Содержание к диссертации
Введение
1. Стационарные режимы в сетях 35 kb, содержащих двухцепныевл 14
1.1. Схема сети 35 кВ и режимы эксплуатации нейтралей 35 кВ питающих трансформаторов 14
1.2. Конструкция двухцепной ВЛ 35 кВ и частичные емкости 15
1.3. Расчетные схемы замещения при совместной и раздельной эксплуатации сети (по нулевой последовательности фаз) 16
1.4. Нормальный режим эксплуатации сети 17
1.5 Однофазное замыкание на землю 19
1.6. Выводы по первому разделу 22
2. Переходные процессы, сопровождающие однофазные дуговые замыкания на землю (ОДЗ) 24
2.1 Постановка задачи исследований и математическая модель переходных процессов, сопровождающих ОДЗ 24
2.2. Результаты исследований процессов при ОДЗ в сетях с изолированной и резистивно заземленной нейтралями 29
2.3. Выводы по второму разделу 38
З. Феррорезонансные явления, обусловленные насыщением магнитопроводов трансформаторов напряжения 40
3.1. Физическая картина явления 40
3.2 Моделирование ТНКИ типа ЗНОМ (ЗНОЛ) 42
3.3 Математическая модель для исследования процессов, сопровождающих погасание дуги в процессе ОДЗ 44
3.4. Зоны установившегося феррорезонанса при оснащении сетей ТН типа ЗНОМ 46
3.5 Феррорезонансные процессы при включении в цепь нулевой последовательности резисторов 48
3.6 Феррорезонансные процессы при оснащении сети антирезонансными трансформаторами напряжения типа НАМИ 54
3.7 Выводы по третьему разделу 57
4. Стагдионарные и квазистационарные режимы в двухцепньгх вл высокого напряжения 58
4.1. Постановка исследований 58
4.2. Электростатические поля под двухцепными ВЛ ВН 59
4.3. Электромагнитные поля под двухцепными ВЛ ВН 65
4.4. Стационарные режимы «бестоковой» паузы ОАПВ 76
4.4.1. Постановка исследований 76
4.4.2. Стационарные токи подпитки дуги на отключенной фазе и напряжения после её погасания 77
4.4.3. Выводы по подразделу 4.4 80
4.5. Выводы по четвертому разделу 81
5. Защита сетей 35 - 330 kb, содержащих двухцепные в лот грозовых перенапряжений 82
5.1. Постановка исследований 82
5.2. Разрядные характеристики линейной изоляции В Л 35-330 кВ 82
5.3. Координация разрядного напряжения ОПН с воздействующими грозовыми перенапряжениями 85
5.3.1. Исходные положения 85
5.3.2. Удар молнии в опору или в трос вблизи опоры 86
5.3.3. Удар молнии в фазный провод 89
5.4. Параметры ОПН при искровом и безыскровом присоединении аппарата.98
5.4.1. Требования к характеристикам искрового промежутка ИП1 98
5.4.2. Параметры ОПН с искровым промежутком 99
5.4.3. Выбор мест установки ОПН 100
5.4.4. Токовые и энергетические нагрузки ОПН 103
5.5. Выводы по пятому разделу 108
Заключение 113
Список использованных источников
- Расчетные схемы замещения при совместной и раздельной эксплуатации сети (по нулевой последовательности фаз)
- Результаты исследований процессов при ОДЗ в сетях с изолированной и резистивно заземленной нейтралями
- Математическая модель для исследования процессов, сопровождающих погасание дуги в процессе ОДЗ
- Электростатические поля под двухцепными ВЛ ВН
Введение к работе
Преимущества двухцепных ВЛ как средних, так и высших классов напряжения, по сравнению с одноцепными ВЛ соответствующих классов напряжения в основном определяются:
организацией резервированного питания особо ответственных потребителей (при выходе из строя одной цепи питание объекта осуществляется по оставшейся в эксплуатации второй цепи),
уменьшением полосы отчуждения при строительстве ВЛ определенной мощности по сравнению со строительством одноцепных ВЛ.
Вместе с тем при проектировании любого объекта электросетевого строительства должен учитываться не только нормальный режим его эксплуатации, но и разного рода аномальные ситуации, неминуемо возникающие в практике. При этом необходимо обеспечивать во-первых локализацию технологического нарушения, во вторых предусматривать рациональные меры восстановления режима нормальной эксплуатации ВЛ. К аномальным ситуациям, в частности, относятся те события, которые приводят к возникновению опасных перенапряжений: внутренних (частным случаем которых являются коммутационные перенапряжения) и грозовых, обусловленных ударами молнии в такие протяженные объекты, какими являются воздушные ЛЭП. Исследованию перенапряжений в ЛЭП посвящено достаточно большое количество публикаций, в том числе отдельные разделы в учебниках и учебных пособиях по ТВН [1]-[4] и монографии [5]. Однако в этих работах мало внимания уделено особенностям протекания электромагнитных процессов в двухцепных электропередачах. Вместе с тем цепи, расположенные на одной опоре, находятся в едином электростатическом и электромагнитном полях, что и обуславливает зачастую существенные особенности в характере протекания электромагнитных переходных процессов по сравнению с соответствующими процессами в одноцепных ВЛ.
В работе, в основном, рассматриваются эти особенности в электропередачах среднего класса напряжения 35 кВ, эксплуатируемых как при изолированной нейтрали сети, так и при заземлении нейтрали сети через дугогасящий реактор (ДГР) или высокоомный резистор. Рассматриваются особенности стационарных режимов при однофазных замыканиях на землю (033) и переходных процессов, сопровождающих однофазные дуговые замыкания (ОДЗ).
Большой процент двухцепных В Л в сети 35 кВ вносит дополнительные требования к режимам и схемам эксплуатации таких сетей с точки зрения обеспечения их надежной эксплуатации в режиме однофазного замыкания на землю. Эти дополнительные требования возникают при раздельной эксплуатации цепей этих ВЛ, то есть в случае присоединения цепей к различным системам шин при отключенном междушинном выключателе (МШВ). Каждая из систем шин питается от своей группы трансформаторов, нейтрали которых, как правило, в эксплуатации не объединяются. Если сеть оснащена дугогасящими реакторами (ДГР), то последние в режиме раздельной эксплуатации цепей могут быть присоединены либо к нейтралям обеих групп трансформаторов, либо к нейтрали лишь одной группы.
Некоторые особенности возникают и при эксплуатации двухцепных ВЛ высших классов напряжения, эксплуатируемых при глухом заземлении нейтрали сети. К этим особенностям можно отнести уровни напряженностей электростатического и электромагнитного пролей по их трассам, а также, неполнофазные режимы, сопровождающие некоторые нештатные и штатные коммутации, в частности, коммутацию однофазного автоматического повторного включения ВЛ (ОАПВ).
Повышение надежности эксплуатации воздушных линий электропередач как средних, так и высоких классов напряжения при их грозовых поражениях остается до сих пор одной из важнейших задач электроэнергетики. Воздушные линии электропередачи испытывают ежегодно десятки ударов молнии в каждые 100 км линии. Поражение молнией фазного провода,
7 сопровождающееся прохождением большого тока, создает на проводе такое высокое импульсное напряжение, что практически невозможно создать изоляцию, которая могла бы его выдержать. После перекрытия изоляции пораженного молнией провода в путь тока включается импульсное сопротивление заземления опоры. При этом на опоре появляется достаточно большое напряжение и возникает опасность разряда с опоры на провода, так называемого обратного перекрытия линейной изоляции [б]. Поэтому в большинстве случаев линии на металлических опорах имеют один или два заземленных троса, подвешиваемых выше фазных проводов и воспринимающих на себя удар молнии. Как показано в [7] применение тросовой защиты, позволяет снизить величину индуцированных перенапряжений примерно на 30 %. Однако наличие тросов не исключает появление высоких потенциалов на фазных проводах, и также, хотя и с малой вероятностью, удара молнии в фазный провод. На двухцепных же опорах обратное перекрытие приводит к замыканию между двумя цепями. Очевидно, что такое развитие событий должно быть исключено.
В последнее время рассматривается возможность повышения надежности эксплуатации линейной изоляции линий электропередач путем установки защитных аппаратов типа ОПН на опорах ВЛ. Так, на сессии СИГРЭ в августе - сентябре 1994 года был прочитан доклад о повышении надежности эксплуатации воздушных линий при установке на опорах так называемого распределенного ОПН. Этот доклад опубликован в трудах СИГРЭ [8]. Однако исследования относились в основном к В Л 66 — 77 кВ. К 1992 году в электрических сетях Японии было установлено около 30000 аппаратов на опорах ВЛ и ещё большее количество будет установлено в дальнейшем [9]. Статистический анализ эксплуатации В Л, оснащенных подвесными ОПН, показал весьма ощутимое повышение их надежности. На двухцепных В Л, на которых ОПН установлены на каждой фазе, двухцепных повреждений не наблюдалось, одноцепные повреждения наблюдались примерно в 60 % случаев и в 40 % случаев повреждения линейной изоляции ВЛ отсутствовали.
8 На В Л, не оснащенных подвесными ОПН, в 60 % случаев наблюдались двухцепные повреждения, в остальных случаях - одноцепные повреждения.
Изложенное позволяет заключить, что одной из преимущественных ниш использования ОПН, устанавливаемых на опорах ВЛ является их установка именно на двухцепных опорах. Это и предопределило проведение исследования эффективности установки ОПН на двухцепных опорах В Л 35-330 кВ.
Менее полно в работе затрагиваются особенности эксплуатации двухцепных В Л высокого напряжения, эксплуатируемых при глухом заземлении нейтрали сети. В этом разделе работы анализируются электростатические и электромагнитные поля под двухцепными ВЛ рассматриваются некоторые рекомендации по снижению напряженностей этих полей и требования к ОПН, устанавливаемых на двухцепных опорах ВЛ ВН.
При выполнении исследований эффективности установки ОПН на опорах двухцепных ВЛ была использована математическая модель ориентировки лидера молнии, предложенная в СибНИИЭ [10, 11], основанная на описании распространения лидера молнии и развития встречных разрядов как случайных процессов. Такой подход позволяет учесть случайные отклонения траектории лидера молнии, а также случайный характер инициирования и развития встречных разрядов, и определить критерий ориентировки в наиболее естественном виде, как факт опережающего развития встречных разрядов с провода или троса до соединения с каналом нисходящего лидера молнии. С помощью такой модели можно определить также амплитуды волн токов молнии в точке удара, а также оценить перспективность такой меры повышения грозоупорности ВЛ, как установка на их опорах подвесных ОПН. Целью работы явилось выявление особенностей стационарных и переходных электромагнитных процессов в электропередачах двухцепного исполнения 35-330 кВ, а также установление технической целесообразности оснащения двухцепных ВЛ 35-330 кВ защитными аппаратами типа ОПН и
9 определения их энергоемкости при различных уровнях сопротивлений заземления опор.
Для достижения поставленной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
разработана математическая модель, позволяющая исследовать переходные процессы, сопровождающие однофазные дуговые замыкания на землю (ОДЗ), в двухцепных В Л 35 кВ;
проведены исследования влияния как способа моделирования двухцепных В Л 35 кВ, так и места ОДЗ на В Л на уровни перенапряжений, возникающих при ОДЗ;
рассмотрены феррорезонансные процессы, обусловленные насыщением магнитопроводов трансформаторов напряжения, в распределительных сетях 35 кВ, содержащих двухцепные В Л;
проанализированы интенсивности электрических полей по трассам двухцепных В Л ВН 110-330 кВ и предложены рекомендации по снижению интенсивностеи электростатического и электромагнитного полей по трассам двухцепных В Л высокого напряжения.
рассмотрены стационарные режимы при горении и погасании дуги подпитки в процессе «бестоковой» паузы ОАПВ в двухцепных ВЛ ВН;
показано различие уровней волн токов молний, возникших на проводах ВЛ при учете и не учете ориентировки канала молнии;
проанализированы уровни перенапряжений, возникающих при ударах молнии в двухцепные ВЛ 35-330 кВ;
разработаны требования по энергоемкости подвесных ОПН разных классов напряжения при различных сопротивлениях заземления опор;
предложены рекомендации по повышению надежности В Л путем установки подвесных ОПН.
Научная новизна основных положений и результатов работы:
разработаны математические модели стационарных режимов ОЗНЗ,
переходных процессов, инициируемых однофазными дуговыми замыканиями
10 на землю, при разных способах моделирования процессов и различных способах заземления нейтрали, фсррорезонансных явлений в сетях (35 кВ), содержащих в своем составе двухцепные ВЛ;
определены законы распределения амплитуд волн токов молний, поражающих фазные провода ВЛ 35-330 кВ двухцепного исполнения;
показано влияние на уровни перенапряжений на изоляции ВЛ учета ориентировки канала молнии;
проанализировано влияние на требуемую энергоемкость мест установки подвесных ОПН 35-330 кВ, а также сопротивления заземления опор;
показано влияние фазировки проводов двухцепных ВЛ ВН с вертикальной подвеской фаз на интенсивность электрического поля по трассе В Л ВН и на параметры, характеризующие «бестоковую» паузу при ОАПВ.
Практическая значимость результатов работы.
Разработанные математические модели процессов происходящих в сетях 35 кВ, содержащих двухцепные В Л, могут быть использованы при расчетах стационарных и переходных режимов как при анализе технологических нарушений в действующих В Л, так и при проектировании новых ВЛ.
Показано, что при отсутствии транспонирования фаз ВЛ воздушной сети 35 кВ установка ДГР будет не только мало эффективна, но может при определенных условиях привести к увеличению аварийности этих сетей.
Оснащение нейтрали высокоомным сопротивлением позволяет исключить эскалацию перенапряжений при ОДЗ в двухцепных ВЛ;
Приведена область параметров воздушной сети 35 кВ, отвечающая выполнению условий существования опасных стационарных феррорезонансных колебаний;
Показано, что установка на ВЛ 35-330 кВ ОПН является одним из эффективных способов повышения надежности эксплуатации изоляции ВЛ.
Полученные законы распределений амплитуд волн токов молний, прорвавшихся сквозь тросовую защиту, могут быть использованы при разработке системы защиты рассмотренных ВЛ от грозовых перенапряжений с помощью подвесных ОПН.
Выдвинутые требования к энергоемкости ОПН могут стать отправной точкой при проектировании защиты двухцепных В Л 35-330 кВ с помощью подвесных ОПН.
Показано, что с помощью соответствующей фазировки проводов двухцепных ВЛ высокого напряжения можно существенно уменьшить интенсивности электростатического и электромагнитного полей вдоль их трасс.
Достоверность результатов работы обусловлена использованием при ее выполнении достаточно полных математических моделей исследуемых режимов и процессов, а также модели развития канала лидера молнии. Правомочность полученных результатов подтверждается также хорошим согласием ряда результатов с экспериментальными данными, полученными как отечественными, так и зарубежными исследователями.
Апробация результатов работы.
Отдельные результаты работы и работа в целом обсуждались на научных семинарах факультета энергетики и кафедры ТиЭВН НГТУ, а также на
на Второй Всероссийской научно-технической конференции в Новосибирске 15-17 октября 2002 г «Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ»;
на межрегиональном семинаре для энергетиков металлургических предприятий «Электротехническое электрооборудование и комплексный подход к применению средств защиты от перенапряжений», Новосибирск, 23-25 августа 2005 г.
на Международной научно-технической конференции «Перенапряжения и надежность эксплуатации электрооборудования». Санкт-Петербург, 31 марта-5 апреля 2003 г.
12 По теме диссертации опубликованы тексты и тезисы пяти докладов на Всероссийских и международных конференциях, в периодической научно-технической литературе опубликовано две научных статьи. На защиту выносятся:
Математические модели стационарных и переходных процессов в сетях 35 кВ, содержащих в своем составе двухцепные ВЛ, позволяющие производить сравнительную оценку эффективности различных способов заземления нейтрали в этих сетях;
Методика определения энергоемкости подвесных ОПН 35-330 кВ при грозовых поражениях ВЛ двухцепного исполнения, учитывающая ориентировку канала лидера молнии в систему провода В Л- тросы- земля;
Результаты исследований по определению энергоемкости ОПН, установленных на опорах двухцепных ВЛ 35 - 330 кВ, содержащие соответствующие рекомендации
Рекомендации по повышению надежности двухцепных В Л при дифференцированной установке подвесных ОПН (т.е. при установке на одной на опоре ОПН с разным энергопоглощением), что приводит снижению суммарной стоимости защитных аппаратов.
Рекомендации по уменьшению интенсивности электростатического и электромагнитного полей по трассам двухцепных ВЛ высокого напряжения, связанные с соответствующей фазировкой проводов отдельных цепей.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложения, изложенных на 129 страницах текста, списка использованных источников из 50 наименований. Работа проиллюстрирована 40 рисунками и содержит 21 таблицу.
Во введении дан анализ проблемы, обоснована актуальность предпринятых исследований, сформулированы их основные цели и задачи,
13 показана научная новизна работы, её практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту.
В первом разделе изложены результаты исследования режимов работы сетей 35 кВ, содержащих в своем составе двухцепные ВЛ, эксплуатируемые раздельно. Показано, что при отсутствии симметрирования емкостей по фазам оснащение нейтралей питающих трансформаторов ДГР оказывается либо весьма малоэффективным, либо даже ведет к увеличению тока замыкания на землю на одной или на обеих цепях двухцепных ВЛ.
Во втором и третьем разделах рассмотрены процессы, сопровождающие однофазные дуговые замыкания (ОДЗ) при учете насыщения магнитопроводов утановленных в сети трансформаторов напряжения электромагнитного типа. Показана эффективность резистивного заземления нейтрали, обеспечивающего как отсутствие эскалации перенапряжений при ОДЗ, так и исключение опасных феррорезонансных явлений.
В четвертом разделе проанализированы интенсивности электрических полей по трассам двухцепных ВЛ ВН, а также стационарные режимы сопровождающие «бестоковую паузу ОАПВ в этих ВЛ. Рассмотрено также влияние фазировки проводов двухцепных В Л на основные параметры этих режимов.
В пятом разделе определяются гипотетические законы распределения амплитуд токов молнии, прорвавшихся сквозь тросовую защиту двухцепных ВЛ 35-330 кВ, при учете ориентировки канала лидера молнии. Производится координация разрядных напряжений изолирующих подвесок с параметрам линейных ОПН, устанавливаемых на опорах В Л. Исследуется влияние сопротивления заземления опор В Л на токовые и энергетические нагрузки подвесных ограничителей. Предлагается дифференцированный подход к установке подвесных ОПН на различных фазах двухцепных В Л, обеспечивающий при требуемых показателях надежности минимальные затраты на установку ОПН. В заключении сформулированы основные выводы по работе.
Расчетные схемы замещения при совместной и раздельной эксплуатации сети (по нулевой последовательности фаз)
При расположении проводов в пролете, показанном на рис. 1.2, отношения емкостей составляют кв = Св/СА 1.02, кс=Сс1СА—\.23. Принципиальная расчетная схема сети показана на рис. 1.3. Расчетная схема для определения напряжения смещения нейтралей в нормальном эксплуатационном режиме при раздельной эксплуатации цепей двухцепных В Л приведена на рис. 1.4.
Очевидно, что при такой несимметрии емкостей по фазам токи при замыкании на землю различных фаз будут отличаться между собой, при анализе надежности эксплуатации сети целесообразно рассматривать средние значения токов [13]. В этом случае токи однофазного замыкания на землю при совместной и раздельной эксплуатации цепей ВЛ могут быть определены в схемах рис. 1.5. Є1А
Расчетные схемы для определения тока однофазного замыкания на землю при СОБМЄСТНОЙ (а) и раздельной (б) эксплуатации цепей В Л
Характер соединения нейтрали сети с землей отражен на приведенных схемах в виде комплексного сопротивления Хщ и Z№.
Нормальный режим эксплуатации сети
В схеме рис. 1.4 Ихіхп U-N2x напряжения на нейтралях трансформаторов при отсутствии ДГР, т.е. напряжения несимметрии. Эти напряжения, зависят от несимметрии фазных напряжений и от несимметрии фазных и межцепных емкостей. Напряжения /#iH U-NI напряжения смещения, зависят также и от настройки ДПР.
Напряжения смещения на нейтралях определяются следующим образом:
Численные значения коэффициентов 5jy отражающих взаимное влияние цепей, находятся в диапазоне 1,10—1,05 при растройках ДГР, не превышающих 10 %. Поэтому в этих схемах в первом приближении U_Nlxn и_Н2хиотУт определяться без учета взаимного влияния цепей. Для рассмотренной выше конструкции BJI 35 кВ (&s=l,02, =1,24) даже в случае симметрии фазных напряжений (jijB = TJJC = 1, дВА -120, дСА = 120) UNx IV А = 0.068. При учете же возможной несимметрии фазных напряжений (1/1.05 1.05;-118 -122; 118 122) UNxiUA лежит в диапазоне (0,02 - 0,09)/ф.
Согласно расчетной схеме на рис. 1.4 напряжения смещения нейтралей U-mn ILNI вычисляются по выражениям:
Расчеты по приведенным выражениям показали, что для того, чтобы удовлетворить требованиям ПТЭ (U 0Л51/ф) при отсутствии симметрирования емкостей сети по фазам необходимо, чтобы, например, при UNxx =0.03-ь 0.075 степень компенсации kL находилась бы в диапазоне
Расчетная схема для определения тока замыкания на землю при совместной эксплуатации цепей (МШВ включен) приведена на рис. 1.5,а. Аналогичная расчетная схема будет и в том случае, если при раздельной работе цепей (МШВ отключен) нейтрали трансформаторов, питающих системы шин, будут объединены. В схеме на рис. 1.5,a ZN—индуктивное сопротивление всех ДГР, установленных в нейтралях трансформаторов. В схеме рис. 1.5,а и в применены следующие обозначения: Q = Q1 + Ог2 + ОзЗ WI = W4 + (-55 + 66 Q-H = (Си + Q3 + С16 + С24 +С25 +С26 + С34 +С35 +С36)-межцепная емкость. Ток замыкания на землю определится по выражению / MQ+CnXi-fcj, (їло) где Ai l/fi Z Q+Cn). При A-j =1.1 b U jeoCfl.l. При раздельной эксплуатации цепей в режиме замыкания на землю первой цепи схема на рис.1.3 приводится к схеме на рис.1.5,6.
Ток замыкания на землю в первой цепи согласно схеме рис.1.5,6 определяется как: при резистивно заземленной нейтрали Q-IIQIC/ + M) 11) и (1.12) следует, что при перекомпенсации емкостей цепей в схеме на рис. 1.5,6 возможен резонанс напряжений, что приводит как к большим значениям токов замыкания на землю, так и к недопустимым напряжениям на нейтралях сетей. Условия резонанса записываются как: itl=l + %!L; I2=1 + %n (1.13)
Так, для для рассматриваемой сети условиям резонанса отвечают следующие значения коэффициентов компенсации: ки =&2=1,57 (С/. /С/= Cw//C,/=0,57). В случае если лишь одна из цепей, эксплуатируемых раздельно (например, цепь I), оснащена ДГР (ки=0), то к резонансным условиям может привести замыкание на цепи, не оснащенной ДГР (цепь II). Так, если индуктивность ДГР выбрана исходя из условия некоторой перекомпенсации емкостей обеих цепей Из приведенного примера видно, что при раздельной работе цепей и оснащении ДГР лишь одной цепи ток при замыкании на цепи, не оснащенной ДГР, может существенно превысить значения, отвечающие отсутствию ДГР в рассматриваемой сети.
Проведенное исследование показывает, что добиться существенного снижения тока замыкания на землю на любой из раздельно работающих цепей можно лишь при оснащении каждой цепи ДГР, эксплуатируемых при резонансной настройке (kL} =Air=l). Однако резонансная настройка ДГР может привести к существенному повышению напряжения смещения нейтрали в нормальном эксплуатационном режиме.
Результаты исследований процессов при ОДЗ в сетях с изолированной и резистивно заземленной нейтралями
При замыкании, как в конце, так и в начале линии, наибольшие перенапряжения возникают в начале и в конце линии, соответственно. Это обстоятельство связано с волновыми процессами в линии, так как точки замыкания и наблюдения находятся на разных концах линии.
Влияние места замыкания на землю на перенапряжения на подстанции и на линии проиллюстрировано в табл. 2.1. Таблица 2.1 Влияние места замыкания на землю на уровни перенапряжений (вторичное зажигание дуги); 1/тзх (место замыкания)/Umax (место наблюдения) Место замыкания Начало ВЛ Конец ВЛ Место наблюдения Конец ВЛ Начало ВЛ Режим заземления нейтрали Изолирована Заземлена Изолирована Заземлена 0,70 0,83 1,27 1,10
Из таблицы видно, что наибольшему различию перенапряжений в точках замыкания и наблюдения отвечает замыкание в начале В Л и наблюдение в конце линии. При этом в режиме изолированной нейтрали отношение кратностей перенапряжений оказывается равным 1.4, а при резистивном заземлении нейтрали— 1.2.
В процессе исследований было проанализировано влияние межфазных емкостей на уровни перенапряжений при ОДЗ. Учет межфазных емкостей приводит к уменьшению перенапряжений при замыкании в начале ВЛ и наблюдении в конце линии и при замыкании и наблюдении в начале ВЛ в 1,3 и 1,2 раза, соответственно.
Эффективность резистивного заземления нейтрали по сравнению со случаем изолированной нейтрали (при отсутствии на шинах трансформаторов напряжения) проиллюстрирована в табл.2.2.
Приведенные результаты относятся к наиболее тяжелым (с точки зрения уровней перенапряжений) условиям протекания процесса. Несомненный интерес представляет вероятностный подход к оценке кратностей перенапряжений, так как момент повторного зажигания дуги может быть отличным от принятого в приведенных выше результатах расчетов.
Закон распределения кратностей перенапряжений при ОДЗ может быть получен на основе регрессионных полиномов, связывающих кратности перенапряжений в месте горения дуги и на ОРУ с основными влияющими факторами. Регрессионные полиномы могут быть получены с помощью метода планирования многофакторного эксперимента. В качестве факторов при проведении расчетов принимались момент первичного зажигания дуги и длина ВЛ. Рассматривались первое и второе зажигание дуги в системе с изолированной нейтралью. При этом процессы регистрировались в трех точках ВЛ начале, середине и конце. Замыкание на землю осуществлялось в начале ВЛ. В качестве регрессионного полинома рассматривался полный квадратичный полином: = 60+ +62 2+63 +64- 2+ 5 1 2- (2-3) Рассматривался композиционный план, причем за основу принимался полный факторный эксперимент (ПФЭ) (спектр плана был принят равным 9). Графическое изображение плана приведено на рис.2,4.
Адекватность модели истинной функциональной связи между функцией отклика и факторами была проверена по критерию Фишера; S. ? = -? -, (2.9) S2[Y] где S2[T\ - оценка дисперсии функции отклика D[Y\, S2U - дисперсия адекватности, определяемая как: si =- , 6 = Z0v- v)2, (2-Ю) /ад =1 где у( - значения функции отклика, полученные на основе вычислительного эксперимента, у] - значения функции отклика, полученные на основе регрессионного полинома, /ш - число степеней свободы (число линейно независимых переменных, по которым вычисляется 0.
Уровни значимостей для полученных полиномов оказались весьма близкими к единице, т.е можно заключить, что полученные полиномы адекватны истинным функциональным зависимостям.
В качестве гипотетической функции распределения кратностей перенапряжений было принято Р-распределение 1-го рода.
Полученные законы распределения для всех шести функций отклика сведены в таблицу 2.6. В таблице приведены условные законы распределения максимумов перенапряжений при замыканиях в начале, середине и конце лини. В этой же твблице приведены также и безусловные законы распределения максимумов перенапряжений, полученные в предположении, что распределение точки замыкания на ВЛ подчинено закону равномерной плотности:
Математическая модель для исследования процессов, сопровождающих погасание дуги в процессе ОДЗ
Наиболее уязвимым местом модели ТН является моделирование его кривой намагничивания Во-первых, это связано с экспериментальным определением этих кривых, которые, как правило, определяются на промышленной частоте и поэтому в них неминуемо учитывается падение напряжения на индуктивности рассеивания трансформатора от тока намагничивания. При значениях потоков, незначительно превышающих номинальное значение, токи намагничивания малы и ошибка в определении потокосцепления в напряжении на выводах трансформатора не превышает 1,5...3%. При потоках, превышающих более чем в два раза номинальные значения, динамическая индуктивность намагничивания приближается к ее насыщенному значению (1.3...1.5)s (Ls- значение индуктивности рассеивания при номинальном потоке). Поэтому использование экспериментальных характеристик, снятых на промышленной частоте, приводит к двойному учету индуктивности рассеивания. В связи с этим в модели ТН не учтена индуктивность его рассеивания.
Во-вторых, характеристики холостого хода ТН достаточно существенно зависят от типа стали, года выпуска ТН и ряда других факторов. Поэтому кривые намагничивания однотипных ТН могут отличаться на 20...30%. Эти отличия могут существенно сказаться на результатах расчетов. Поэтому при проведении исследований разумно варьировать характеристики намагничивания трансформаторов в некоторых пределах. Параметры трансформаторов напряжения ЗНОМ-35 следующие: Г\= 7.50 кОм, L„ 40..60 Гн, = 80..90 Гн, нас /ном = 1.96, т ном = 91 Вб, нсш =0.00136 max [18]. Кривая намагничивания магнитопровода ТН 35 кВ типа ЗНОМ-35, полученная расчетно-экспериментальным путем, приведена на рис.3.3. ЮЇ200-О 1 ЦП - с 150 1ПП - lUU Л - ои 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Ток намагничивания, А
Математическая модель для исследования процессов, сопровождающих погасание дуги в процессе ОДЗ
Как уже указывалось выше оснащение шин питающего ОРУ трансформаторами напряжения электромагнитного типа приводит к иному характеру протекания процессов при ОДЗ в сети с изолированной нейтралью. Как правило, не возникает опасных повторных зажиганий дуги, так как не возникает эскалации перенапряжений вследствие связи сети с землей не только в месте замыкания на землю, но и с помощью нелинейного шунта намагничивания ТН. Схема, моделирующая ТН, приведена на рис.3.4.
В схеме применены следующие обозначения: R1 - сопротивление обмотки высшего напряжения ТН, Ru - активное сопротивление резистора в открытом треугольнике ТН.
В схеме рис.3.4 не учтена обмотка низшего напряжения ТН, к которой присоединяются устройства для контроля изоляции и релейной защиты. Эксплуатация этой обмотки осуществляется в режиме, близком к холостому, что и предопределяет практическое отсутствие её влияния на феррорезонансные процессы.
Для исследования процессов при ОДЗ с учетом установки ТН на шинах система уравнений в схеме рис.2.1 дополняется следующими уравнениями: dyY(t) = uY{t) rx [im{t) + iH{t)l »/ o(0 W) = Р(Ул(0) (0 = P(VB ( )) = Р(УсШ (ЗЛ) где: принимает значения A,B,C для первой и второй первой и второй систем шин, изменяясь в соответствии с круговой перестановкой.
Решение приведенной системы уравнений, описывающей процессы, сопровождающие ОДЗ с учетом процессов, происходящих в ТН, осуществлялось в системе MATLAB. С помощью управляющих коэффициентов менялся режим заземления нейтрали в рассматриваемой сети и величина сопротивления в дополнительной обмотке ТН, соединенной в разомкнутый треугольник. В программе предусмотрена также возможность изменения основных параметров схемы: емкостей сети, активных сопротивлений обмоток ВН ТН, кривой намагничивания ТН и напряжения сети.
Электростатические поля под двухцепными ВЛ ВН
Экспериментально [41] было замечено, что на проводе и тросе одновременно инициируются несколько каналов встречных разрядов. В реальных условиях длина встречных разрядов может достигать несколько десятков метров, причем большая их часть останавливается в своем развитии и далее развивается только 1 -3 канала (перекрытие происходит всегда только л о одному из каналов). Если предположить, что потенциал какой-либо фазы равен нулю, то в случае, например, конструкции опоры ВЛ портального типа встречный разряд с этой фазы будет отсутствовать и перекрытие произойдет с троса как с ближайшего к лидеру объекта. Если же фаза имеет потенциал, то развитие встречного разряда начинается раньше с фазного провода, однако будет наблюдаться эффект торможения встречных разрядов при приближении их к тросу за счет экранирующего действия зарядов, развивающихся с троса.
Во время соединения каналов нисходящего и встречного лидеров потенциал в точке их соединения снижается на 2-3 порядка. Это возмущение передается по каналу вверх со скоростью, близкой к скорости света. Снижение напряжения приводит к возрастанию радиальной напряженности электрического поля между объемными зарядами и каналом лидера и, как следствие этого, к формированию стримеров «возвратного разряда». Наиболее важным здесь является связь параметров нисходящего лидера с током возвратного удара.
Следует отметить, что к параметрам нисходящего лидера следует отнести: длину ( с) и длительность (гс) ступени, а также заряд на единицу длины канала ()) и скорость лидера (Кг).
Таким образом, предполагается, что нисходящий лидер молнии распространяется скачками, причем длина ступени, ее длительность и средняя скорость связаны с током возвратного удара. Формирование каждой отдельной ступени нисходящего лидера включает следующие стадии: - стадию начальной вспышки стримерной короны от головки лидера, - образование зародышей лидера на границе вспышки, - прорастание пространственного лидера до соединения его с головкой отрицательного лидера.
Связь тока молнии главного разряда с зарядом нейтрализации можно записать как I» = QM)VMb , (5.5) где Qcp(l) - средняя линейная плотность заряда: Qcp = — JQ/,(x) c, Qh - линейная плотность заряда на расстоянии h от конца лидера, связанная соотношением с плотностью заряда на конце лидера как: Qh = Q0 exp( Bh), (В » 0.0007 1/м ), УЛ/м) - скорость волны нейтрализации, является функцией тока, кн - коэффициент нейтрализации, принимается равным от 0,5 до 1,0.
Достаточно существенную неопределенность при определении тока молнии по выражению (5.1) вносит параметр скорости нейтрализации заряда. Если скорость лидера прямо пропорциональна напряженности электрического поля (ст) на границе стримерной вспышки, а ст, в свою очередь, пропорциональна плотности заряда на конце лидера (ст Qo)t то скорость нейтрализации связана с искомым током (/„). Это обстоятельство затрудняет определение точного значения Vu.
По данным Лундхольма [42] скорость распространения главного разряда достаточно сильно зависит от амплитуды тока молнии. При изменении амплитуды от 2 до 200 к А скорость распространения по отношению к скорости света возрастает с 0,05 до 0,43. По данным же А. В. Корсунцева [43] величина скорости волны нейтрализации по отношению к скорости света лежит в диапазоне от ОД до 0,5, что фактически соответствует данным Лундхольма.
Похожие диссертации на Исследование и разработка мер повышения надежности эксплуатации изоляции сетей средних и высоких классов напряжения, содержащих двухцепные воздушные линии
