Способ постановки под напряжение линии электропередачи с шунтирующими реакторами Советский патент 1990 года по МПК H02H11/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно способам включения линий электропередач высокого напряжения с шунтирующими реакторами. При включении таких линий происходит возбуждение второй гармоники, что приводит к длительным повышениям напряжения на электрооборудовании, причем величина и длительность этих напряжений выходит за допустимые пределы.

Цель изобретения - повышение надежности работы электрооборудования путем

предотвращения опасных повышений напряжения второй гармоники, вызванных возникновением апериодической составляющей в магнитном потоке магнитопровода трансформатора от апериодической составляющей в токе шунтирующих реакторов при включении линии.

Для уяснения физической сущности способа рассмотрим сначала процессы, возникающие при обычном включении линии толчком. При включении линии сверхвысокого напряжения с реакторами наличие по о

следних обуславливает появление в схеме апериодических переходных токов. Такой ток появляется и в обмотке питающего трансформатора, Следовательно, появляется и соответствующий магнитный поток. По расчетным оценкам, апериодическая часть магнитного потока может достигать 80% номинального, что с учетом потока,соответствующего напряжению рабочей частоты, .безусловно достаточно для насыщения маг- : нитопровода.

Насыщение магнитопровода приводит к изменению индуктивности обмоток трансформатора, это в свою очередь инициирует переходные процессы в схеме, которые вновь насыщают магнитопровод, и так далее. В конце концов устанавливается режим, при котором все эти процессы происходят периодически. Кривая напряжения на линии из-за периодически возникающих переходных процессов искажается и принимает уплощенно пикообразный вид, свидетельствующий о содержании в ней составляющей двойной частоты по отношению к частоте источника. Такой режим может существовать длительное врзмя, что представляет опасность для изоляции линии и оборудования.

Способ осуществляют следующим образом.

Если при подключении линии к шинам подстанции на какой-то фазе возникли колебания второй гармоники, то отключение ее,т.е. отделение трансформатора отлинии, приводит к прекращению переходных процессов на линии, вызываемых насыщениями магнитопровода и в свою очередь вызывающих следующие насыщения. Магнитный поток в магнитопроводе трансформатора под действием синусоидального напряжения источника будет постепенно уменьшаться, постоянная составляющая потока, сопутствовавшая колебаниям второй гармоники, будет убывать. В результате режим магнитопровода будет приближаться к нормальному, характеризующемуся линейной кривой намагничивания трансформатора и синусоидальным рабочим напряжением на шинах подстанции. На отключенной от источника фазе линии в это время будут происходить колебания между реакторами и емкостью фазы.

Одна из составляющих этих колебаний определяется энергией, запасенной в реакторе от апериодической составляющей тока в момент коммутации. В этом случае можно сказать, что достигается переход апериодического тока реактора в колебательную форму. Форма и временные характеристики этих колебаний могут быть различными в

зависимости от числа отключенных фаз и последовательности их отключения, но во всех случаях частоты этих колебаний близки к рабочей из-за наличия реакторов, настроенных в резонанс с емкостью линии. Кроме ЭТИХ свободных колебаний, на отключенной фазе возможно наличие напряжения рабочей частоты, вызванное влиянием включенных фаз линии. Напряжение на

0 выключателе, являющееся разностыД напряжения источника и линии, имеет форму биений напряжений промышленной частоты и близкой к ней частоты свободных колебаний линии. В простейшем случае

5 одновременного отключения всех трех фаз биения на выключателе имеют классическую форму с четко выраженным минимумом огибающей, близким к нулю. В других ситуациях, например, отключения одной фа0 зы, биения являются более сложными, однако и там есть минимумы, вблизи которых напряжение на выключателе существенно меньше напряжения источника.

В интервале времени, близком к мини5 муму биений напряжения на выключателе, напряжения и токи на отключенных фазах близки к тем, которые должны быть в них при включенном выключателе. Именно эта подготовленность схемы обуславливает еы0 сокуЮ эффективность предлагаемого способа постановки линии под напряжение, так как повторное включение выключателя в минимум биений напряжения на выключателе практически исключает апериодический ток

5 в реакторах. При условии номинального потока в сердечнике к моменту повторного включения такое включение не должно вызывать в дальнейшем и насыщения индуктивности. Одновременно при включении в

0 минимум биений сильно уменьшаются также и перенапряжения. Поэтому при включении предлагаемым способом предотвращается также другой, отмеченный выше, механизм развития гармоники,

5 связанный с насыщением магнитопровода под действием высокого перенапряжения низкой частоты.

Второе включение линии можно производить как к тем же шинам, к которым линия

0 включалась первый раз, так и к шинам противоположной подстанции. Последний вариант предпочтительнее, поскольку магнитный поток в трансформаторе этой подстанции не имел перед включением ни5 каких апериодических составляющих и описанное выше мягкое подключение линии не вызовет его насыщения. Замыкание линии в транзит при этом производится к шинам первой подстанции, трансформатор которой имел апериодическую составляющую

магнитного потока, вызванную первым включением линии. Однако возникновение второй гармоники при замыкании в транзит невозможно по двум причинам. Во-первых за время отключения линии до ее замыкания в транзит апериодическая составляющая потока ,в трансформаторе в значительной степени затухнет, а во-вторых, замыкание в транзит линий обычно проводится методом точной синхронизации, т,е. с еще меньшими переходными процессами, чем при включении в минимум биений.

Если, по режимным соображениям, необходимо первое включение линии выполнять только с одной стороны, то придется проводить второе включение линии к тем же шинам, что и первое. Для предупреждения развития второй гармоники в этом случае возможно несколько вариантов. Например, в соответствии с п. 6 формулы изобретения, просто выбрать время отключенного состояния линии достаточным для уменьшения магнитного потока в трансформаторе. После отключения трансформатора от линии магнитный поток в нем будет содержать, кроме вынужденной составляющей рабочей частоты, также монотонно убывающую по абсолютной величине апериодическую составляющую, причем значение этой составляющей равно разности между действительным потоком в магнитопроводе в момент отключения и значением его Bb i- нужденной составляющей в момент того же времени. Если бы индуктивность трансформатора была линейной, то зта монотонная составляющая была бы экспонентой с постоянной времени Т - , где R - суммарное активное сопротивление обмотки и источника напряжения.

Учитывая реальные характеристики СВН-трансформаторов и параметры систем, время уменьшения магнитного потока составляет секунды. За такое время свободные составляющие напряжений на отключенных фазах успевают затухнуть и биения на выключателе исчезают.

Для ускорения процесса размагничивания предлагается вводить активные сопротивления в цепи обмоток трансформатора (п. 7 формулы изобретения). Разумеется, они должны вводиться до повторного включения с тем расчетом, чтобы магнитопровод после отключения линии успел размагнититься до безопасного состояния. Это время легко может быть оценено в зависимости от величины сопротивления, хотя бы по при- веденному выше выражению для постоянной времени размагничивания.

5

Момент вывода сопротивлениг ь: имеет значения с точки зрения подавления зто- рой гармоники.

Сопротивление может включаться нео- 5 бязательно в обмотку той фазы трансформатора, которая отключена для подавления второй гармоники. Оно может быть включено, например, в цепь обмоток низкого напряжения, собранных в треугольник. 10 П. 4 формулы изобретения имеет цэлью обеспечить минимальную апериодическую составляющую потока в трансформаторе . Дело в том, что этот поток увеличивается экспоненциально с постоянной времени, 15 равной постоянной времени тока реактора. Можно отключить линию до того, как поток возрастет до уровня, опасного с точки зрения возбуждения второй гармоники. Разу- меется, для этого следует отключать линию 20 возможно быстрее.

В соответствии с п. 5 формулы изобретения следует отключить линию не ранее чем затухнет апериодическая составляющая тока реактора. Отключение после, ее 25 затухания дает возможность очень просто расчетным путем определить положение минимума биений и задать время между отключением и включением фазы.

Если собственные частоты колебаний 30 линии очень близки к частоте источника, то период биений может быть очень велик . В этом случае нет смысла ждать наступления минимума биений. Можно воспользоваться обстоятельством, при котором при отключе- 5 НИИ линии после затухания апериодической составляющей тока реактора биения начинаются с минимума. Поскольку период биений очень велик, этот минимум продолжается длительное время и целесообразно в соот- 0 ветствии с п. 16 формулы изобретения включать фазы через минимально возможное время после их отключения.

Кроме всего сказанного, в формулу изо- бретения введены несколько дополнительных пунктов, касающихся критериев отключения фаз /1инии. Так, есть смысл выделять вторую гармонику в напряжении линии и отключать только те фазы, где она возникает (п. 9 формулы изобретения). Более того, можно отключать фазы только в том случае, когда эта гармоника или полное напряжение, или угловые соотношения между первой и второй гармониками опас- ны для оборудования. Выделять вторую гармонику есть смысл только после затухания переходных процессов от первого включения линии, так как в составе переходного апряжения могут быть составляющие, лизкие по частоте к второй гармонике.

Наконец, включение фаз можно производить с контролем намагничивающего тока отключенного трансформатора, по которому можно судить о величине апериодической составляющей магнитного потока в данный момент,

Формула изобретения 1, Способ постановки под напряжение линии электропередачи с шунтирующими реакторами, связывающей две подстанции высокого напряжения, на которых выполнен контроль напряжения на фазах и к шинам которых подключены трансформаторы. Состоящий в том, что лунию подключают к инам одной из подстанций, отличаю- |д и и с я тем, что, с целью повышения Надежности работы электрооборудования Путем предотвращения опасных повышений напряжения второй гармоники, вызван- йых возникновением апериодической (доставляющей в магнитном потоке магнито- Ьровода трансформатора от апериодиче- |:кой составляющей в токе шунтирующих (эеакторов при включении линии, через за- данное время после подключения линии отключают хотя бы одну ее фазу и подключают Отключенные фазы к шинам одной из под- Станций вблизи минимума биений между напряжениями отключенных фаз линии и шин, к которым подключают соответствующие фазы.

2.Способ по п. 1, отличающийся teM, что после отключения хотя бы одной из фаз линии от шин подстанции, подключают каждую из отключенных фаз к шинам той же подстанции.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что после трехфазного отключения линии от шин первой постанции ее подключа- ют к шинам другой подстанции.

4.Способ по -пп. 1-3, отличающийся тем, что заданное время до отключения фаз принимают минимально возможным по условиям работы коммутационных аппаратов.

5.Способпо пп. 1-3, отличающийся тем, что, с целью более точного определения моментов включения отклю- ч:енных фаз, заданное время до отключения фаз принимают не менее расчетного времени затухания апериодической составляю- ицей тока реактора.

6.Способ по пп. 1-5, отличающийся тем, что подключение отключен- ных фаз линии к шинам подстанции производят через время, необходимое для затухания апериодической составляющей магнитного потока в магнитопроводе трансформатора.

7.Способ по пп. 1, 2, 4-6, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени затухания апериодической составляющей магнитного потока до повторного подключения фаз линии на подстанции, от которой отключают линию, включают активные сопротивления в цепи обмоток трансформатора этой подстанции.

8.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью уменьшения числа коммутаций по крайней мере на шинах подстанции, к которой подключена линия, из контролируемых напряжений выделяют составляющую напряжения второй гармоники, и отключают фазы с выявленной второй гармоникой.

9.Способ по п. 8, отличающийся тем, что отключение фаз с выявленной второй гармоникой выполняют при достижении этой составляющей заданной величины, характеризующей ее опасность для изоляции электрооборудования линии и подстанции.

10.Способ по пп. 8 и 9, отличаю- . щ и и с я тем, что, с целью отстройки от

коммутационных переходных процессов, выделение составляющей напряжения второй гармоники начинают после затухания переходного процесса от подключения линии к шинам первой из подстанций.

11.Способ по пп. 8и9, отличающийся тем, что, с целью отстройки от коммутационных переходных процессов, отключение фаз выполняют в случае существования второй гармоники в течение времени, большего времени коммутационного переходного процесса.

12.Способ по пп. 8-11, отличающийся тем, что отключение фаз выполняют при появлении в напряжении второй гармоники и достижении контролируемым напряжением значения, выше определенного, исходя из нормированного для электрооборудования повышения напряжения промышленной частоты.

13.Способ по пп. 8-11, отличающийся тем, что после выделения составляющей второй гармоники определяют ее угол относительно напряжения промышленной частоты и отключение выполняют в случае соотношения определенных углов, обеспечивающего развитие перенапряже- допустимых для изоляции электро- оборудования.

14.Способ по пп. 1, 2, 4-13, отличающийся тем, что перед включением отключенных фаз линии дополнительно контролируют намагничивающий ток трансформатора на подстанции, от которой отключают фазы линии и разрешение на

включение выдают после снижения контролируемого тока ниже заданного уровня, оп- ределяемого из условия затухания апериодической составляющей магнитного потока в магнитопроводе трансформатора.

15. Способ по п. 7, отличающий- с я тем, что значение сопротивления R определяют по значению индуктивности L трансформатора и эремеки Т затухания магнитного потока в магнитопроводе соответствующего трансформатора по соотноше- L

нию R

Т

16. Способ по п. 5, отличающий- с я тем, что на линиях с собственной частотой колебаний напряжения на отключенных фазах, близкой к частоте напряжения на шинах подстанции, включают фазы через минимально возможное по условиям работы коммутационных аппаратов время после их отключения.

Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к способам включения линии электропередач высокого напряжения с шунтирующими реакторами. Цель - повышение надежности работы электрооборудования путем предотвращения опасных повышений напряжения второй гармоники, вызванных возникновением апериодической составляющей в магнитном потоке магнитопровода трансформатора от апериодической составляющей в токе шунтирующих реакторов при включении линии. Если при подключении линии к шинам подстанции на какой-то фазе возникли колебания второй гармоники, то отключение ее приведет к прекращению переходных процессов на линии, вызываемых насыщениями магнитопровода трансформатора, под действием источника. Постоянная составляющая потока, сопутствавшая колебаниям второй гармоники, будет убывать. На отключенной от источника фазе линии будут колебания между реактором и емкостью фазы. Напряжение на выключателе имеет форму биений напряжений промышленной частоты и близкой к ней частоты свободных колебаний линии. Повторное включение выключателя в минимум биений напряжения на выключателе практически исключит апериодический ток в реакторах. Второе включение линии можно производить как к тем же шинам, к которым линия включалась в первый раз, так и к шинам противоположной подстанции. Рассмотрены различные варианты подключения. 15 з.п. ф-лы.