачи активной мощности. Выражения этих прово

димостей запишутся следующим образом:

ЛВ

2 °

cos

ки

-4sint/l;r;KCHb P- с,

+ ,Р

-сд);

(6)

-CACW + 2

С

тЗ . „ Мане /, -g-Sinc/1 (b

(1 А МО) КС

cos н

ф+р

- СПС

К ч СЛвЫ

Зная эквивалентные проводимости СТК, можно определить значения фаз,- ных проводимостей СТК. Согласно расчетам целесообразно перевести фазу СТК, подключенную к аварийной фазе ВЛ, в режим потребления номинальной реактивной мощности b д b Ном. Тогда при заданной реактивности нулевого реактора в нейтрали трансформатора СТК Ьмк его фазные проводимости запишутся в виде

Ьном )ЬЛ6 b АВ - Ьдс

Ьном )

ЬАв - Ьдс

(7)

Решая совместно (6) и (7), нетрудно определить величины проводимостей

Ь,

НОМ

Ь

НОМ

)Ь

IL.

ьч - ъ,.г

(8)

где Ь{ bJ

ьг

ЬНОМ ЬМК

b.j

(bNK + Ьном )bi4 ьном Ь ,j - Ь;г

проводимость фазы РТГ, подключенной к поврежденной фазе линии; проводимость фазы РТГ, подключенной к отстающей от поврежденной фазе ВЛ; проводимость фазы РТГ, подключенной к опережающей поврежденную фазе линии;

проводимость фазы РТГ при полностью открытых тиристорах;

проводимость нулевого реактора в нейтрали трансформатора СТК; эквивалентные междуфазные проводимости СТК;

40

-c4w +(Ьрфф- - с.ш) - /з( - );

45

bu г (d -/)( ) + р(ЬрФ4 - ),

0

5

Где ci| . емкость между отключенной и отстающей от нее фазами ВЛ на конце линии, где установлен СТК;

-емкость между отключенной и опережающей ее фазами ВЛ на конце линии, где установлен СТК;

-аналогичные междуфазные емкости на конце линии, где установлен ШР;

угловая частота;

(г

с ,. , с ,

Ij Z

«p

ХМ„/&р (Xp + 3 XND) - ЭКнр

HP

Бивалентная междуфаэная проводимость ШР; реактивное сопротивление нулевого реактора в нейтрали ШР;

реактивное сопротивление фазы ШР;

параметры, зависящие направления передачи тивной мощности. ля прямой передачи мощности

Мр

of.P отак

1

6 т

+ cos J1™1

sin

л /и о че

мк.

Для обратной передачи мощности

I + cos сГ

кн

/3

т

.

Переход от проводимостей к углам управления фаз РТГ осуществляется по известным зависимостям.

Способ подавления тока подпитки дуги и восстанавливающегося напряжения 30 на отключенной фазе ВЛ осуществляется следующим образом.

При возникновении однофазного к.з., например, на фазе А линии ее отключают

с обеих сторон выключателями 2. Посл

отключения однофазного замыкания в цикле ОАПВ на поврежденной фазе развивается вторичная дуга 18, подпитываемая через треугольник обмоток трансформатора СТК, а также через емкостные и индуктивные связи отключенной фазы с остающимися в работе. Для гашения вторичной дуги осуществляютс следующие операции. Отключается выключатель 9, размыкая обмотку 7 трансформатора СТК, соединенную треугольником. Отключают выключатели I1 и 14 в нейтралях трансформатора СТК и ШР. При этом нулевой реактор 10 оказывается подключенным в нейтраль трансформатора СТК, а нулевой реактор 14 - в нейтраль ГОР. Блок 15 определяет направление активной мощности в режиме паузы ОАПВ, блок 16 определяет отключенную фазу линии. Информация о направлении активной мощности и отключенной фазе линии поступает с выходов блоков 15 и 16 на вход блока 17. В зависимости от направления

10

15

30

, т

5452R910

активной мощности и от отключенной фазы линии блок 17 устанавливает по- фазно различные неизменные в режиме бестоковой паузы ОАПВ такие значения углов управления фаз РТГ, чтобы проводимость фаз РТГ изменялись по соот- нопениям (8). При этом обеспечивается минимальный .уровень токов подпитки дуги на данной отключенной фазе ВЛ при определенном направлении активной мощности.

Согласно расчетам режимных параметров при осуществлении ОАПВ на всех фазах ВЛ наибольшие токи дуги и восстанавливающиеся напряжения имеют место по концам фазы А линии, которая является геометрически средней фазой на среднем шаге транспозиции (фиг. 1). Зависимости токов подпитки дуги по концам фазы А линии от угла сГ изображены на фиг. 2. Аналогичные зависимости восстанавливающихся напряжений приведены на фиг. 3. Сплошными линиями показаны зависимости токов и напряжений на том конце линии, где установлен СТК, а пунктиром - зависимости токов и напряжений на противрпо- ложном конце линии. При определенных по соотношению (8) проводимостях СТК дуга надежно гаснет за время бестоковой паузы ОАПВ. Напряжения на нейтрали трансформатора СТК не превышает 90 кВ, что допустимо в течение бесто-

20

25

Использование предлагаемого способа обеспечивает гашение вторичной дуги на электропередаче с СТК и ШР в режиме паузы ОАПВ, повышая тем самым надежность осуществления ОАПВ.

Формула изобретения

Способ подавления тока подпитки ДУГИ и восстанавливающегося напряжения на отключенной ..фазе линии электропередачи (ВЛ), оборудованной устройством однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ), к одному концу которой подключен шунтирующий реактор (ШР), а к другому концу ВЛ - статический тиристорный компенсатор (СТК), включающий в себя трансформаторную групцу со схемой соединения обмоток звезда с заземленной нейтралью - треугольник и реакторно-ти- ристорные группы (РТГ), подключенные к обмоткам низкого напряжения трансформатора, заключающийся в том, что

IJ15

после отключения поврежденной фазы размыкают обмотку трансформатора СТК, соединенную треугольником и в нейтрали трансформатора СТК и ГОР включают нулевые реакторы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности осуществления ОАПВ, определяют направление активной мощности, передаваемой по ВЛ в режиме паузы ОАПВ и изменяют проводимости фаз РТГ в зависимости от направления передаваемой активной мощности, от отключаемой фазы линии и параметров нулевых реакторов по соотношениям

Ь,

е Ь.

Ь:

нем

NK

ъ: 1

проводимость фазы РТГ, подключенной к поврежден- 25 ной фазе линии; проводимость фазы РТГ, подключенной к отстающей от поврежденной фазе ВЛ; проводимость фазы РТГ, 30 подключенной к опережающей поврежденную фазе линии; проводимость фазы РТГ при полностью открытых тиристорах;

проводимость нулевого реактора в нейтрали традс- форматора СТК; эквивалентные междуфазные проводимости СТК, опреде- 40 ляемые по соотношению

35

-cijU +

j U +

z

/)(ЬРМ ш)- p( - ); U +fi )(b,

Р

К

- с,гы) +р(Ъ - с емкость между отключенной и отстающей от нее фазами

с 5

0

, Чг

W

12

ВЛ на конце линии, где установлен СТК; емкость между отключенной и опережающей ее фазами ВЛ на конце линии, где установлен СТК;

аналогичные междуфазные емкости на конце линии, где установлен ШР; угловая частота;

с 5

0

5 0

0

5

bpf4 Xrtp/Xp(Xp + 3 X

Np

экви Np

d И0

валентная междуфаэная проводимость ШР;

-реактивное сопротивление нулевого реактора в нейтрали ШР;

-реактивное сопротивление фазы ШР;

- параметры, зависящие от направления передачи активной мощности,

причем значения о/ик и рмк при передаче мощности от конца ВЛ, где установлен СТК к концу ВЛ, где установлен DIP, определяют по соотношению

. , 3

+ cosdHK где - предельный угол сдвига

М

фаз между векторами напряжений прямой последовательности на шинах отправной и приемной подстанций ВЛ при передаче мощности в заданном направлении,

значения d км и /зкк при передаче

ности от конца ВЛ, где

,

мош- установлен ИГР,

к концу ВЛ, где установлен СТК, определяют по соотношениям

1

COS

/у«ия с d Кн

д - 0 -Г n лГМакс

, PKH- JslncfKH ,

5

где

JMC.HC

kH

предельный угол сдвига фаз между векторами напряжений прямой последовательности на шинах подстанций ВЛ в режиме паузы ОАПВ при указанном направлении передачи мощности.

1 апф

G$B El

3VDH

17

рфиф

.j

Ю -40 20 0 20 W 60 Ь,грод

Фи&З