Full Text

Введение. Включение шунтирующих конденсаторов, шунтирующих реакторов и мощных трансформаторов может сопровождаться большими перенапряжениями, или большими бросками токов. Амплитуда переходных процессов зависит от точки на кривых токов или напряжений, в которых происходит размыкание и замыкание контактов выключателей. В неконтролируемой ситуации коммутация раньше или позже случается в наихудшей для этого точке кривой. Включение конденсаторных батарей в электрическую сеть может сопровождаться значительными бросками тока. Скачок тока при коммутации конденсатора может возникнуть при его разряде, а также при включении при условии остаточного заряда [1, 2]. Такие броски тока влекут за собой негативное влияние на электрическую сеть: 1) динамические усилия, которые вызывают быстрое старение и износ изоляции; 2) перенапряжения в сети; 3) ложное срабатывание релейной защиты, повышенную сложность отстройки защиты от бросков тока, для чего производится вынужденное загрубление защиты [3, 4]. Для ограничения амплитуды переходных процессов при коммутации принимают такие традиционные контрмеры, как предвключаемые резисторы, демпфирующие реакторы или резисторы, а также введение выдержки времен перед повторным включением конденсатора для снижения остаточного заряда. Кроме того, можно усилить изоляцию системы и оборудования для выдерживания нагрузок [5]. Предвключаемый резистор представляет собой устройство подавления апериодической составляющей тока в линейных выключателях, которое встраивают в тело высоковольтного выключателя. Предвключаемый резистор включается последовательно с вспомогательными контактами выключателя и вводится в работу в процессе включения линии электропередачи на время порядка полупериода промышленной частоты. Включение линии, оснащенной шунтирующим реактором, приводит к возникновению апериодической составляющей в реакторе и линейном включателе с малой амплитудой и быстрым ее затуханием. Недостатком этого устройства является большая энергия, выделяемая в предвключаемом резисторе при включении линии с коротким замыканием. В этом случае резистор должен поглотить без собственного разрушения энергию, выделяемую в нем до момента его шунтирования главными контактами выключателя [6]. Токи переходных процессов, наблюдающиеся во время коммутации, и пусковые токи, вызванные неисправностями шунтирующей конденсаторной установки, можно ограничивать при помощи демпфирующего реактора, последовательно соединенного с конденсаторной установкой. Демпфирующие реакторы можно сравнить с последовательными реакторами, имеющими малое реактивное сопротивление. Однако требования по силе напряжения зачастую выше, чем для последовательных реакторов. Также они контролируют резонансную частоту системы, вызываемую добавлением батарей конденсаторов [7, 8]. Демпфирующие сопротивления - это класс сопротивлений, предназначенных для ограничения тока в электрической цепи и предотвращения роста силы тока или напряжения свыше установленных пределов. Фильтрующие (демпфирующие) резисторы ограничивают пусковой ток до 3,5-кратного от номинального значения. Они широко применяются для ограничения пускового тока при запуске трансформаторов. Кроме того, фильтрующие резисторы используются для запуска в работу конденсаторов, дроссельных катушек в компенсаторных устройствах [9, 10]. После отключения батареи конденсаторов в соответствии с ПУЭ [11] необходимо выждать время до её разрядки перед повторным включением в работу. В случае, когда необходимо оперативно компенсировать реактивную мощность, данное ограничение может оказаться неприемлемым [12]. Указанные решения могут быть малоэффективными, ненадежными и дорогими и в конечном счете не позволяют решить проблему кардинально. В настоящее время в мире имеются исследования и выполнен ряд разработок устройств управляемой коммутации, позволяющие решить проблему бросков тока. Однако основная часть данных исследований применима лишь для оборудования высших классов напряжений (от 110 кВ и выше). Поэтому возникает необходимость проведения исследований управляемой коммутации в электрических сетях 6-10 кВ. 1. Особенности управляемой коммутации. Концепция управляемой коммутации заключается в последовательной коммутации полюсов выключателя по заданному алгоритму. Такая коммутация позволяет предотвратить появление опасных бросков тока, высокочастотных перенапряжений и увеличивать коммутационный ресурс оборудования. На примере емкостной нагрузки управляемое включение представляет собой процесс замыкания контактов выключателя в строго определенный момент времени с опережением момента перехода напряжения источника через ноль: Tcont = Tzero - Tm - (Tclosing - Tprestriking) = Tzero - Tm - Tmaking. (1) На рис. 1 представлен принцип управляемого включения индуктивной нагрузки. Оптимальным временем включения является пик напряжения при условии, что время предпробоев при включении меньше полупериода. Контроллер задерживает команду на включение на некоторое время Ttotal, которое является суммой времени реакции контроллера Tw и преднамеренной задержки времени синхронизации Tcont. Контроллер вводит задержку Tcont относительно соответствующего перехода напряжения источника через ноль, которая рассчитывается по (1) с учетом времени включения выключателя Tclosing и времени предпробоев Tprestriking. Ток начинает течь в момент времени tmake. Интервал Tm определяется временем tmake и следующим за ним временем перехода напряжения источника через ноль. Время включения Tclosing есть интервал времени от момента подачи питания на катушку включения выключателя до момента механического касания контактов. Время предпробоев при включении Tprestriking - это интервал времени между моментом начала предпробоев и моментом механического касания контактов. Время Tmaking является промежутком времени от момента подачи питания на катушку включения до момента начала предпробоев tmake [13]. Рис. 1. Принцип управляемого включения 2. Алгоритм управляемого включения. Разработана модель управляемого включения, выполненная в программном комплексе MatLab/Simulink, которая позволяет моделировать сложные электроэнергетические системы, сочетая методы имитационного и структурного моделирования. Общий вид разработанной модели отражен на рис. 2. Источник бесконечной мощности Линия с распределенными параметрами Линия с сосредоточенными параметрами Вакуумный выключатель Реактивная нагрузка Рис. 2. Блок-схема разработанной модели Ниже представлены осциллограммы токов при управляемом и неуправляемом включении конденсаторной батареи (рис. 3, 4). В ходе моделирования определена оптимальная последовательность включения фаз CВ-A. Для сети с изолированной нейтралью включение по алгоритму CВ-A подразумевает коммутацию первых фаз при переходе линейного напряжения через ноль, третьей - при минимальном фазном напряжении [14]. Рис. 3. Неуправляемое включение конденсаторной батареи Рис. 4. Управляемое включение конденсаторной батареи Во время управляемого включения кратности бросков тока уменьшились в 9,8 раз. 3. Факторы, влияющие на величину бросков тока. Основными факторами, оказывающими влияние на амплитуду бросков тока при включении конденсаторной батареи, являются остаточный заряд на конденсаторе и момент замыкания контактов выключателя [15]. На рис. 5 показаны максимальные значения бросков тока при включении конденсаторной батареи без учёта остаточного заряда в зависимости от момента коммутации. Они достигают значения в 20·Iном. Время, мс Рис. 5. Максимальные уровни бросков тока при включении конденсаторной батареи 500 кВар без учёта остаточного заряда На рис. 6 показаны максимальные значения бросков тока при включении конденсаторной батареи с учётом остаточного заряда. Броски в этом случае достигают значения до 47·Iном, т.е. остаточный заряд увеличивает броски тока в 2,35 раза. Время, мс Рис. 6. Максимальные уровни бросков тока при включении конденсаторной батареи 500 кВар с учётом остаточного заряда Рассмотрим другие факторы, которые могут повлиять на величину бросков тока. Напряжение сети. С увеличением напряжения сети броски тока при включении конденсаторной батареи увеличиваются. Повышенное напряжение сети увеличивает величину остаточного заряда на конденсаторе, что, в свою очередь, вызовет увеличение бросков тока. Зависимость кратности тока от напряжения представлена на рис. 7. Мощность нагрузки. При установке более мощной батареи конденсаторов броски тока также имеют тенденцию к увеличению. Влияние величины мощности нагрузки на броски тока изображено на рис. 8. Параметры кабельной линии. Изменим длину кабельной линии. Чем длиннее кабельная линия электропередачи, связывающая выключатель и конденсаторную батарею, тем меньшее значение принимают броски тока. Это связано с тем, что при увеличении длины увеличивается активно-индуктивное сопротивление цепи, оказывающее ограничивающее действие на переходной ток. Зависимость данного процесса представлена на рис. 9. Напряжение сети, кВ Рис. 7. Влияние величины напряжения сети на броски тока Мощность нагрузки, кВар Рис. 8. Влияние мощности нагрузки на броски тока Рассмотренные факторы так или иначе оказывают влияние на величину бросков тока. Регулируя напряжение системы, мощность нагрузки или параметры кабельной линии, можно оказать дополнительное воздействие на значение бросков тока. Дополняя положительное влияние подобранного алгоритма включения конденсаторной батареи, можно ещё больше снизить амплитуду бросков. Длина, м Рис. 9. Влияние длины кабельной линии электропередачи между выключателем и нагрузкой на броски тока Выводы. Применение традиционных способов снижения бросков тока в большинстве случаев оказывается неэффективным или экономически невыгодным. Принципиально иным способом снижения негативного воздействия переходных процессов является использование управляемой коммутации. Разработан алгоритм включения конденсаторной батареи. По полученным зависимостям можно отметить эффективность использования управляемой коммутации и сделать вывод, что использование указанного метода применительно к конденсаторной батарее позволит задействовать уже существующие на станциях установки и поможет сократить расходы на введение нового оборудования. Рассмотрено влияние ряда факторов на величину бросков тока. Основным фактором, оказывающим влияние на амплитуду бросков тока при включении батареи конденсаторов, является остаточный заряд на конденсаторе, который служит причиной изменения алгоритма.

About the authors

E. G Liske

Novosibirsk State Technical University

D. S Selmeneva

Novosibirsk State Technical University

D. E Shevtsov

Novosibirsk State Technical University

References

Statistics

Views

Abstract - 52

PDF (Russian) - 19

Refbacks

• There are currently no refbacks.