Перенапряжения и координация изоляции (стр. 7 )

(5.6)

Тогда D2 будет иметь вид:

Искомое ZВХ(Р) определится:

Из схемы рис. 5.3, в напряжение между контактами выключателя определится как:

(5.8)

(5.9)

Поскольку максимум UВОССТ достигается при временах, не превышающих 100 мкс, то аргумент wt очень мал.

; (5.10)

(5.11)

. (5.12)

Частоты собственных колебаний находятся из уравнения D(Р)=0. При С12Э=0 уравнение D(Р)=0 запишется в виде:

Отсюда: Р1,2 = ± jw2; Р3,4 = ± jw1 .

Следовательно, в этом случае частоты собственных колебаний определяются как:

(5.13)

Расчеты показывают, что емкость С12Э практически не сказывается на частоте собственных колебаний, определяемых схемой замещения генератора, и приводит к некоторому уменьшению частоты собственных колебаний, определяемой в основном схемой трансформатора. Так, для ГАЭС мощностью 190 МВт учет С12Э привел к следующему изменению частот собственных колебаний:

Поскольку определяющей в ПВН (особенно при учете затухания процессов) является составляющая основной частоты, обусловленная процессами в схеме замещения генератора, при предварительных инженерных оценках можно не учитывать емкость С12Э. В этом случае ПВН представляет собой двухчастотный процесс, составляющие которого не связаны между собой:

(5.14)

где

В табл. 1 приведены параметры генераторов и трансформаторов в типовых схемах замещения ГАЭС, ГЭС, ТЭС.

Таблица 1

Параметры генераторов и трансформаторов

№№	Тип	Мощность	Генераторы	Трансформаторы
п/п	станции	РГ	СГФ, мкФ	LГ, мГн	СТФ, мкФ	LТ, мГн
1	ГАЭС	50	1,0	3,2	0,011	0,433
2.	ГАЭС	126	1,2	1,2	0,011	0,433
3.	ГАЭС	190	1,5	1,12	0,012	0,354
4.	ГЭС	640	1,2	0,32	0,022	0,090
5.	ТЭС	800	0,29	0,46	0,012	0,26
6.	ТЭС	1000	0,38	0,54	0,013	0,21

Примерные процессы восстановления напряжения на контактах выключателей показаны на рис. 5.4.

Из этих кривых видно, что начальная стадия процесса восстановления напряжения (ПВН) оказывается более тяжелой при отключении блока ТЭС: скорость восстановления напряжения (СВН) примерно вдвое превышает соответствующую скорость при отключении гидравлического блока.

Рис. 5.4. Процесс восстановления напряжения на контактах

выключателя, моделируемого в виде идеального ключа

1 - при отключении блока ТЭС; 2 - при отключении

гидравлического блока; СДОП=0; 3 - то же, что 2,

но СДОП=0,2 мкФ; R1Э ® ¥ ; R2Э ® ¥ .

Максимум напряжения также наступает значительно раньше. Однако из-за близких значений частот собственных колебаний ударный коэффициент ПВН, определяемый как , в случае отключения блока ТЭС оказывается меньшим, чем в случае гидравлического блока (в рассматриваемых схемах КУД ГАЭС = 2,0;

КУД ТЭС = 1,7).

Расчеты, производимые в схемах без учета потерь в стали генератора и трансформатора, представляют собой незаниженные оценки ПВН.

При учете потерь операционное изображение восстанавливающегося напряжения в схемах рис. 2, в при С12Э = 0 может быть записано в виде:

(5.15)

где

Оригинал, отвечающий этому изображению, будет

(5.16)

где

(5.17)

(5.18)

На рис. 5.5 показаны переходные процессы восстановления напряжения на контактах выключателей тех же блоков, что и на рис. 5.4, но при учете потерь в стали генератора и трансформатора. Сравнение кривых рис.5.4 и5. 5 показывает, что при учете потерь ударный коэффициент в обоих расчетных случаях снизился, примерно, в 1,3 -1,43 раза. Величина первого пика колебаний также снизилась, примерно, в 1,2 раза.

При большой разнице в частотах собственных колебаний составляющая, определяемая схемой замещения трансформатора, к моменту достижения максимума ПВН практически затухает. Поэтому в таких схемах время достижения максимума и его величина могут быть определены в предположении, что вторая составляющая полностью затухла:

(5.19)

Применительно к блоку ГАЭС L1Э/(L1Э+L2Э)=0,77; w1=4,72×10-2 1/мкс;

a1=7,68×10-3 1/мкс; tМАКС=66,5 мкс; UВ МАКС/UВОЗВР.m=1,46. Это полностью совпадает с результатами, приведенными на рис. 5.5 (кривая 2).

Рис.5.5. Процессы восстановления напряжения на контактах

выключателя при учете потерь в стали генератора и

трансформатора

1 - при отключении блока ТЭС;

2, 3 - при отключении гидравлического блока;

2 - СДОП = 0; 3 - СДОП = 0,2 мкФ

Таким образом, для получения незавышенных характеристик ПВН на контактах выключателя, следует учитывать потери в стали генератора и трансформатора.

МЕРЫ ПОВЫШЕНИЯ КОММУТАЦИОННОЙ

СПОСОБНОСТИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Выключатели с шунтирующим сопротивлением

Рассмотренные в предыдущем подразделе процессы носят название собственных переходных процессов, т. е. таких, на которые не влияют процессы в выключателе во время гашения дуги (выключатель моделируется в виде идеального ключа), а также шунтирующие сопротивления, которыми, как правило, оснащаются генераторные выключатели. В этом случае отключение производится в 2 этапа: сначала размыкаются дугогасящие контакты (ДК на рис. 5.6), в схему вводится шунтирующее сопротивление RШ, а затем размыкаются контакты (ВК), через которые протекает ток, ограниченный сопротивлением резистора RШ = (0,5¸5) Ом.

РисВыключатель с шунтирующими сопротивлениями

Действительный процесс восстановления напряжения на дугогаситель-ном устройстве существенно отличается от собственного процесса восстановления напряжения на контактах, т. е. процесса при RШ ® ¥.

Действительный процесс восстановления напряжения на дугогасительном устройстве выключателя блока ТЭС показан на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Действительный процесс восстановления

напряжения на ДУ выключателя с шунтрую-

щими сопротивлениями (RШ = 5 Ом)

Влияние дополнительной емкости, включенной со

стороны низшего напряжения силового трансформатора

Высокие значения начальной скорости восстановления напряжения на контактах выключателя обусловлены составляющей высокой частоты, определяемой схемой замещения силового трансформатора. Вместе с тем, в ряде схем для снижения перенапряжений грозового происхождения на стороне низшего напряжения силового трансформатора подключается дополнительная емкость СДОП = 0,1¸ 0,2 мкФ,

(рис. 5.8).

Рис. 5.8. Схема блока с дополнительной емкостью

Эта емкость предназначена для снижения составляющей перенапряжений, обусловленных электростатическими связями между обмотками силового трансформатора. В случае использования дополнительной емкости в качестве емкости С2Э в схеме замещения рис. 2, в должна быть принята емкость С2Э = 2/3(СТЭ+СДОП). Поскольку СТЭ << СДОП, то практически С2Э » 2/3 СДОП. При этом частота собственных колебаний, определяемая схемой замещения трансформатора в совокупности с дополнительной емкостью, оказывается существенно сниженной. Процесс восстановления напряжения при наличии СДОП = 0,2 мкФ показан на рис. 5.4,5.5.

Из кривых видно, что при установке дополнительной емкости в кривой ПВН отсутствует первый пик напряжения и, соответственно, существенно уменьшается начальная скорость восстановления напряжения на контактах полюсов выключателя.

Порядок работы

1. Для заданных блоков определить значения L1Э, C1Э, L2Э, C2Э схемы замещения рис. 5.2, в.

2. Рассчитать частоты собственных колебаний для каждого блока f1, f2.

Результаты расчетов по п. п.1,2 занести в табл. 2.

3. Для заданного генераторного выключателя определить по справочнику следующие характеристики: UН, IН, IНО и параметры нормированной характеристики ПВН -UС, t1.

4. При СДОП=0 и RШ®¥ исследовать процесс восстановления напряжения на контактах выключателя при различных отключаемых то-

ках IОТКЛ=IО. Н; 0,6 IО. Н; 0,3 IО. Н; IН.

Результаты исследований каждого блока представить в табл. 3.

Сделать распечатку кривых ПВН или перенести их на кальку.

Таблица 2

Расчетные значения параметров схемы

Тип эл/с	L1Э	C1Э	L2Э	C2Э	f1	f2	LГЭ= =L//d	LТЭ= =LТФ	CГЭ= =1/4×CГФ	CТЭ= =CТФ

Таблица 3

Экспериментальные результаты по п.4

IОТКЛ, кА	Um1, кВ	tm1, мкс	Um, кВ	tm, мкс	UВ НАЧ=

5. При IОТКЛ=IНО и СДОП=0 исследовать влияние величины RШ на процесс восстановления напряжения. Результаты исследований занести в табл. 4.

Таблица 4

Влияние RШ на процесс восстановления напряжения

RШ, Ом	Um1, кВ	tm1, мкс	Um, кВ	tm, мкс	UВ.НАЧ/
1000
100
5
0,8

В отчете представить график ПВН при каком-либо значении RШ.

6.При IОТКЛ=IНО и RШ®¥ исследовать процесс восстановления напряжения на контактах выключателя при различных СДОП. Результаты исследований представить в табл. 5.

Таблица 5

Влияние дополнительной емкости на процесс восстановления напряжения

СДОП	Um1, кВ	tm1, мкс	Um, кВ	tm, мкс	UВ НАЧ/	UВ СР/; кВ/мкс
0
0,001
0,01
0,1
0,2

Содержание отчета

1. В отчете представить цель работы, принципиальные схемы блоков и схемы замещения блоков.

2. Привести таблицы с результатами исследований.

3. Привести график нормированной характеристики ПВН и кривые ПВН при IОН для 3-х случаев: 1- СДОП = 0; RШ ® ¥. 2- СДОП = 0;

RШ = 0,8 Ом. 3- СДОП = 0,2 мкФ; RШ ® ¥.

4. Привести графики UВ СР = f(RШ) и UВ СР = f(СДОП).

5. Сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. С какими обстоятельствами связано широкое применение генераторных выключателей в схемах современных электрических станций?

2. Какой метод положен в основу расчета восстанавливающегося напряжения на контактах выключателей?

3. Какие параметры генератора и трансформатора вводятся в расчетную схему замещения блока?

4. Последовательность преобразования расчетных схем замещения от схемы рис. 2, а до схемы рис.5. 3, в.

5. Какими параметрами определяются частоты собственных колебаний схемы замещения блока генератор-трансформатор?

6. Какой блок (ТЭС или ГЭС) имеет большую скорость восстановления напряжения?

7. Какой блок имеет больший ударный коэффициент ПВН?

8. Что представляет собой ударный коэффициент ПВН?

9. Как влияют потери в стали генератора и трансформатора на процесс восстановления напряжения?

10. Как влияют шунтирующие резисторы на процесс восстановления напряжения на контактах выключателя?

11. Схема выключателя с RШ..

12. Куда подключается дополнительная емкость, цель подключения и ее влияние на процесс восстановления напряжения на контактах выключателя?

Литература

1.  , , и др. Перенапряжения в электрических системах и защита от них.- Энерго-атомиздат.: 1995.-320с.

2.  ТВН. Под ред. , - изд-во ПЭИПК, С-Пб, с.

3.  , и др. Техника высоких напряжений.- М. Энергия.: 1986.-464с.

4. , Тихонов восстановления на - пряжения на контактах генераторных выключателей. - Новосибирск: Изд. НЭТИ, 19с.

5. , , Локш вы - ключатели и аппаратные комплексы высокого напряжения.- СПБ: Энергоатомиздат, 199с.

Учебное издание

КУЗНЕЦОВ Юрий Иннокентьевич

СОЛОВЬЁВ Михаил Александрович

СТАРЦЕВА Елена Вячеславовна

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ И КООРДИНАЦИЯ ИЗОЛЯЦИИ

Учебное пособие

Научный редактор доктор технич. наук,
профессор

Редактор

Компьютерная верстка

Дизайн обложки

Подписано к печати 05.11.2012. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл. печ. л. 9,01. Уч.-изд. л. 8,16. Заказ. Тираж 100 экз.
	Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества Издательства Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту BS EN ISO 9001:2008
. г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел./, www. *****