Исследование режимов работы нелинейных ограничителей перенапряжений при дуговых замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Вычегжанин, Андрей Владиславович

• Вычегжанин, Андрей Владиславович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Вычегжанин, Андрей Владиславович

Введение.

1. Краткий обзор условий работы и причин выхода из строя высоковольтных двигателей в сетях собственных нужд электростанций. Оценка уровней перенапряжений и защита от них высоковольтных двигателей.

1.1. Повреждаемость высоковольтных двигателей.

1.2. Перенапряжения в сетях собственных нужд электростанций.

1.3. Способы защиты электротехнического оборудования от перенапряжений.

1.4. Выводы.

1.5. Задачи исследования.

2. Анализ условий работы ОПН в сетях с изолированной нейтралью.

2.1. Общие положения.

2.2. Моделирование переходных процессов при замыканиях на землю.

2.3. Анализ уровней токов ограничения с учетом параметров сети и мест установки ОПН.

2.4. Экспериментальные методы определения параметров режима работы ОПН.

2.5. Выводы.

3. Разработка регистрирующей аппаратуры для оценки режимов работы ОПН. Условия работы регистраторов.

3.1. Регистратор перенапряжений.

3.1.1. Технические требования.

3.1.2. Описание блок-схемы регистратора перенапряжений.

3.1.3. Описание работы устройства.

3.1.4. Основные характеристики регистратора перенапряжений.

3.2. Регистратор импульсов токов.

3.2.1. Технические требования.

3.2.2. Преобразователь ток-напряжение.

3.2.3. Технические характеристики регистратора амплитуд импульсов токов через ОПН.

3.3. Помехоустойчивость разработанной регистрирующей аппаратуры.

3.3.1. Электромагнитная обстановка мест предполагаемой установки регистрирующей аппаратуры.

3.3.2. Краткая характеристика источников помех на электрических станциях.

3.3.3. Характерные пути проникновения помех.

3.3.4. Особенности работы регистрирующей аппаратуры.

3.3.5. Мероприятия по повышению помехоустойчивости регистраторов.

3.3.6. Оценка достоверности получаемых результатов.

3.4. Результаты регистрации.

3.5. Выводы.

4. Энергия, рассеиваемая в ОПН.

4.1. Общие положения.

4.2. Энергия единичного импульса.

4.3. Экспериментальные исследования энергетической стойкости ОПН.

4.4. Статистическая обработка результатов расчета энергии по данным регистрации.

4.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование режимов работы нелинейных ограничителей перенапряжений при дуговых замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью»

Одним из важнейших направлений развития энергетики на современном этапе является задача повышения надежности сетей с изолированной нейтралью, в том числе сетей собственных нужд электрических станций, поскольку от безотказной работы основного и вспомогательного технологического оборудования последних в большой степени зависит безаварийность и эксплуатационная гибкость работы всей электроэнергетической системы. Однако, как показывают исследования, повреждаемость высоковольтного оборудования, в том числе высоковольтных электродвигателей при отсутствии в таких сетях специальных защитных устройств, остается довольно высокой [2, 4, 5-8, 9, 10 и др.]. При этом большую часть выходов из строя составляют повреждения из-за электрических воздействий на изоляцию - до 95 %, в том числе и при перенапряжениях. На долю же выходов из строя двигателей, обусловленных механическими повреждениями и упущениями в эксплуатации, приходится от 2 до 4 % общего числа повреждений.

Одной из причин высокой повреждаемости высоковольтных двигателей (ВД) является отсутствие правильной координации изоляции последних. Под этим понимается установление и поддержание в процессе эксплуатации необходимого соответствия между электрической прочностью изоляции и воздействующими на нее перенапряжениями с учетом характеристик защитных устройств [3].

Сети 6-35 кВ практически не защищаются от внутренних перенапряжений с помощью защитных аппаратов [151]. Устанавливаемые в этих сетях вентильные разрядники специально отстраиваются от внутренних перенапряжений из-за ограниченной пропускной способности рабочих сопротивлений аппаратов.

Наиболее перспективными устройствами, способными решать данную задачу, являются нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) на базе нелинейных оксидно-цинковых варисторов [24, 35, 36, 42, 51, 65, 74 и др.]. Такие устройства не имеют искровых промежутков, что обуславливает лучшие защитные характеристики ОПН по сравнению с вентильными разрядниками и позволяет достигать более глубокого ограничения перенапряжений.

Для сетей с заземленной нейтралью (110 кВ и выше) отечественной промышленностью ОПН выпускаются серийно, причем имеется уже достаточно большой положительный опыт их эксплуатации [35, 74, 75, 80, 81, 150]. Значительно сложнее обстоит дело с разработкой таких защитных аппаратов для сетей с изолированной нейтралью или заземленной через дугогасящий реактор. В этих сетях в случае замыкания на землю одной из фаз напряжения на фазной изоляции электрооборудования могут повышаться до наибольшего линейного значения. В некоторых случаях в этих сетях возможны повышения напряжений, связанные с резонансными и феррорезонансными явлениями. Это существенно затрудняет разработку защитных аппаратов, повышает требования к характеристикам и снижает эффективность применения. Тем не менее, как будет показано далее, при обоснованной полноте использования свойств оксидноцинковых варисторов и учете особенностей работы сетей различного назначения разработка новых защитных аппаратов оказывается целесообразной и для сетей 6-35 кВ. Это подтверждается тем, что ряд зарубежных фирм уже выпускают разрядники без искровых промежутков для распределительных сетей [9]. Начат выпуск ОПН 6-35 кВ и отечественными производителями, хотя методика их применения до конца не отработана.

Исследованию режимов работы ОПН в сетях с изолированной нейтралью посвящен ряд работ [35, 36, 65, 77, 79, 92 и др.], в которых рассматриваются возможности создания ОПН на базе варисторов отечественного производства различных модификаций, а также возможности применения ОПН зарубежных фирм. Авторы ставят вопросы обоснования необходимой пропускной способности варисторов по току, определения рассеиваемой в них энергии, обосновывают длительно допустимые уровни напряжения в сетях собственных нужд электрических станций и ряд других вопросов. В некоторых работах авторами затрагиваются проблемы выбора характеристик ОПН для сетей с изолированной нейтралью, делаются попытки анализа условий работы ОПН в таких сетях при возникновении в них замыканий на землю, рассматриваются вопросы, связанные с возможностью группового применения ОПН [4, 66]. Однако, в этих работах не дается полного анализа происходящих процессов с точки зрения расходования энергетического ресурса ОПН, отсутствуют материалы опытно-экспериментальных исследований энергии, рассеиваемой ОПН в режиме замыкания одной из фаз сети на землю.

В последнее время широко внедряются вакуумные выключатели. Особенно там, где требуется частая коммутация электрооборудования 6-35 кВ. Это обусловлено их преимуществами перед другими типами выключателей -большим механическим ресурсом, простотой эксплуатации, экологической безопасностью, малыми массой и габаритами, пожаробезопасностью. Однако вакуумные выключатели 6-35 кВ обладают и существенным недостатком. Они способны инициировать повышенные перенапряжения при коммутациях индуктивных элементов (трансформаторов, электродвигателей) [20, 21, 24]. Это связано со срезом отключаемого ими тока и повторными зажиганиями дуги при расхождении контактов. В связи с этим актуальным становится вопрос о возможности использования ОПН для защиты оборудования от указанных воздействий.

Актуальность исследований режимов работы ОПН подтверждается и отсутствием достоверной исчерпывающей информации об эффективности работы последних в реальных сетях, об уровнях токов через них в различных режимах работы, об интенсивности расхода их энергетического ресурса и т.д. Все это в целом мешает широкому внедрению указанных аппаратов в сетях с изолированной нейтралью [139, 151].

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Вычегжанин, Андрей Владиславович

4.5. Выводы

1. ОПН-6 на базе варисторов диаметром 28 мм способны рассеивать в течение короткого промежутка времени энергию 12 кДж без значительных изменений характеристики.

2. Время восстановления характеристики ОПН-6 на базе варисторов диаметром 28 мм после воздействия на них комплекса негативных факторов и рассеивания энергии 12 кДж не превышает двух часов.

3. Энергетическая стойкость ОПН-6 на базе варисторов диаметром 45 мм значительно превосходит аналогичную величину для ОПН-6 на базе варисторов диаметром 28 мм.

4. Энергию единичного импульса ограничения с точностью до 20 % можно определить с помощью приближенных формул, приведенных в данной главе. Ее точность зависит от наличия тех или иных параметров режима работы ОПН.

5. Результаты статистической обработки данных, полученных с помощью регистраторов, установленных в различных сетях, дают право предполагать, что при доверительной вероятности 0,95 величина энергии, выделившаяся на варисторах ОПН с С1р = 2,7511 ф т за время существования одного замыкания на землю не превысит значения 8 кДж, что является безопасной величиной.