Способ подавления тока подпитки дуги и восстанавливающегося напряжения на отключенной фазе линии электропередачи Советский патент 1991 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на высоковольтных линиях электропередачи (ВЛ), оборудованных устройствами однофазного автоматического повторного включения (ОАП8). На этих линиях установлены статические тиристорные компенсаторы (СТК), включающие в себя трансформаторную

группу по схемой соединения обмоток звезда с заземленной нейтралью/треугольник и реакторно-тиристорные группы (РТГ), подключенные к обмоткам низкого напряжения трансформаторной группы.

Подключение к линии трансформатора, обмотки низкого напряжения которого соединены треугольником, эквивалентно значитальному увеличению междуфазных емкостей ВЛ. Это приводит к увеличению тока подпитки дуги и восстанавливающегося напряжения на отключенной фазе ВЛ в ме паузы ОАПВ, что затрудняет гашение вторичной дуги.

Цель изобретения - повышение надежности осуществления ОАПВ путем подавления тока подпитки дуги и восстанавливающегося напряжения на отключенной фазе линии.

На фиг. 1 представлена схема устройст1 ва, содержащего ВЛ и СТК; на фиг. 2 - схема замещения электропередачи со статическим тиристорным компенсатором в режиме бестоковой паузы ОАПВ; на фиг, 3 - схема устройства, содержащего ВЛ и СТК, который дополнительно содержит резистор и конденсаторные батареи; на фиг. 4 - зависимость тока подпитки дуги от времени при включении активно-емкостного сопротивления в рассечку обмоток низкого напряжения, соединенных треугольником.

Схема участка электропередачи (фиг. 1) содержит трехфазную линию 1, подключенную к шинам через линейные выключатели 2. В конце ВЛ установлен СТК, содержащий трансформаторную группу 3, обмотки 4 высокого напряжения которой соединены в звезду с заземленной нейтралью, а обмотки 5 низкого напряжения соединены треугольником. К выводам обмоток 5 низкого напряжения подключены фазы реактор- но-тиристорной группы 6, включающие в себя последовательно соединенные реактор и встречно-параллельные тиристоры. Соединенные параллельно выключатель 7 и конденсаторная батарея 8 включены в рассечку обмоток 5 низкого напряжения. Выключатель 7 включен в нормальном режиме.

При возникновении однофазного к.з., например, на фазе А отключаются линейные выключатели 2 фазы А. После отключения однофазного замыкания в цикле ОАПВ на поврежденной фазе развивается вторичная дуга 9, подпитываемая через треугольник обмоток трансформатора СТК, а также через емкостные и индуктивные связи с двумя неповрежденными фазами. Гашение дуги подпитки может быть достигнуто компенсацией емкостей между отключенной и неотключенными фазами, емкости между отключенной фазой и землей, а также ослаблением связи через треугольник обмоток трансформатора.

Отключение поврежденной фазы линии приводит к уменьшению передаваемой по ВЛ мощности и может послужить причиной нарушения устойчивой работы электропередачи. Для предотвращения этого необходимо во время паузы ОАПВ увеличить транспорт энергии по двум оставшимся в работе фазам ВЛ. Это можно осуществить,

снижая до нуля величину реактивной мощности, потребляемой РТГ из неповрежденных фаз линии, и обеспечивая генерацию в них реактивной мощности.

Для гашения вторичной дуги и повышения динамической устойчивости в режиме паузы ОАПВ осуществляются следующие операции. Отключается выключатель 7, рас- шунтирующий конденсаторную батарею 8. Запираются тиристоры фаз РТГ, подключенные k фазам В и С. Углы зажигания тиристоров 6 фазы РТГ, подключенной к фазе А, выбираются из условия компенсации емкости между фазой А ВЛ и землей. Значения углов зажигания должны быть определены

заранее для каждой конкретной электропередачи.

Схема замещения ВЛ с подключенными к ней СТК в режиме паузы ОАПВ показана на фиг. 2, где приняты следующие обозначения: Сфф - емкость между фазами ВЛ; С0 - емкость между фазой ВЛ и землей; Ем - ЭДС взаимоиндукции на фазе А, наведенная токами IB и Ic в неповрежденных фазах ВЛ; ЬМАВ, ЬМАС - эквивалентные проводимости СТК, включаемые между фазами ВЛ А и В, А и С соответственно; Ьмвс - эквивалентная проводимость СТК, включаемая между фазами В и С; Ьд, Ьв, be - эквивалентные реактивные проводимости СТК, включаемые соответственно между фазами А, В, С линии и землей.

Эквивалентные реактивные проводимости СТК могут быть записаны в виде

40

ЬМАВ ЬМАС

1

ЗХт + X Д- ХтЬ L(2XT + X Д)

Ьд

Ь,.(2Хт+Хд)-3

Ьв Ье- ЗХт+ХД-ХтЬССЗХт+Хд)1 3 - 2ХтЬ L

(1)

Ьмвс

ЗХТ + X д- XTb L(2XT + X д)

1 - XTb L

ЗХт + X д- ХТЬ |(2ХТ + X д)

Ток подпитки может быть снижен до нуля при полной компенсации емкостей линии между отключенной и неотключенными фазами и емкости между отключенной фазой ВЛ и землей соответствующими эквивалентными проводимостями СТК. Условия

полной компенсации системы частичных емкостей фазы А имеют вид

ЬМАВ ЬМАС - ft) Сфф, ЬА -ft) Со

(2)

Значения емкостного сопротивления Хд и индуктивной проводимости bi фазы РТГ, подключенной к поврежденной фазе ВЛ, отвечающие условиям (2), определятся из выражения (1) и запишутся следующим образом:

- Хт ш Со

.

DL

(Л) Сфф

со (Со +ЗСфф)

Хтш(Со + 2Сфф)

Знак - указывает, что X д имеет змко- стный характер, a DL - индуктивный.

Из соотношений следует, что величина емкостного сопротивления X дюлределяегся ком енсацией междуфазной емкости линии. При этом значение проводимости bt. соответствующее условию (2) компенсации емкости на землю отключенной фазы линии, должно быть таким, чтобы скомпенсировать емкость линии для прямой последовательности.

При полной компенсации системы частичных емкостей отключенной фазы ВЛ восстанавливающееся напряжение после погасания дуги подпитки равно ЭДС взаимоиндукции Ем и не превышает 20-40 % фазного напряжения ВЛ. Подавление тока подпитки дуги и восстанавливающегося напряжения позволяет повысить надежность осуществления ОАПВ.

При выполнении соотношений (3) эквивалентные проводимости СТК Ьв и be, подключенные к неповрежденным фазам ВЛ, имеют емкостный характер, а проводимость Ьмвс - индуктивный (фиг. 2). В режиме паузы ОАПВ СТК генерирует в неповрежденные фазы ВЛ реактивную мощность Q:

1 + XT ft) Сфф

о-14а сфф, v

Ф фф 1 (Сф + 2Сфф)

Генерация реактивной мощности в не- поврежденне фазы линии обеспечивается переводом в режим холостого хода подключенных к ним фаз РТГ и включением в рассечку обмоток трансформатора СТК конденсаторной батареи. Это позволяет увеличить транспорт энергии по двум оставшимся в работе фазам в режиме паузы

ОАПВ, что повышает устойчивость работы электропередачи.

Мощность фазы РТГ, проводимость которой выбирается по соотношению (4), со5 ставляет 90-100% мощности фазы РТГ, требуемой по условиям нормального режима. Конденсаторная батарея 8 в цепи обмотки низкого напряжения 20 кВ должна иметь емкостное сопротивление порядка 8-20 Ом

10 в зависимости от длины ВЛ. Мощность конденсаторной батареи не превышает 2-3 % от номинальной мощности СТК. Напряжение на конденсаторной батарее в режиме паузы ОАПВ составляет не более 21 кВ.

15 Выключатель 7 должен быть рассчитан на номинальное напряжение 20 кВ и на номинальный ток отключения 70 кА.

Надежность осуществления ОАПВ определяется также временем затухания апе20 риодической составляющей тока подпитки. При большом времени затухания апериодической составляющей дуга ке погаснет в бестоковую паузу ОАПВ даже при малых значениях периодической составляющей

25 тока подпитки дуги и восстанавливающегося напряжения.

Для уменьшения времени затухания апериодической составляющей в схему СТК дополнительно вводят резистор 10, вклю30 ченный последовательно с конденсаторной батареей 8, причем резистор 10 и конденсаторная батарея 8 включены параллельно выключателю 7 (фиг. 3).

При отключении выключателя 7 в паузе

35 ОАПВ резистор 10 оказывается включенным в цепь протекания тока вторичной дуги 9. Величина активного сопротивления R выбирается из условия уменьшения времени затухания апериодической составляющей

40 до допустимого значения (0,2-0.3 с). В то же время включение R последоватэльно с конденсаторной батареей приводит к увеличению периодической составляющей тока подпитки. Согласно расчетам снижение

45 времени затухания апериодической составляющей до 0,2 с при незначительном увеличении периодической составляющей тока подпитки дуги имеет место, когда величина активного сопротивления резистора выби50 рается равной емкостчсму сопротивлению конденсаторной батареи

Зависимость тока подпитки дуги от времени t при включении последовательно с емкостью активного сопротивления

55 ( X д изображена на фиг 4. Видно, что

включение активного сопротивления позволяет уменьшить время затухания апериодической составляющей тока подпитки до 0,2 с. При этом периодическая составляющая тока подпитки не превышает 30 А (действующее значение). Указанные значения времени затухания и тока подпитки удовлетворяют условиям надежного гашения вторичной дуги за время бестоковой паузы ОАПВ, равное 1 с.

Активное сопротивление R находится в диапазоне 8-20 Ом в зависимости от длины ВЛ, напряжение на последовательно соединенных резисторе и конденсаторной ба- тарее в режиме паузы ОАПВ не превышает 20 кВ.

Для повышения пропускной способности электропередачи в нормальных режимах в состав СТК могут быть введены конденсаторные батареи, показанные пунктиром на фиг. 3. Фазы конденсаторной батареи 12 с выключателями 11 подключены к обмоткам 5 низкого напряжения трансформатора СТК параллельно фазам тиристоров 6 РТГ.

Эквивалентная проводимость фаз РТГ и конденсаторной батареи 12 может быть недостаточной для компенсации емкости отключенной фазы ВЛ на землю. Поэтому в режиме паузы ОАПВ при отключении фазы А линии отключают выключатель 11 фазы конденсаторной батареи 12, подключенной к фазе А ВЛ. При этом фазы конденсаторной батереи 12, подключенные к фазам В и С линии, генерируют реактивную мощность, повышая пропускную способность электропередачи в режиме бестоковой паузы ОАПВ.

При наличии в составе СТК конденса- торных батарей значения емкостного сопротивления Хди проводимости bi фазы РТГ, отвечающие условиям (3) компенсации частичных емкостей отключенной фазы, определятся по соотношениям

- XT ш Со

л

еа Сфф (1 - XTbs)

ш (Со + ЗСфф) - со СффХтЬэ L1-ХТ ft) (Co+2 Сфф)

J

где bs - проводимость фаз конденсаторной батареи, подключенных к неповрежденным фазам ВЛ.

В реально-транспонированной линии междуфазные емкости не равны между собой. Если по обоим концам ВЛ установлены СТК, то их емкостные сопротивления Хд следует выбрать из условия компенсации средних значений междуфазных емкостей. При этом ток подпитки дуги, обусловленный емкостными связями, будет иметь ма.лую величину. Выбор проводимостей bi из условия

полной компенсации емкости отключенной фазы линии на землю приводит к реально- транспонированной линии, по концам которой установлены СТК, к резонансному повышению восстанавливающегося напряжения. Для подавления восстанавливающегося напряжения и тока подпитки дуги на отключенной фазе ВЛ необходимо осуществить неполную (70-95 %) компенсацию емкости этой фазы ВЛ на землю.

Компенсация средних значений междуфазных емкостей и неполная компенсация емкости фаз на землю обеспечивается при выборе величин X Д и bi по соотношениям (5)

н(К) X Д К(Ю

(О Со

«.СффП-х ьЩ

„г09К К) (о Со + ЗюСфф - ш СффХР Ь 1 -Х(й Кс С0+2Сфф

Формула изобретения

1.Способ подавления тока подпитки дуги и восстанавливающегося напряжения на отключенной фазе линии электропередачи, оборудованной устройством однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) и содержащей статический тири- сторный компенсатор (СТК), включающий в себя трансформаторную группу 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 отключают линейные выключатели поврежденной фазы, запирают тиристоры фаз РТГ, соответствующих неотключенным фазам линии и изменяют проводимость фазы РТГ, отвечающей отключенной фазе линии, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности осуществления ОАПВ путем подавления тока подпитки дуги и восстанавливающегося напряжения, на отключенной фазе линии, в рассечку обмоток низкого напряжения трансформатора СТК включают емкостное сопротивление.

2,Способ поп. 1, отличающийся тем, что при установке СТК по обоим концам линии величины емкостных сопротивлений, включаемых в рассечку обмоток трансформатора СТК, и реактивностей фаз

РТГ, отвечающих отключенной фазе линии. определяют по соотношениям

н(К) 1-хҐ«КсНГОв Со

хд

ocwii-xvwv

н(К) bL

кЈ(о)Со + ЗсоСфф -соСффХР Ь (Со+2Сфф

где X д- емкостное сопротивление, включаемое в рассечку обмоток низкого напряжения трансформатора СТК;

проводимость фазы РТГ, соответствующей отключенной фазе ВЛ;

Н(К) - индексы, обозначающие что параметр относится к СТК, установленному на отправном (приемном) конце линии;

Хт - реактивное сопротивление трансформатора СТК;

bs - проводимость фаз конденсаторной батареи, подключенных к неповрежденным фазам ВЛ (bs 0 при отсутствии конденсаторной батареи в составе СТК);

(О- угловая частота;

0

5

0

5

0

Со - половина емкости линии по нулевой последовательности;

Сфф - средняя междуфазная емкость линии

Сфф |(С1-С0);

Ci - половина емкости линии по прямой последовательности;

Кс 07,7 - 1,1 - степень компенсации емкости отключенной фазы ВЛ на землю, которая определяется из условия подавления восстанавливающегося напряжения на отключенной фазе линии, причем

Ксн + 0,7 - 0,95.

3.Способ поп. 1, отличающийся тем, что последовательно с емкостным сопротивлении включают активное сопротивление, величину которого выбирают из условия уменьшения времени затухания апериодической составляющей тока подпитки дуги до допустимого значения.

4.Способ по пп. 1 и 2, отличающий- с я тем, что при наличии в составе СТК конденсаторных батарей, подключенных к обмоткам низкого напряжения трансформатора параллельно фазам РТГ, отключают фазу конденсаторной батереи, соответствующую отключенной фазе линии.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на высоковольтных линиях электропередач (ВЛ), оборудованных устройствами однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). Целью изобретения является повышение надежности осуществления ОАПВ путем подавления тока подпитки дуги и восстанавливающегося напряжения на отключенной фазе линии. После отключения однофазного замыкания в цикле ОАПВ на поврежденной фазе развивается вторичная дуга. Для ее гашения компенсируют емкости между отключенной и неотключенными фазами, емкости между отключенной фазой и землей, а также ослабление связи через треугольник обмоток трансформатора. Для сохранения устойчивой работы ВЛ во время паузы ОАПВ необходимо увеличить транспорт энергии по двум подключенным фазам. Это осуществляют, снижая до нуля величину реактивной мощности, потребляемой реакторно-тиристорной группой (РТГ) из подключенных фаз. Для гашения вторичной дуги в режиме паузы ОАПВ отключают выключатель, запирают тиристоры фаз РТГ, подключенные к здоровым фазам. Углы зажигания тиристоров РТГ, подключенные к фазе А, выбирают из условия компенсации емкости между фазой А ВЛ и землей. Значения углов зажигания определяют по формулам заранее для каждой конкретной ВЛ. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фиг.1

I /Г1 c I i 6 MO j I 6 I

1 « /7 72 77 I I /2 ;7 J

Lfro-J 4-g.J

Фиг. 2

ft/&J

-Г00

Фиг.t