Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

И реакторов




Перенапряжения при коммутациях трансформаторов

В процессе генерирования и распределения электроэнергии, а также для поддержания требуемого режима работы сети применяется электрооборудование, обладающее значительной индуктивностью. Среднегодовое число коммутаций силовых трансформаторов 5-750 кВ изменяется от 2,1 до 7. Среднегодовое число коммутаций шунтирующих реакторов порядка 300.

Перенапряжения, возникающие при отключениях трансформаторов и реакторов, обусловлены “срезом” тока в выключателе, Iср рис. 2.19, т.е. его обрывом до перехода через ноль.Значение этого тока зависит от конструкции вы-

Рис.2.19. Изменение тока и напряжения при отключении ненагруженного

трансформатора

 

ключателя (его типа, скорости размыкания контактов, дугогасящей способности камер), формы и максимального значения отключаемого тока.

Ток отключения ненагруженных трансформаторов или шунтирующих реакторов относительно небольшой мощности составляет единицы и десятки Ампер. Ток, протекающий через замкнутые контакты выключателя, в первом приближении равен току в индуктивности трансформатора или реактора. После обрыва тока в выключателе ток в индуктивности iL@iср, который не может мгновенно измениться, замыкается через эквивалентную емкость Сэ, представляющую собой сумму емкостей трансформатора или реактора и емкости ошиновки между ним и выключателем с учетом присоединенного к этой ошиновке электрооборудования. Возникает колебательный процесс, частота которого определяется индуктивностью L, емкостью Сэ и потерями в контуре.

Рис.2.20. Схема отключения трнасформатора

 

Магнитная энергия , запасенная в индуктивности L, в колебательном режиме переходит в электрическую энергию . При достаточно больших L и Icp и малых Сэ перенапряжения могут достигать опасной величины.

При плановых отключениях трансформатора первым отключается один из выключателей, например В­2, рис.2.20, который гасит дугу тока нагрузки практически без перенапряжений (дуга гаснет при прохождении тока через ноль). Затем второй выключатель В1, отключает небольшой индуктивный ток холостого хода (трансформатор не нагружен) до перехода его через ноль, что и приводит к перенапряжениям.

Схема отключения ненагруженного трансформатора, рис.2.20, может быть представлена в виде следующей схемы замещения, рис.2.21

Рис.2.21. Схема замещения

 

На схеме рис.2.21,а: Lс – предвключенная индуктивность питающей системы; L1, L2 – индуктивности рассеяния трансформатора; Lm - индуктивность намагничивания трансформатора (шунт намагничивания); Ra, Rm - активные сопротивления, учитывающие потери в меди и стали трансформатора; С1 – сумма емкостей участка ошиновки между выключателем В1 и трансформатором и входной емкости трансформатора, измеренной со стороны обмотки 1; - емкость участка ошиновки между трансформатором и выключателем В2, С2, приведенной к обмотке 1 трансформатора; Кт – коэффициент трансформации трансформатора.

Индуктивность намагничивания трансформатора, определенная из опыта холостого хода, равна ,

где - ток холостого хода в относительных единицах; Uном, Iном – номинальное напряжение и трехфазная мощность трансформатора; Yном – потокосцепление при номинальных параметрах трансформатора.

Учитывая, что в режиме холостого хода емкостное сопротивление трансформатора току промышленной частоты ХС2=1/wС2 значительно больше индуктивного сопротивления wLm, а также то, что L1+L2<<Lm и Ra<<Rm, в cхеме замещения индуктивностями рассеяния L1, L2 и Ra можно пренебречь. Тогда схема замещения приобретет вид рис.2.21,б, где Сэ12.

В момент среза тока iср мгновенное значение напряжения на емкости Сэ равно Uср и максимальное значение напряжения на трансформаторе Uмакс без учета нелинейности кривой намагничивания и активных потерь определяется равенством

и .

Если срез индуктивного тока происходит на максимуме, icp=Imмакс, то Ucp@0 и тогда

где Zт – характеристическое сопротивление контура Lmэ.

Расчеты перенапряжений по приведенной формуле без учета нелинейности кривой намагничивания трансформатора приводят к весьма завышенным значениям перенапряжений. Индуктивность Lm была определена по номинальным параметрам трансформатора. В действительности Lm=f(i) нелинейна,рис.2.22, и магнитная энергия, определенная по оказывается нес-

Рис.2.22. Кривые намагничивания трансформаторов с сердечником из горячекатанной (1), холоднокатанной (2) стали, автотрансформаторов с сердечником из холоднокатанной стали (3)

 

колько ниже и, следовательно, ниже и перенапряжения.

В расчетах используют относительные единицы и кривая Y=f(i) тоже в относительных единицах. За базисные величины потокосцепления Y, тока I, напряжения U и угловой частоты w приняты:

Вб; А;кВ; wбаз=w=314, с-1; А.

Коэффициент амплитуды тока намагничивания Ка представляет собой отношение максимального значения тока к его действующему значению. Он равен 1,8¸1,9 - для трансформаторов с сердечником из горячекатанной стали; 2¸2,1 – для трансформаторов с сердечником из холоднокатанной стали; 1,6¸1,7 – для трехфазных автотрансформаторов с сердечником из холоднокатанной стали.

Для расчета перенапряжений кривую намагничивания можно аппроксимировать различными функциями, от вида которых зависит трудоемкость вычислений. В частности эту кривую можно представить полиномом с нечетными степенями Ym: причем наибольшее значение n для высоковольтных трансформаторов и автотрансформаторов лежит в пределах от 5 до 13. Для оценки влияния насыщения стали на величину коммутационных перенапряжений кривая намагничивания достаточно хорошо может воспроизводиться равенством: Тогда энергия, запасенная в индуктивности намагничивания трансформатора, равна

поскольку Ymмакс=LmImмакс , а то и отсюда

Подставим выражение для А в формулу определения Wm

Зная Wm, можно определить эквивалентную индуктивность намагничивания, в которой будет запасена энергия

отсюда

Тогда

учитывая, что и можно получить формулу для определения кратности перенапряжений при отключении ненагруженного силового трансформатора с учетом насыщения его сердечника, но без учета потерь в стали

Учет влияния активных потерь в приводит к некоторому дополнительному снижению перенапряжений при отключении ненагруженного трансформатора. Значение Rm определяется активными потерями в стали (Ra пренебрегаем) и рассчитывается как

При расчете перенапряжений при отключении ненагруженного силового трансформатора с учетом насыщения и потерь в стали предполагается, что при обрыве тока в выключателе В1 вся энергия запасена в индуктивности, а начальное напряжение на емкости равно нулю. Эта энергия переходит в энергию электрического поля емкости, частично рассеиваясь в активном сопротивлении Rm. Операторное изображение напряжения на трансформаторе имеет вид

где || - знак параллельного сложения

Максимальное значение оригинала для вышеприведенного операторного изображения и тогда а соответствующая кратность перенапряжений

Коэффициент демпфирования перенапряжений из-за потерь в стали

Существенным фактором, определяющим предельные значения перенапряжений при срезах индуктивных токов в выключателях, является ограниченная скорость роста электрической прочности промежутка между расходящимися контактами выключателей и возникающие повторные пробои этого промежутка.

Процесс повторных пробоев в выключателе можно упрощенно показать с помощью рис.2.23. Первый срез тока происходит в момент времени to, после чего напряжение на контуре начинает возрастать в соответствии с уравнением UL(t)=Ucpcosw1t + wLIcpsinw1t. Контакты выключателя начали расходиться в момент tн, т.е. раньше среза тока. По мере расхождения контактов выключателя электрическая прочность межконтактного промежутка растет по кривой Uпр=f(t). В момент среза тока возникают свободные колебания в отключаемом контуре и напряжение на межконтактном промежутке будет меняться по закону Uож=f(t) c частотой, период которой определяется параметрами контура и обычно составляет менее 0,1 периода изменения напряжения источника. Когда кривая напряжения на контактах выключателя пересекается с кривой изменения электрической прочности Uпр=f(t) происходит повторный пробой.

После пробоя напряжение между контактами выключателя снижается до нуля, а напряжение UL – до значения напряжения источника. В выключателе снова протекает ток. Спустя небольшой интервал времени происходит новый срез тока, но уже при меньшем его значении, чем в момент to.

2.23. Схема замещения а) и кривые переходного процесса при отключении ненагруженного трансформатора

 

Вследствие этого и напряжение на контактах оказывается меньше, однако оно еще превышает Uпр и снова происходит пробой межконтактного промежутка. Так процесс повторяется до тех пор пока постепенно уменьшающееся напряжение на контактах выключателя не сделается меньше восстанавливающейся прочности межконтактного промежутка, момент t1. В ряде случаев повторные зажигания дуги в выключателях происходят в течение двух и более полупериодов промышленной частоты. Чем дольше продолжается процесс повторных зажиганий, тем больше перенапряжения на отключаемой индуктивности.

Контакты выключателя выполняют роль разрядника, ограничивающего максимальную кратность перенапряжений, которая оказывается меньше расчетной.

Перенапряжения с кратностью 2,5-3,5 не представляют опасности для изоляции трансформаторов 35 кВ, но их частое повторение нежелательно для внутренней изоляции из-за кумулятивного эффекта. Для трансформаторов меньших классов напряжения кратность перенапряжений может быть существенно выше (4-6 для трансформаторов 6-10 кВ) вследствие меньшей величины Сэ и большим током холостого хода.

Трансформаторы с Uном³110 кВ в большинстве случаев имеют магнитопроводы из холоднокатанной стали и при их отключении не возникает больших перенапряжений. Однако в настоящее время эксплуатируется еще большое количество трансформаторов, изготовленных до 70-х годов из горячекатанной стали, в которых возможны большие перенапряжения.

Необходимо также учитывать, что в некоторых случаях отключение трансформаторов происходит из неустановившегося режима, связанного с его предшествующем включением. Это может произойти из-за ошибочного включения трансформатора на к.з., неуспешного АПВ или из-за того, что технологических процесс требует частых коммутаций.

Существенные перенапряжения могут возникнуть при отключении шунтирующих реакторов. Их магнитопроводы имеют воздушный зазор, поэтому кривая намагничивания реактора мало отличается от прямой линии и отсутствует влияние насыщения. Кроме того, при коммутациях реакторов срез тока происходит не на максимуме, а при несколько меньших значениях: 45-60 А для Uном=500 кВ и 60-70 А в сетях 750 кВ.Потерями в этом случае можно пренебречь. Максимальные перенапряжения при отключении реакторов могут быть определены по формуле

где Uном – номинальное напряжение реактора; Sp – трехфазная мощность реактора.

Таким образом, при отключении трансформаторов и реакторов возникает переходной процесс с достаточно большой кратностью перенапряжений. Колебания имеют высокую частоту, но малую энергию, запасенную в индуктивности. Такие перенапряжения могут быть ограничены с помощью ОПН, установленными как можно ближе к трансформатору и реактору. Ограничивающее действие разрядников и ОПН при отключении индуктивных токов проявляется, как правило, на подстанциях высших классов напряжения, где они преимущественно устанавливаются вблизи трансформаторов. В сетях 6-35 кВ разрядники или ОПН в основном подключаются к сборным шинам подстанции и не участвуют в ограничении таких перенапряжений.

В ряде случаев перенапряжения могут быть ограничены шунтирующими сопротивлениями в выключателях со значением близким к Zт или Zp (десятки кОм), включенным параллельно главным контактам выключателя.. Эти сопротивления демпфируют перенапряжения в коммутируемой цепи, облегчают условия гашения дуги и увеличивают дугогасящую способность выключателя

Перенапряжения снижаются с ростом Сэ, поэтому иногда оказывается целесообразным подключить параллельно обмотке трансформатора конденсаторы, например конденсаторы связи, кабели.

В табл.2.2 представлены значения кратностей перенапряжений, измеренных в ЛГТУ в сетях разных классов напряжения.

Таблица 2.2 Максимальная кратность перенапряжений при отключении ненагруженных трнасформаторов

Uном, кВ 6-10          
Кмакс 4,3-6,2 4,1-4,5 2,9-3,5 1,9-2,1 1,9-2,1 1,8-2,1

 

Максимальная кратность перенапряжений, измеренная на шунтирующих реакторах 500 кВ составила 2,2-2,35.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 844; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.024 сек.