Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение надежности электроснабжения потребителей электроэнергии, сохранение параллельной работы объединенных знергосистем (ОХ) Единой энергосистемы России (ЕЭС России) и эффективность ее функционирования б значительной степени зависят от надежной эксплуатации электромагнитных трансформаторов напряжения (ТН). которые установлены в узловых точках электроустановок (на шинах распределительных устройств и системообразующих линиях электропередачи). Электромагнитные ТН классов 110 гВ и выше не имеют со стороны высшего напряжения ВН собственных устройств защиты при повреждениях. При каждом повреждении ТН, сопровождающемся перекрытием главной изоляции на землю, или витковом замыкании в обмотке с последующим перекрытием на землю, возникающее к. з. отключается большим количеством выключателей, коммутирующих присоединения соответствующей системы шин. Вероятность отказа какого-либо из отключающихся при этом выключателей весьма высока и, как следствие, может произойти отключение второй системы шин с "погашением" подстанции.
Аналогичный процесс в ТН, подключенном непосредственно к ЛЭП, приводит к "разрыву" транзита мощности и "может привести к нарушению устойчивости параллельной работы частей ЕЭС России.
Положение в энергосистемах утяжеляется при повреждениях ТН в условиях ремонтной схемы электроустановки, например, при выведенной в.ремонт системе шин, когда все присоединения переведены на другую систему шин.
Анализ опыта эксплуатации электроустановок классов напряжений 110 кВ и выше показывает, что без применения специальных организационных и технических мероприятий,' специальных устройств предотвращения или подавления феррорезонансных процессов в распределительных устройствах (РУ) с электромагнитными ТН не представляется возможным в настоящее время и в обозримом будущем устранить основную причину повреждения ТН.
Приведенные утверждения базируются на следующих посылках:
- выпускаемые в настоящее время воздушные, маломасляные выключатели (0 кВ на токи отключения 40 кВ и более), элегазо-вые выключатели и их' перспективные образцы укомплектовываются емкостными делителями напряжения с величинами емкостей, приводя-
щими к феррорезонансным явлениям в цепях с электромагнитными ТН;
создание абсолютно "нерезонирующих" ТН является весьма проблематичным и дорогим мероприятием;
схемы РУ являются относительно "консервативними";
применение элегазоЕых КРУЭ не решает проблемы, так как феррорезонанс возникает и в этих схемах;
применение емкостных ТИ ь РУ ограничено по условию организации надежного и достоверного учета электроэнергии при ее производстве, передаче и распределении;
импортные ТН электромагнитного и емкостного типа имеют, в основном, те же характеристики, что и их российские аналоги;
создание ТН на класс напряжении "50 кВ электромагнитного типа может привести к феррорезонансу и в этих сетях.
Повреждения ТН классов напряжения 110 кВ и выше являются довольно частым явлением и исследование причин повреждений, разработка способов и технических средств минимизации их отказов в работе являются актуальной задачей.
Наличие в РУ электромагнитного ТИ требует оценки совмести мости его установки с такими аппаратами, как нелинейный ограничитель перенапряжений (ОНИ) и выключатель с емкостным делителем напряжения.
Цели и задачи диссертационной работы. Целями настоящей работы являются:
повышение надежности РУ электросетей напряжением ПО кВ и выше с заземленной нейтралью за счет исключения повреждений ТН и связанных с ними отключений системы шин (секций), JI'jII и другого электротехнического оборудования;
обеспечение правильности действия АНВ шин и безопасности работы эксплуатационного персонала при обслуживании электротех-ническного оборудования.
Для достижения этих целей были поставлены и решены следующие задачи:
анализ 'отраслевой статистики о повреждаемости ТН с выявлением и обоснованием основной причины повреждений;
аналитические и экспериментальные исследования ферроре:,о-нансных явлений в электросетях;
разработка и апробирование способов и средств нод;ц.лепнл феррорезонанса в РУ 110 кВ и выше с электромагнитными ТН;
разработка основных технических требований на опытный образец устройства выявления и подавления феррорезонанса;
исследование причин системных аварий в связи с несинхронным включением межсистемных ЛЭП в режиме АПВ при наличии электромагнитных ГН в РУ;
разработка программы для расчета феррорезонансного переходного процесса в РУ с электромагнитными ТН с учетом работы ОПН.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Основная причина повреждений ТН электромагнитного типа в РУ классов напряжения 110 кВ и выше - феррорезонансные явления.
-
Результаты исследований феррорезонансных явлений, позволившие разработать способы и технические средства защиты от феррорезонансных ловьшений напряжения в РУ ПО кВ и выше с электромагнитными ТН.
-
Основные технические требования на опытный образец устройства выявления и подавления феррорезонанса.
-
Возможность использования искусственного возбуждения феррорезонанса в РУ 110 кВ и выше для испытания ТН и другого электротехнического оборудования повышенным напряжением в эксплуатационных условиях.
Методика исследований. Исследования выполнены с помощью расчетов на ЭВМ и с помощью экспериментов в электросетях. При расчетах на ЭВМ использовались специальные программы, моделирующие переходные' процессы в схемах РУ, содержащих электромагнитные ТН и выключатели с емкостными делителями напряжения. Экспериментальные исследования выполнены в электросетях ПЭО Смоленскэнерго и Аэглавэнерго.
Научная новизна работы.
1. На основании теоретических и экспериментальных исследований выявлено, что причиной повреждения ТН РУ после отключения присоединений от шин являются феррорезонансные явления вследствие насыщения стали электромагнитных ТН.
Z. Установлена причина неправильного действия автоматики АПВ шин при восстановлении нормальной схемы РУ после автоматического отключения системы шин или секции шин, заключающаяся в нарушении алгоритма действия устройства АПВ шин из-за появления в режиме феррорезонанса значительного угла сдвига между вектором
напряжения на выходе.Til и вектором эквивалентной ЭДС примыкающей сети.
3. На основе теоретических исследований установлены области существования феррорезонанса напряжений на частоте 50 Гц в схемах с электромагнитными ТН для сетей.110-500 кВ в зависимости от эквивалентной ЭДС системы. Определены области применения методов предотвращения и подавления феррорезонанса: исключение образования феррорезонансного контура, расстройка феррорезонансного контура, снижение добротности этого контура, применение средств предотвращения феррорезонанса.
А. Разработаны новые технические решении схем коммутации балластной резисторной нагрузки ТН на основе электронной техники для подавления и предотвращения повторного возникновения феррорезонанса.
Практическая ценность и внедрение результатов работы. Раз -работало и реализовало новое устройство выявления и подавления феррорезонанса на Сазе современных средств микроэлектроники и силовой электроники, позволяющие ускорить и повысить надежность выявления и подавления феррорезонанса. Проведены испытания опытного образца устройства.
Рекомендованы схемы и компоновки РУ. исключающие возможность образования феррорезонансного контура, рекомендованы методы и средства расстройки феррорезонансного контура и понижения его добротности.
Разработаны отраслевые Методические указания по предотвращению феррорезонанса в РУ 110-500 кБ с электромагнитными ПІ и выключателями с емкостными делителями напряжения.
Реализация результатов работы осуществлена в энергосистемах и энергообъединениях России и стран СНГ.
Апробация работы.
-
Рекомендации, изложенные в Методических указаниях по предотвращению феррорезонанса в РУ 110-500 кВ, прошли апробацию и ими руководствуются во всех энергосистема/: России и СНГ.
-
Действует решение N Э-7/78 от 05.04.78г. Глаьтехуправле-ния Минэнерго СССР "О внесении дополнений в Типовую инструкцию по производству Переключений в электрических распредустрсїістї.ах электрических станций и подстанций", в котором отражен порядок переключений, исключающий возникновение феррорезонанса. Решение
разработано на основе исследований автора настоящей работы.
-
Разработаны технические требования - на ОКР аналого-цифрового устройства выявления и подавления феррорезонанса, по которым в 1994г. выпущено опытное устройство на заводе "Преобразователь" (г.Запорожье).
-
С участием автора настоящей работы с учетом результатов его исследований скорректированы принципиальные схемы электрических распредустройств 35-750 кВ подстанций.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа выполнена на 122 страницах машинописного текста, иллюстрируется 19 рисунками и 4 таблицами. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 60 наименований и 4-х приложений.
