Координация напряжений и токов в сетях с эффективно заземленной нейтралью

 

При реально существующих диапазонах параметров сетей 110 кВ и выше, в зоне параметров, при которых напряжения на неповрежденных фазах при однофазных коротких замыканиях в сетях оказываются большими допустимых по условиям работы 80 %-х разрядников и ОПН ( 1,4), эти напряжения также превышают и напряжения на неповрежденной фазе при двухфазных коротких замыканиях на землю. То же самое можно сказать и о токах в поврежденных фазах. В зоне параметров сетей 110 кВ и выше, при которых токи однофазных коротких замыканий на землю превышают токи трехфазных коротких замыканий, они также превышают и токи двухфазных коротких замыканий на землю в этих сетях (, рис. 3.3). Поэтому для проверки в сетях 110 кВ и выше допустимости условий работы 80 %-х разрядников и ОПН, а также допустимости условий работы выключателей по коммутационной способности используются результаты расчетов по выражениям (3.24) и (3.28), то есть в виде:

(3.33)

и

, (3.34)

где – модули фазных напряжений на неповрежденных фазах при однофазных коротких замыкания;

– ток в поврежденной фазе в точке возникновения однофазного короткого замыкания;

– ток трехфазного короткого замыкания в точке возникновения однофазного короткого замыкания.

Как видно из выражений (3.24) и (3.28), условие (3.33) выполняется, если a ≤ 5, а условие (3.34) – если a ≥ 1. В том случае, когда известны результирующие полные сопротивления нулевой и прямой последовательностей относительно точки несимметричного короткого замыкания, условие (3.33) выполняется, если:

(3.35)

Обычно сети проектируются и выполняются так, чтобы 1 < a < 5. При этом , а , что удовлетворяет условиям (3.33) и (3.34). Однако в связи с вводом в эксплуатацию все большего числа блоков мощностью 200 МВт и выше, питающих сети 110–750 кВ и требующих, как правило, заземления нейтралей блочных трансформаторов со стороны высшей ступени напряжения, а также в связи с широким использованием силовых автотрансформаторов, работающих только с заземленной нейтралью, в сетях различного напряжения могут создаваться условия, когда и требуется проведение мероприятий по снижению токов несимметричных коротких замыканий. В соответствии с выражением (3.28) такие мероприятия должны быть направлены на изменение a.

Коэффициент a зависит в том числе и от Х _0S, которое во многом определяется сопротивлениями тех цепей, которые являются наиболее специфичными с точки зрения циркуляции токов нулевой последовательности, т. е. цепей заземления нейтралей трансформаторов и автотрансформаторов и цепей третичных обмоток автотрансформаторов, соединенных в треугольник и работающих на холостом ходу. Очевидно, что изменяя способы заземления нейтралей трансформаторов (заземленная, изолированная, заземленная через сопротивление заданной величины) и изменяя сопротивления третичных обмоток автотрансформаторов (изменяя их мощности), можно регулировать Х _0Sсети и, соответственно, изменять токи и напряжения, возникающие в ней при несимметричных коротких замыканиях на землю.

Наиболее просто снижения токов несимметричных коротких замыканий можно достичь путем разземления нейтралей части трансформаторов сети, если это допустимо для изоляции их нейтралей и если это не приводит к выделению участков с неэффективно заземленной или даже изолированной нейтралью с неустраненным несимметричным коротким замыканием на землю.

Эффективность ограничения токов несимметричных коротких замыканий с помощью включения в нейтраль трансформаторов реакторов или резисторов неодинакова. При одном и том же сопротивлении реакторы более существенно ограничивают вынужденные составляющие токов по сравнению с резисторами. В то же время как установка резисторов позволяет обеспечить более быстрое затухание апериодических составляющих токов. Реакторы или резисторы могут быть как постоянно включенными в цепи заземления нейтралей, так и вводиться в них только при возникновении в сети коротких замыканий на землю. В нормальных режимах работы сетей нейтрали трансформаторов могут быть либо глухо заземленными, либо изолированными.

Однако, следует отметить, что изменение способов заземлений нейтралей трансформаторов ведет также к изменениям условий работы их изоляции при коммутационных и атмосферных перенапряжениях. При работе тpансфоpматоpов с глухо заземленными нейтралями напряжения на их нейтралях равны нулю и вопросы о защите их изоляции не стоят. При разземлении нейтралей на их изоляцию могут воздействовать коммутационные и грозовые перенапряжения, поэтому в этом случае нейтрали должны быть защищены защитными аппаратами-разрядниками или ограничителями перенапряжений. При этом необходимо помнить, что отечественные трансформаторы напряжением 110 кВ и выше, изготовленные до 1968 года, имеют ослабленную изоляцию нейтралей, а именно, изоляцию класса 35 кВ, для которой одноминутное испытательное напpяжение (действующее значение) равно 85 кВ. Одноминутное испытательное напpяжение для изоляции нейтралей силовых тpансфоpматоpов, поставляемых после 1968 года (в соответствии с ГОСТ 1516-68 и ГОСТ 1516–73), несколько выше и составляет для тpансфоpматоpов напpяжением 110, 150 и 220 кВ соответственно 100, 130 и 200 кВ. Эти напpяжения должны быть приняты в качестве pасчетных предельно допустимых как в режиме работы с изолированной нейтралью, так и в режиме с заземлением через реактор или резистор:

Влияние установки реакторов или резисторов на режимы работы изоляции нейтралей трансформаторов также различно. При одной и той же степени ограничения тока короткого замыкания напряжения на нейтралях трансформаторов в случае использования реакторов получаются ниже, чем в случае использования резисторов. Однако установка реакторов утяжеляет условия работы изоляции нейтралей при перенапряжениях, особенно грозовых.

В связи со всем сказанным для силовых трансформаторов напряжением 220 кВ и выше режим разземления нейтралей не допускается.

 

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Васюра, Ю. Ф. Режимы работы сетей с изолированной нейтралью [Текст]: учебное пособие / Ю. Ф. Васюра. – Киров: Изд-во ВятГУ, 2004 г.

2. Васюра, Ю. Ф. Исследование квазистационарных режимов в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью [Электронный ресурс]: лабораторный практикум / Ю. Ф. Васюра. – Киров: Изд-во ВятГУ, 2006 г.

3. Электрическая часть станций и подстанций [Текст]. Под ред. Васильева А. А. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Черников, А. А. Компенсация емкостных токов в сетях с незаземленной нейтралью [Текст] / А. А. Черников. – М.: Энергия, 1974.

5. Лихачев, Ф. А. Инструкция по выбору, установке и эксплуатации дугогасящих катушек [Текст] / Ф. А. Лихачев. – М.: - Энергия, 1971.

6. Руководство по защите электрических сетей 6 – 1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений [Текст]. – С – П.: - ПЭИПК, 1999.

7. Правила технической эксплуатации электростанций и сетей [Текст]. – М.: СПО ОРГРЭС, 1996.

8. Сборник инструкций к специализированным программам вычислительной системы коллективного пользования для студентов специальности 100200 – «Электрические системы» [Текст]. – Киров изд. КирПИ, 1997.

9. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения [Текст] / Бажанов, С. А., Бахтон, И. С. и др. – М.: Энергоиздат, 1981.

10. Евдокунин, Г. А. Электрические системы и сети [Текст]: учеб. пос. / Евдокунин, Г. А. - СПб., 2001. - 304с.: ил. - Библиогр.: с. 300.

11. Дмоховская Л. Ф. Инженерные расчеты внутренних перенапряжений в электропередачах [Текст] / Дмоховская Л.Ф. - М.: Энергия, 1972.

12. Техника высоких напряжений / Под ред. Костенко М. В. - М.: Высшая школа, 1973.

13. Аронов М. А., Базуткин В. В., Борисоглебский П. В. Лабораторные работы по технике высоких напряжений: Учеб. пос. / Аронов М. А., Базуткин В. В., Бори­соглебский П. В. и др. - М.: Энергоиздат, 1982. - 352 с.

14. Расчет токов короткого замыкания с использование программы "TKZ: Методические указания к лабораторной работе № 2 / ВятГУ, ЭТФ; Сост. Ю. Ф. Васюра. - Киров, 2003. - 23 с.

15. Александров Г. Н. Коронный разряд на линиях электропередачи / Алек­сандров Г. Н. - М.: Энергия, 1964. - 228 с.

16. СТП ВятГУ 102-2004: Общие требования к структуре, оформлению и представлению курсовых проектов и работ / ВятГУ. – Киров, 2004. – 26 с.

17. Идельчик В. И. Электрические системы и сети [Текст] / Идельчик В. И. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 592 с.

18. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: учебник / С. А. Ульянов. – М.: Энергия, 1970. – 520 с.

19. Васюра Ю.Ф. Методы расчетов коротких замыканий в электроэнергетических системах и сетях различного назначения. Часть 2. Несимметричные короткие замыкания: Учебное пособие / Ю.Ф. Васюра – Киров: ФГБОУ ВПО «ВятГУ», 2014. – 146 с.

20. Костенко М.В., Богатенков И.М., Михайлов Ю.А., Халилов Ф.Х. Квазистационарные перенапряжения в энергосистемах: Учебное пособие / Костенко М.В. –Ленинград: Ленинградский политехнический институт, 1987. – 73 с.

21. Электротехнический справочник. Том 3. Книга 1. Производство и распределение электрической энергии. – «Энергоатомиздат», 1988. – 878 с.

Приложение 1

Пример выбора параметров дугогасящего реактора