WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

КРАСИЛЬНИКОВ ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОМБИНИРОВАННОЙ ПОПЕРЕЧНОЙ КОМПЕНСАЦИИ

Специальность 05.14.02 – Электростанции и электроэнергетические системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск –2012

Работа выполнена в ОАО «ФСК ЕЭС» МЭС СИБИРИ и ФБОУ ВПО «НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

Научный консультант: доктор технических наук Зильберман Самуил Моисеевич

Официальные оппоненты: Манусов Вадим Зиновьевич, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет», кафедра систем электроснабжения предприятий, профессор;

Емельянов Николай Иванович, кандидат технических наук, доцент ООО «БОЛИД», заместитель директора;

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшее профессиональное образование «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Защита диссертации состоится 23 ноября 2012 г. в 13 часов (ауд.227) на заседании диссертационного совета Д 223.008.01 при ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по адресу:

630099, Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФБОУ ВПО «НГАВТ» ( тел/факс(383) 222-49-76; E-mail: nsawt_ese@mail.ru или ese_sovet@mail.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта».

Автореферат разослан " 15 " октября 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Малышева Е.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Компенсация поперечных ёмкостных параметров линий сверхвысокого напряжения (СВН) осуществляется с помощью шунтирующих реакторов (ШР), устанавливаемых по концам линии.

Шунтирующие реакторы, которыми оснащены электропередачи СВН, в общем случае выполняют три важнейшие функции, а именно, компенсацию зарядной мощности в нормальных режимах, ограничение внутренних перенапряжений при вводе линии в работу и в аварийных режимах, а также снижение токов дуги подпитки для осуществления успешного однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) при ликвидации наиболее вероятных однофазных дуговых коротких замыканий (КЗ). Для решения последней задачи ШР дополняется компенсационным реактором, устанавливаемым в нейтрали. В нормальных режимах этот реактор зашунтирован выключателем и вводится в работу в режиме паузы ОАПВ.

В существующих сетях 500 и 750 кВ в нашей стране и за рубежом степень поперечной компенсации недостаточна и, как правило, не превышает 70 %. Тогда как целесообразная степень компенсации в таких линиях должна приближаться к 100 %.

Традиционной поперечной компенсации присущи, по крайней мере, три недостатка. Первый недостаток состоит в возможности появления резонансных повышений напряжения в неполнофазных режимах, что накладывает ограничение на число подключенных к линии ШР при её плановых и аварийных коммутациях.

Второй недостаток связан с необходимостью коммутации реакторных выключателей для введения в работу всех шунтирующих реакторов в паузу ОАПВ для обеспечения условий гашения дуги подпитки, поскольку в нормальных режимах при передаче значительных мощностей шунтирующие реакторы, как правило, отключены от линии электропередачи реакторными выключателями по условиям режима напряжений. При этом отказ любой фазы одного из выключателей приводит к невозможности проведения ОАПВ, что усугубляет аварийную ситуацию и тем самым снижает надежность работы.

Третий недостаток состоит в том, что подключение шунтирующих реакторов при осуществлении ОАПВ приводит к понижению напряжения на шинах и, соответственно, снижает пропускную способность электропередачи по условию динамической устойчивости.

Устранить указанные недостатки традиционной схемы компенсации и тем самым повысить надёжность функционирования электропередач СВН предлагается за счёт комбинированной поперечной компенсации, суть которой состоит в использовании незаземлённых реакторов, подключаемых по концам линии по схеме звезды с незаземленной нейтралью.

Диссертация посвящена обоснованию эффективности использования комбинированной поперечной компенсации в линиях напряжением 500 и 750 кВ.

Объектом исследования являются трёхфазные электропередачи сверхвысокого напряжения, оснащённые комбинированной поперечной компенсацией ёмкостных параметров линии.

Предметом исследования являются аварийные режимы электропередач СВН и условия работы незаземлённых реакторов в составе комбинированной поперечной компенсации линий СВН.

Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и плановыми исследованиями. Тема диссертации совпадает с темой «Разработка компактных ЛЭП и ПС нового поколения» в составе комплексной научно-технической программы ОАО «ФСК ЕЭС» на 2008– 2010гг, а также направлением «Развитие электрической сети ЕЭС России» в составе «Генеральной схемы размещения обьектов электроэнергетики до 2020 года», одобренной распоряжением правительства Российской Федерации от 22 февраля 2008 года.

Идея работы заключается в компенсации межфазовых ёмкостей ВЛ СВН путём установки по концам линии незаземлённых реакторов, что позволяет устранить недостатки, присущие традиционной поперечной компенсации, используемой в таких линиях.

Целью работы является обоснование повышения надёжности электропередач СВН при использовании комбинированной поперечной компенсации и разработке рекомендаций по выбору её параметров.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Создание математической модели трёхфазной электропередачи, оснащённой комбинированной поперечной компенсацией, для анализа аварийных режимов в фазных координатах при сложном характере несимметрии.

• Устранение резонансных перенапряжений в неполнофазных режимах в линиях СВН за счёт комбинированной поперечной компенсации.

• Обоснование повышения эффективности ОАПВ в линиях СВН, оснащённых комбинированной поперечной компенсацией.

• Разработка технических требований к незаземлённым реакторам напряжением (500–750) кВ.

Методы исследования. В процессе выполнения исследований применялись: научно-техническое обобщение литературных источников по теме исследований, методы теоретических основ электротехники и теории электрических цепей с распределенными параметрами, а также методы общей теории функционирования электроэнергетических систем.

На защиту выносятся:

1 Математическая модель трёхфазной электропередачи с использованием фазных координат для анализа сложно несимметричных режимов.

2 Результаты анализа неполнофазных режимов в линиях СВН, оснащённых комбинированной поперечной компенсацией.

3 Технически обоснованные предложения по ликвидации однофазных коротких замыканий в линиях 500 и 750 кВ при использовании комбинированной поперечной компенсацией.

4 Технические требования к параметрам незаземлённых реакторов напряжением 500 и 750 кВ.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций Достоверность обеспечена: использованием математических моделей структурных элементов электропередачи сверхвысокого напряжения, обоснованность которых подтверждена многолетней практикой их использования во всём мире.

Научная новизна диссертации заключается в разработке методических основ для создания комбинированной поперечной компенсации в линиях СВН. К числу отдельных результатов, полученных впервые, относятся:

• Создание математической модели трёхфазной электропередачи с использованием фазных координат для анализа сложно несимметричных режимов.

• Разработка физически интерпретируемых упрощённых моделей трёхфазных линий для исследования резонансных перенапряжений и токов дуги подпитки в неполнофазных схемах.

• Устройство нейтрали шунтирующих реакторов, оснащённое компенсационными батареями конденсаторов, шунтированными выключателями, что позволяет обеспечить длительность паузы ОАПВ в пределах 0,5 с для линий 750 кВ при длинах, превышающих 450 км.

Практическая ценность работы состоит в том, что внедрение комбинированной перечной компенсации в эксплуатационную практику позволяет повысить надёжность работы дальних электропередач СВН. К отдельным результатам, представляющим практическую ценность, следует отнести:

• Рекомендации по использованию комбинированной поперечной компенсации для исключения резонансных перенапряжений в линиях 500 и 750 кВ при возникновении неполнофазных режимов.

• Предложения по применению комбинированной поперечной компенсации, обеспечивающей ликвидацию наиболее вероятных однофазных коротких замыканий в линиях 500 и 750 кВ при длительности паузы ОАПВ не более 0,5 с.

• Рекомендации по выбору основных параметров незаземлённых реакторов напряжением 500 и 750 кВ, которые могут быть использованы при проведении НИР и ОКР по созданию опытно-промышленных образцов незаземлённых реакторов.

Реализация работы. Разработанные в диссертации научные положения внедрены: в филиале ОАО «ФСК ЕЭС» – МЭС Сибири с ожидаемой экономией капитальных затрат 170 млн. руб. (в ценах 2010 г.) применительно к линии 500 кВ; в филиале ОАО «Электросервис Единой национальной электрической сети» – Новосибирской специализированной производственной базе с ожидаемой экономией капитальных затрат 120 млн.

руб. для линии 500 кВ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на совещаниях в ОАО «ФСК ЕЭС» МЭС Сибири и филиале ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» - Сибирском НИИ Энергетики; на международной конференции IEEE «Передовые технологии для развития энергосистем» (Advanced Technologies for Emerging Power Systems), г. Виннипег, Канада, 3-5 Октября 2011 г.

Личный вклад автор: автору принадлежит решение поставленных в диссертации задач, обоснование и разработка положений, определяющих научную новизну и практическую значимость работы; основные выводы и рекомендации по диссертации. Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве, показан в Приложении А к диссертации и составляет не менее 50 %.

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 в реферируемых российских журналах.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка используемой литературы из наименований. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, который поясняется 106 рисунками и 24 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и научные задачи; приведены основные научные результаты, выносимые на защиту; показана научная новизна объекта исследований; оценена практическая значимость результатов; дана структура и объём диссертационной работы.

В первой главе даётся характеристика дальней электропередачи как сложного объекта, включающего в свой состав подстанции, воздушную линию и устройства реактивной мощности, среди которых наиболее распространёнными являются устройства поперечной компенсации. В настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом компенсация поперечных ёмкостных параметров линий СВН осуществляется, как правило, с помощью шунтирующих реакторов, устанавливаемых по концам линии (рисунок 1). ШР компенсирует ёмкостную проводимость линии и тем самым компенсирует её зарядную мощность. Для обеспечения баланса реактивной мощности при изменении передаваемой активной мощности по линии необходимо коммутировать ШР с помощью выключателей.

Рисунок 1 – Традиционная поперечная компенсация линий сверхвысокого напряжения Предлагаемая в работе комбинированная поперечная компенсация (рисунок 2) позволяет, с одной стороны, увеличить степень поперечной компенсации недокомпенсированных линий электропередачи, с другой стороны, исключить указанные ранее недостатки, присущие традиционной поперечной компенсации.

Рисунок 2 – Комбинированная поперечная компенсация Суть комбинированной поперечной компенсации состоит в том, что в ней исключаются компенсационные реакторы в нейтралях шунтирующих реакторов, которые используются в традиционной поперечной компенсации, и вводятся специальные незаземлённые реакторы (НР), включенные по схеме звезды с разземленной нейтралью, что даёт возможность подключать к линии лишь одну фазу шунтирующих реакторов, одноименную с фазой, на которой произошло короткое замыкание, для снижения тока дуги подпитки в цикле ОАПВ. В результате повышается надёжность работы линии электропередачи при ликвидации однофазных коротких замыканий в цикле ОАПВ за счёт повышения уровня динамической устойчивости и снижения числа коммутируемых аппаратов при ОАПВ.

Для доказательства эффективности использования комбинированной поперечной компенсации в линиях СВН требуется анализ различных несимметричных режимов в схемах, характеризующихся в общем случае сложным характером несимметрии. В трёхфазных сетях широкое распространение находит метод симметричных составляющих для анализа несимметричных режимов. Метод симметричных составляющих удобен для применения и даёт простые соотношения для искомых режимных параметров, когда в схеме имеет место однократная несимметрия, например, несимметричное КЗ в какой-либо точке схемы или неполнофазный разрыв на одном из концов электропередачи. В случае двухкратной или более высокого порядка несимметрии (например, неполнофазный разрыв на обоих концах электропередачи и сохранившееся несимметричное КЗ на линии) метод симметричных составляющих теряет свои удобства, и предпочтительнее оказывается переход к расчётам в фазных координатах.

Для анализа аварийных режимов в дальних электропередачах при сложном характере несимметрии в работе предложены математические модели различных элементов ЭП в фазных координатах (примыкающих систем, автотрансформаторов, ВЛ, шунтирующих реакторов и незаземлённых реакторов), способы моделирования различных положений выключателей в фазах и различных видов КЗ и методика расчёта несимметричных режимов в фазных координатах.

Во второй главе приводятся результаты исследований неполнофазных режимов в линиях СВН при традиционной и комбинированной компенсации.

При неполнофазных включениях и отключениях линий с подключенными к ней традиционными шунтирующими реакторами возможно появление резонансных перенапряжений на невключенных фазах в случае отказов или больших разбросов в коммутации фаз выключателей.

Возможность появления резонансных повышений напряжения в неполнофазных режимах накладывает ограничение на число подключенных к линии ШР при её плановых и аварийных коммутациях.

В общем случае для анализа резонансных перенапряжений в неполнофазных режимах имеют место две расчётные схемы: схема с одной невключённой фазой и схема с двумя невключёнными фазами (рисунок 3).

а) б) Рисунок 3 – Расчётные схемы для анализа резонансных перенапряжений в неполнофазных режимах: а – схема с одной невключённой фазой; б – схема с двумя невключёнными фазами Если воспользоваться схемой замещения линии в фазных координатах, то в этом случае эквивалентные схемы с одной и с двумя невключенными фазами приводятся к виду, показанному на рисунке 4.

Рисунок 4 – Эквивалентные схемы для расчёта напряжений в неполнофазных режимах: а – схема с одной невключенной фазой;

б – схема с двумя невключенными фазами В результате имеем следующие выражения для расчёта резонансных повышений напряжений для схемы с одной невключенной фазой Y НР Y + n фф U = (1) a Y НР Y + 2 Y + N Y + 2n л0 фф ШР и для схемы с двумя невключенными фазами Y НР Y + n фф Ub =, (2) Y НР Y + Y + N Y + n л0 фф ШР где N = N1 + N2 - суммарное число ШР, установленных по концам линии;

n = n1 + n2 – суммарное число НР, установленных по концам линии;

Y, Y – поперечные параметры П-образной схемы замещения линии, л0 фф определяемые как 0l 0l l Yл0 th Yфф 1 th 2 th 2 =,, = 2 Zw2 3 Zw Zw где Zw, Zw0 – соответственно, волновое сопротивление линии по прямой и нулевой последовательности; , 0 – соответственно, постоянная распространения линии по прямой и нулевой последовательности; l – длина линии.

Напряжения, определяемые формулами (1,2), отнесены к наибольшему фазному рабочему напряжению. На рисунке 5 приведены резонансные а) б) Рисунок 5 – Напряжения на неподключённых фазах линии в режиме неполнофазного питания: а – ВЛ 500 кВ; б – ВЛ 750 кВ зоны для трёхфазных линий напряжением 500 и 750 кВ в зависимости от длины и различного числа неподключенных фаз при наличии на линии от одного до четырёх ШР. Ширина расчётной резонансной зоны определяется уровнем допустимых квазиустановившихся повышений напряжения. Для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений на линиях СВН устанавливаются защитные аппараты типа ОПН. Требования к величине допустимых повышений напряжений на линии в этом случае диктуются условиями работы защитного аппарата. Cледует заметить, что на величину резонансных перенапряжений заметное ограничивающее влияние оказывают потери на корону. Однако степень этого ограничения оказывается недостаточной по условиям работы защитных аппаратов.

Для линий СВН в качестве основных релейных защит используются быстродействующие защиты. Поэтому длительность неполнофазных режимов, возникающих при одностороннем включении линии, при действии таких защит не будет превышать 0,15 с. При такой длительности неполнофазных режимов ОПН–500 и ОПН–750 допускают повышения напряжения в пределах 1,55U.

ф.нр На рисунке 6 показаны диаграммы расчётных резонансных зон, соответствующие допустимому уровню напряжений по условиям работы защитных аппаратов. Как правило, при числе реакторов, требуемых по условию частичной или полной компенсации зарядной мощности линии, возможно появление резонансных перенапряжений. Данное обстоятельство вносит нежелательное ограничение на число подключаемых шунтирующих реакторов к линии, особенно при аварийных коммутациях, когда с точки зрения ограничения перенапряжений требуется определенное число подключенных к линии шунтирующих реакторов, которое неприемлемо по условию возникновения резонансных перенапряжений.

Оснащение линий незаземлёнными реакторами позволяет создать безрезонансные зоны при любом числе подключенных к линии традиционных шунтирующих реакторов. На рисунке 6 показаны безрезонансные зоны для случая оснащения линий 500 и 750 кВ различным числом незаземлённых реакторов. Мощность незаземленного реактора принималась равной (20 – 25)% от мощности шунтирующего реактора.

а) б) Рисунок 6 – Диаграммы резонансных и безрезонансных зон:

а – для ВЛ 500 кВ; б – для ВЛ 750 кВ В общем случае, как это видно из диаграммы на рисунке 6, при заданной длине линии всегда может быть определено необходимое число незаземлённых реакторов, так чтобы исключить резонансные явления при любом числе подключенных традиционных шунтирующих реакторов.

Оснащение линий 500 кВ в зависимости от их длины двумя или четырьмя незаземлёнными реакторами решает полностью проблему исключения резонансных зон при любом числе подключенных шунтирующих реакторов.

Что касается линий напряжением 750 кВ, то безрезонансные зоны в зависимости от их длины могут быть обеспечены установкой на линии двух, четырёх или пяти незаземлённых реакторов. При этом всегда может быть создан пониженный уровень повышений напряжения на неподключенных фазах, не превышающий наибольшего рабочего фазного напряжения.

В третьей главе обосновывается повышение эффективности ОАПВ в линиях СВН, оснащённых комбинированной поперечной компенсацией.

В дальних электропередачах поток отказов практически полностью определяется авариями на линии в связи с большой её длиной. При этом в линиях напряжением 500 и 750 кВ подавляющая доля отключений вызывается однофазными короткими замыканиями. С точки зрения возмущающих воздействий на примыкающие системы существенное значение имеет способ ликвидации коротких замыканий в линии.

Возникающие на линии неустойчивые однофазные короткие замыкания сопровождаются минимальными возмущениями на примыкающие системы, если они ликвидируются в цикле ОАПВ. В этом случае поврежденную фазу линии отключают с двух сторон, а затем через определенное время, так называемую бестоковую паузу, автоматически повторно включают. За время бестоковой паузы остаточная дуга в месте перекрытия должна погаснуть, а место перекрытия деионизироваться и почти полностью восстановить свою электрическую прочность. При эксплуатации линий СВН до (60 – 70) % однофазных коротких замыканий имеют неустойчивый характер, т.е. могут быть устранены в цикле кратковременной бестоковой паузы с последующим восстановлением нормальной схемы.

Успешность ликвидации дуговых коротких замыканий в цикле ОАПВ, с одной стороны, определяются характеристикой дуги подпитки, возникающей в длинных воздушных промежутках, а с другой – эффективностью применяемых на линии способов снижения токов подпитки и восстанавливающихся напряжений в месте горения дуги после её погасания. Осуществление ОАПВ в электропередачах переменного тока затрудняется наличием подпитки места короткого замыкания со стороны неотключенных фаз. Основными величинами, определяющими условия гашения вторичной дуги, являются ток подпитки, протекающей в дуге до её гашения, и напряжение, восстанавливающееся в месте КЗ после погасания вторичной дуги. По имеющимся данным среднее время горения дуги подпитки в основном зависит от величины установившегося тока дуги подпитки. Длительность паузы ОАПВ (0,5 – 2,0) с обеспечивается, если токи дуги подпитки не превосходят (30 – 80) А (амплитудное значение). При этом величина восстанавливающегося напряжения (ВН) не должна превышать половины фазного напряжения линии.

Для анализа восстанавливающихся напряжений и токов дуги подпитки в диссертации предлагаются расчётные схемы, изображённые на рисунке 7.

а) б) Рисунок 7 – Расчётные схемы для определения условий гашения дуги подпитки в паузу ОАПВ: а – схема для расчёта восстанавливающихся напряжений; б – схема для расчёта токов дуги подпитки Параметры этих схем замещения определяются следующими соотношениями, Z1э =, Z2э = 2Yфф1 + Yо1 2Yфф2 + YоZфф E1a - E2a ( ) E1э =-Yфф1Z1эE1a, E2э =-Yфф2Z2эE2a,, (3) Eэлм =Zф + Zфф где Yфф1,Yфф2,Yo1,Yo 2 – межфазовые проводимости и проводимости на землю, определяемые на основе поперечных проводимостей схемы замещения ВЛ и параметров шунтирующих реакторов с учётом компенсационных реакторов в их нейтрали или шунтирующих и незаземлённых реакторов.

По методическим соображениям удобнее сначала провести анализ ВН на отключенной фазе, после чего на основе теоремы об эквивалентном источнике ток дуги подпитки для концевых точек линии, где имеют место наибольшие значения искомых величин, определится как U1в U2в,, (4) I1д = I2д = Z1вх Z2вх где, – восстанавливающиеся напряжения в соответствующей точке U1в U2в линии;, Z1вх Z2вх – входные сопротивления схемы относительно соответствующих точек линии.

При проведении анализа целесообразно выделить две составляющих для ВН и, соответственно, для токов дуги подпитки, а именно электростатическую и электромагнитную. Электростатическая составляющая определяется подпиткой со стороны здоровых фаз через междуфазные ёмкости и находится из вышеприведенных схем замещения при.

Eэлм = Электромагнитная составляющая определяется э.д.с. взаимоиндкции, наведённой в аварийной фазе токами здоровых фаз, и определяется, соответственно, при. На рисунке 8 показан характер изменения E = E = 1э 2 э электростатической и электромагнитной составляющей ВН в зависимости от угла сдвига между э.д.с. примыкающих систем.

Рисунок 8 – Зависимость восстанавливающегося напряжения и его составляющих от угла между концевыми э.д.с.

Проведённый анализ показал, что для ВЛ напряжением 500 и 750 кВ при их длине превышающей 300 км токи дуги подпитки при отсутствии поперечной компенсации превосходят критическое значение 80 А, при котором исключается возможность успешного самопогасания дуги подпитки при отключении повреждённой фазы.

В схемах с традиционной поперечной компенсацией использование компенсационных реакторов, включаемых в нейтраль шунтирующих реакторов на время паузы ОАПВ, приводит к снижению токов дуги подпитки. Для ВЛ напряжением 500 кВ токи дуги подпитки удаётся снизить до (50 – 80) А и тем самым для осуществления успешного ОАПВ длительность бестоковой паузы будет находиться в пределах (1,0 – 2,0) с.

Для ВЛ 750 кВ требуемая длительность паузы ОАПВ должна составлять не менее (1,5 – 2,0) с.

В случае комбинированной компенсации резко упрощается осуществление ОАПВ в линиях СВН. Во-первых, отпадает необходимость в компенсационных реакторах, включаемых в нейтраль шунтирующих реакторов при традиционной компенсации. Во-вторых, для снижения тока дуги подпитки достаточно подключения лишь одной фазы шунтирующих реакторов (отключенных по условиям нормального режима), одноименной с фазой линии, на которой произошло КЗ. Во всём возможном диапазоне длин линий напряжением 500 и 750 кВ, исключая значительные длины свыше 4км для ВЛ 750 кВ, использование комбинированной компенсации позволяет осуществить успешное ОАПВ при длительности бестоковой паузы в пределах 0,5 с.

При длинах линий более 450 км не удаётся подобрать необходимое число шунтирующих реакторов, которые оказывали бы ограничивающее влияние на электромагнитную составляющую тока дуги подпитки, достаточное для обеспечения длительности паузы ОАПВ в пределах 0,5 с.

Обойти возникшие трудности можно с помощью устройства, изображённого на рисунке 9. Устройство для осуществления ОАПВ в линиях с комбинированной поперечной компенсацией дополнительно содержит батареи конденсаторов, включённые в нейтрали шунтирующих реакторов и шунтированные выключателями. Устройство работает следующим образом. В случае возникновения однофазного короткого Рисунок 9 –Устройство для осуществления ОАПВ в линиях 750 кВ значительной длины замыкания аварийная фаза линии отключается линейными выключателями и происходит подключение реакторными выключателями одной фазы шунтирующего реактора, одноименной с фазой линии электропередачи, на которой произошло короткое замыкание. Затем вводятся в работу батареи конденсаторов за счет отключения выключателей.

Для существенного снижения электромагнитной составляющей тока подпитки и, соответственно, полного тока до величин менее 30 А, при которых обеспечивается успешное ОАПВ в пределах 0,5 с, сопротивление компенсационной батареи конденсаторов должно составлять (10 – 40) % от сопротивления шунтирующего реактора.

В четвёртой главе рассматриваются условия работы незаземлённых реакторов в составе комбинированной поперечной компенсации линий СВН и даются рекомендации по основным параметрам НР.

Одной из важнейших функций традиционных шунтирующих реакторов, которыми оснащены электропередачи СВН, является ограничение внутренних перенапряжений при вводе линии в работу и в аварийных режимах. Эффективность ограничения внутренних перенапряжений зависит от степени поперечной компенсации. Для оценки влияния комбинированной поперечной компенсации на уровень квазиустановившихся повышений напряжений в диссертации рассмотрено два характерных расчётных случая применительно к линии 750 кВ: односторонне включенная линия с однофазным КЗ и односторонне включенная фаза линии в цикле ОАПВ (рисунок 10).

а) б) Рисунок 10 – Расчётные схемы: а – одностороннее питание при наличии однофазного короткого замыкания; б – односторонне включённая фаза в цикле ОАПВ Проведённый анализ показал, что использование комбинированной поперечной компенсации по сравнению с традиционной компенсацией приводит к снижению на (5–10) % квазиустановившихся перенапряжений, имеющих место при наиболее опасных коммутациях.

В различных аварийных режимах на нейтрали незаземлённых реакторов возможно возникновение повышений напряжения, (5) U = (U + U + U ) n a c b где Ua, Ub, Uc - фазные напряжения, действующие на НР.

В нормальных режимах Un = 0, т.е. напряжение на нейтрали незаземлённого реактора отсутствует. Воздействие напряжений на изоляцию нейтрали в наибольшей степени проявляется при неполнофазных включениях линии, при возникновении несимметричных КЗ на линии и при их ликвидации. Как показал проведённый анализ, при неполнофазных включениях и при ликвидации коротких замыканий на линии повышения напряжений на нейтрали при длительности 0,15 с не превышает 70 %, а при длительности порядка 1,0 с, что соответствует продолжительности паузы ОАПВ, не превосходят 40 % от наибольшего рабочего фазного напряжения линии.

Таким образом, изоляция нейтрали незаземлённых реакторов работает в особых условиях по сравнению с изоляцией нейтрали шунтирующих реакторов. Нейтраль шунтирующих реакторов постоянно заземлена и имеет класс изоляции 35 кВ, что допускает повышение напряжений на ней порядка 50 кВ в течение паузы ОАПВ, когда в нейтраль шунтирующего реактора включается компенсационный реактор для обеспечения условий гашения дуги. Класс изоляции 35 кВ для незаземлённых реакторов принять нельзя, поскольку воздействующие напряжения на изоляцию нейтрали незаземлённых реакторов в различных аварийных режимах существенно превосходят величину, допустимую для класса 35 кВ.

Поскольку повышения напряжений на нейтрали более чем в два раза меньше воздействий на фазовую изоляцию оборудования, то уровень изоляции нейтрали можно выбирать пониженным по сравнению с уровнем фазовой изоляции, и для НР 500 кВ уровень изоляции нейтрали может соответствовать классу 220 кВ, а для НР 750 кВ – классу 330 кВ.

Для защиты шунтирующих и незаземлённых реакторов от грозовых и коммутационных перенапряжений используются защитные аппараты типа ОПН. Требования к величине допустимых напряжений на нейтрали в этом случае диктуются условиями работы защитного аппарата. Сопоставление допустимых напряжений на защитном аппарате и воздействующих повышений напряжения на нейтрали НР 500 кВ и 750 кВ, приведённое в таблице 1, показывает достаточность выбранных классов изоляции 220 и 3кВ для нейтрали незаземлённых реакторов.

Таблица 1 – Сравнение допустимых и действующих напряжений на нейтраль незаземлённого реактора для ВЛ 500 и 750 кВ Длительность воздействия Напряжение Напряжения на ОПН, кВ напряжений, с ВЛ, кВ 0,15 1,Допустимые напряжения на 225 2защитном аппарате ОПН – 25Максимальные воздействующие 210 1напряжения на ОПН – 2Допустимые напряжения на 325 3защитном аппарате ОПН – 37Максимальные воздействующие 320 1напряжения на ОПН – 3Воздействующие перенапряжения на фазовую изоляцию незаземлённых реакторов не отличаются от соответствующих воздействий на фазовую изоляцию шунтирующих реакторов, и в этом отношении к незаземлённым реакторам не предъявляется дополнительных требований по сравнению с шунтирующими реакторами.

Основные рекомендуемые параметры незаземлённых реакторов для ВЛ СВН, которые могут быть использованы при проведении НИР и ОКР по созданию опытно-промышленных образцов незаземлённых реакторов, приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Рекомендуемые параметры незаземлённых реакторов Номинальное Мощность (на три Класс изоляции напряжение, кВ фазы), Мвар нейтрали, кВ 500 45 2750 66 3ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ В результате проведённых исследований аварийных режимов обоснован высокий уровень надёжности электропередач СВН при использовании комбинированной поперечной компенсации.

Основные результаты работы теоретического плана состоят в следующем:

1 Создана математическая модель трёхфазной электропередачи с использованием фазных координат для анализа сложно несимметричных режимов.

2 Предложены физически интерпретируемые упрощённые модели трёхфазных линий для исследования резонансных перенапряжений и токов дуги подпитки в неполнофазных схемах.

3 Показано, что использование комбинированной компенсации позволяет исключить резонансные перенапряжения при неполнофазных коммутациях линий 500 и 750 кВ при любом числе подключенных традиционных шунтирующих реакторов, и тем самым снять ограничение на число подключенных к линии шунтирующих реакторов, имеющее место при традиционной поперечной компенсации.

4 Выявлено, что комбинированная поперечная компенсация позволяет упростить осуществление ОАПВ в линиях СВН и эффективно снижать ток дуги подпитки во всём возможном диапазоне длин линий напряжением 500 и 750 кВ, исключая значительные длины свыше 450 км для ВЛ 750 кВ.

5 Предложено устройство, отличающееся тем, что нейтрали ШР оснащаются компенсационными батареями конденсаторов, шунтированными выключателями, что позволяет обеспечить длительность паузы ОАПВ в пределах 0,5 с для линий 750 кВ при длинах, превышающих 450 км.

К основным результатам работы практического плана относятся:

1 Рекомендации по использованию комбинированной поперечной компенсации для исключения резонансных перенапряжений в линиях 500 и 750 кВ при возникновении неполнофазных режимов.

2 Предложения по применению комбинированной поперечной компенсации, обеспечивающей ликвидацию наиболее вероятных однофазных коротких замыканий в линиях 500 и 750 кВ при длительности паузы ОАПВ не более 0,5 с.

3 Рекомендации по выбору основных параметров незаземлённых реакторов напряжением 500 и 750 кВ, которые могут быть использованы при проведении НИР и ОКР по созданию их опытно-промышленных образцов.

Мощность НР рекомендуется принять равной примерно (20–25) % от мощности традиционного ШР. Для надёжной работы НР напряжением 500 кВ класс изоляции их нейтрали должен составлять 220 кВ, а для реакторов, устанавливаемых на линиях 750 кВ, соответственно, – 330 кВ.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Научные статьи, опубликованные в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК:

1 Красильников, Е.Н. Комбинированная поперечная компенсация линий сверхвысокого напряжения / С.М. Зильберман, Е.Н. Красильников // Электричество. – 2012. – № 1. – С. 19– 23.

2 Красильников, Е.Н. Повышение эффективности ОАПВ при комбинированной поперечной компенсации линий сверхвысокого напряжения / Е.Н. Красильников // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. – 2010. – №2. – С. 401– 404.

3 Красильников, Е.Н. Анализ условий работы незаземлённых реакторов в составе комбинированной поперечной компенсации линий СВН / Е.Н. Красильников // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. – 2012. – №1. – С. 361– 364.

Статьи, опубликованные в российских изданиях; материалы международных и всероссийских конференций 4 Krasilnikov, E. The combined shunt compensation of EHV lines/ G.

Samorodov, S. Zilberman, T. Krasilnikova, E. Krasilnikov// IEEE EPEC 2011, Electrical Power and Energy Conference Advanced Technologies for Emerging Power Systems, October 3-5, 2011, Winnipeg, MB, Canada.

5 Красильников, Е.Н. Исключение резонансных перенапряжений в неполнофазных режимах в линиях СВН с комбинированной поперечной компенсацией / С.М. Зильберман, Е.Н. Красильников // Вестник Ассоциации выпускников КГТУ. – 2011. – Вып 20. – С. 97– 103.

6 Красильников, Е.Н. Анализ квазиустановившихся перенапряжений в линиях с комбинированной поперечной компенсацией / С.М. Зильберман, Е.Н. Красильников // Вестник Ассоциации выпускников КГТУ. – 2012. – Вып 21. – С. 83– 89.

Отчёты о научно-исследовательских работах:

7 Исследование нормальных и аварийных режимов в линиях сверхвысокого напряжения с комбинированной поперечной компенсации линий: отчёт о НИР (промежуточ.), г/б – 11/ ФБОУ ВПО «Новосиб. гос. акад.

вод. трансп.»;руководитель Горелов В.П; исполнитель: Красильников Е.Н.

[и др.]. – Новосибирск, 2012. – 156 с.- Библиогр.: c. 146–156. – № ГР 01.88.0004137.

Личный вклад в статьях в статьях, опубликованных в соавторстве, составляет не менее 50 %.

Подписано в печать 08.09.2012 с оригинала-макета.

Бумага офсетная №1, формат 6084 1/16, печать трафаретна – Riso.

Усл. печ. л. 1,3. Тираж 130 экз. Заказ №. Бесплатно.

ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» ФБОУ ВПО («НГАВТ») 630099, Новосибирск, ул. Щетинкина, 33.

Отпечатано в типографии ФБОУ ВПО «НГАВТ»




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.