CC BY
445
УДК 621.314.19
Е.М. ПЕТРОВ, В.И. ЛОШКАРЕВ
ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ДУГОГАСЯЩИМИ РЕАКТОРАМИ ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СЕКЦИЙ
В распределительных сетях 6-10 кВ системы шин работают раздельно, с нормально отключёнными секционными выключателями (СВ). Это необходимое условие для снижения токов короткого замыкания (ТКЗ). Во время эксплуатации на подстанции могут выходить из строя силовые трансформаторы и питающие линии, из-за чего одна из секций теряет напряжение и потребитель, подключённый к этой секции, оказывается без электроэнергии. В этом случае питание секции восстанавливается через СВ.
Включение на параллельную работу секций, с предварительно настроенными на резонансный или близкий к нему режим компенсации, при соблюдении определенных условий не приводит к уходу от зоны допустимой расстройки. При этом автоматика управления должна четко распознать секционирование шин и не принимать решения по изменению режима компенсации. Выход за рамки допустимой расстройки (±0,05/с), но не более 5 А возможен, если в сети происходят преднамеренные поисковые отключения линий, вывод в ремонт электрооборудования, включая дугогасящий реактор (ДГР) какой-либо секции. В последнем случае, с учетом возможностей полной компенсации емкостных токов замыкания оставшимися в эксплуатации реакторами, обслуживающий персонал заблаговременно должен перевести систему управления в режим ручного или автоматического регулирования индуктивного тока.
Следует отметить, что в сетях применяются две схемы подключения ДГР: в генерирующих компаниях - к нейтрали трансформаторов собственных нужд (ТСН), питаемых непосредственно от силовых трансформаторов или генераторов (рис. 1); в сетевых компаниях - к секции шин 6-10 кВ через присоединительный (подземляющий) трансформатор (ТС) (рис. 2). Мощность трансформатора принимается большей суммарной реактивной мощности реакторов, подключенных
п
Рис. 1. Схема включения ДГР в нейтрали ТСН
посредством присоединительного трансформатора
к данной секции. На подстанциях г. Чебоксары и Новочебоксарск схема включения ДГР соответствует приведенной на рис.2. Число подключенных параллельно реакторов в секции не превышает двух. Это объясняется сравнительно небольшими (менее 125 А) емкостными токами в «Северных электрических сетях». Емкостные токи секций крупных городов (Москва, Санкт-Петербург) достигают 500 А и более.
Согласно рис. 1 можно выделить три особенности, связанные с проблемой настройки контура нулевой последовательности (КНП) сети при секционировании шин:
1. Включение секционного выключателя без вывода на ремонт питающих линий не приводит к изменению расстройки выше допустимой, если до момента коммутации СВ настройка КНП секций находилась вблизи резонанса.
2. При отключении одной из линий с выводом в ремонт питающего трансформатора Т1 (Т2). СВ включен, В2 (В4) выключен. Выключение В2 приводит к тому, что реактор ДГР1 отсоединяется от секции шин и не участвует в компенсации емкостных токов замыкания на землю. Компенсация производится оставшимся в работе ДГР2, который, в силу требований, изложенных в ПУЭ, должен иметь достаточную реактивную мощность, кратность регулирования индуктивного тока. Дополнительные требования к реактору предусматривают возможность плавного регулирования тока реактора їь и достижения резонанса независимо от АФХ КНП отдельно каждой секции шин.
3. Вывод в ремонт ДГР либо трансформаторов ТСН. Принципиальных отличий по проблеме компенсации емкостных токов замыкания на землю при таком виде неисправностей в сети относительно п.2 не имеется.
Схема, приведенная на рис. 2, отличается от предыдущей тем, что дугогасящие реакторы секций всегда находятся в работе. Отключение их возможно только при выводе в ремонт присоединительных трансформаторов ТС1, ТС2 либо самих ДГР.
Эти особенности необходимо учитывать при контроле режима компенсации емкостных токов.
Абсолютное большинство эксплуатируемых в сетях устройств настройки ДГР как отечественного (УАРК-101, МИРК-3-5, БАРК и др.), так и зарубежного производства (REG DPA фирмы EBERLE) в качестве управляющего параметра используют амплитудную и фазовые характеристики (АиФХ) КНП сети. В кабельных сетях напряжение основной частоты практически отсутствует. Поэтому с целью обеспечения нормальной работы автоматических регуляторов (АР) настройки ДГР принимают специальные меры по увеличению напряжения несим-метрии в сети [3]. Создание искусственной несимметрии известными способами [1] приводит к перекосу фазных напряжений и другим нежелательным последствиям в связи с зависимостью напряжения нейтрали от суммарной проводимости фаз сети на землю. К примеру, введение напряжения основной частоты в нейтраль сети через сигнальную обмотку ДГР на подстанции «Студенческая» ПЭС «Северные электрические сети» ОАО «Чувашэнерго» привело к ложным срабатываниям защиты от ОЗЗ.
В целом достижение резонансной настройки, а значит, и создания условий для самопогасания дуги при секционировании шин имеющимся в эксплуатации парком автоматических систем управления ДГР фазового и экстремального типов возможно только при соблюдении ряда условий, достижение которых весьма сомнительно. По этой причине в сетях и отсутствуют четкие инструкции по настройке ДГР в режиме параллельной работы секций. Отсутствие в эксплуатирующих организациях четко отработанных способов и устройств поддержания оптимальной настройки в аварийных режимах работы приводит к отключениям электроустановок и перерывам электроснабжения потребителей.
На рис. 3 приведена эквивалентная схема трехфазной сети, где CA, CB, CC и Ra, Rb, Rc - емкости и сопротивления утечек фаз сети на землю; UA, UB, UC-фазные напряжения сети, LP и Rp - индуктивность и сопротивление потерь ДГР. Реактор подключается к сети через присоединительный трансформатор T, а информация о величине напряжения нейтрали 3U0 снимается с обмоток измерительного трансформатора TV, соединенных по схеме «разомкнутый треугольник».
При переходе через измерительный трансформатор напряжение U0 трансформируется в 3 U0 и используется в качестве входного параметра системы настройки ДР. Значение 3U0 определяется из выражения 3U0= U0 / KTV.
Вектор напряжения U0 определяется положением вектора естественной несимметрии UHC, качественными параметрами КНП сети и настройки, согласно формуле
где Е!т и Епт - напряжения несимметрии, создаваемые каждым фидером секции в отдельности; ф! и фп - сдвиг фаз этих напряжений относительно опорного, в качестве которого обычно используют любое линейное либо фазное напряжение сети.
а
(1)
Напряжение несимметрии сети, обусловленное отходящими линиями: %С =E1m • sinfШ + Ф1 ) + ... + Епт -sinfШ + ф„) ,
(2)
Рис. 3. Эквивалентная схема замещения сети
В реальной сети, особенно в симметричной, напряжение 3 ио на входе системы настройки отличается от 3и0. Эта разница вызвана передачей на сторону измерительного тракта дополнительных сигналов, обусловленных неравенством фазных напряжений сети неидеальностью измерительного трансформатора ТУ и2, наведением на неэкранированных проводах, связывающих измерительный трансформатор ТУ с системой настройки ДГР, напряжения от посторонних источников и3. С учетом этих сигналов напряжение на входе измерительного тракта представляется в виде 3 £/0 = 3 ио +йг +112 +113 . Причем и2 и и3 -напряжения постоянной амплитуды и фазы, а остальные - зависимые от параметров сети и нагрузки.
При резонансной настройке или изменении расстройки в определенных пределах напряжение и0 и его фаза несут практически достоверную информацию о режиме настройки КНП сети. Однако при удалении от резонанса наблюдается несоответствие фазовой и амплитудной характеристик от истинных. Из приведенных в [2] кривых реальной электрической сети с установленным в нейтрали ДГР плунжерного типа с большим диапазоном регулирования индуктивного тока видно, что в области больших расстроек наблюдаются провалы АиФХ со сменой знака расстройки. В этом случае система автоматической настройки, функционирующая с использованием этих характеристик оказывается неработоспособной. Введение в нейтраль дополнительной искусственной несимметрии не оказывает существенного влияния на характеристики КНП сети в области больших расстроек.
С целью выяснения влияния изменения параметров сети на область устойчивой работы системы автоматической настройки ДГР проведено моделирование КНП сети в среде Ма1ЬаЬ 7.0. В качестве параметров задавались: напряжение сети иФ, отклонение фазного напряжения ЛиФА, емкостные ЬС и активные gc проводимости фаз сети на землю, параметры дугогасящего реактора ЬР и Яр, отклонение числа витков первичной обмотки измерительного трансформатора ТУ, наведенное в провода напряжение и3.
Исследования показывают, что система настройки, основанная на принципе определения фазового угла, может функционировать только при создании искусственной несимметрии в сети.
Наибольшее влияние на АиФХ оказывает добротность КНП сети. В сетях с малой добротностью, особенно с комбинированным включением нейтрали, напряжение на нейтрали практически отсутствует даже при искусственном смещении. Это приводит к отказу фазовых и экстремальных регуляторов.
При параллельной работе секций изменяются параметры сети. Емкости складываются, а активная проводимость увеличивается. Для того чтобы оценить амплитуду и направление вектора напряжения смещения нейтрали, необходимо построить круговую диаграмму напряжений нейтрали секций.
Круговая диаграмма строится исходя из следующих соотношений:
а ^
иНС =а'Еф ; и0,рез = Еф ; Ф = аГС^ ~1 ■
Рассмотрим первую секцию. Пусть ёмкость фазы А больше емкостей фаз В и С, а ёмкости фаз В и С равны между собой, т.е. СА > Св = Сс. Построим круговую диаграмму напряжения на нейтрали для определённого коэффициента демпфирования й и степени расстройки компенсации & [3].
Аналогично строится круговая диаграмма для второй секции. Для этой секции примем соотношение СС > Са = Св (рис 4).
При включении секционного выключателя СВ емкости фаз секций суммируются:
се= 4+ с“, (3)
где , СЕЕ , С - емкость первой, второй и объединенной секции.
Активная проводимость сети определяется из выражения
+ Ор ,
где ОЕ , О1, Ое - проводимости первой, второй и объединенной секций.
На круговой диаграмме показаны положение векторов напряжения нейтрали первой (и !0рез) и второй (и п0,рез) секций, соответствующие резонансной
настройке. Сложение векторов и!0рез и ип0рез дает вектор напряжения и0,рез
на нейтрали объединенной секции для резонансной настройки КНП сети. Направление вектора напряжения и0,рез, являющейся общим информационным параметром для автоматических регуляторов обеих секций, не соответствует положению векторов и!0 рез и ип0,рез. Это приводит к тому, что регулятор первой
секции будет фиксировать режим недокомпенсации и регулировать индуктив-
ный ток реактора в сторону увеличения, а регулятор второй секции - режим пе-рекомпенсации и, соответственно, регулировать индуктивный ток реактора в сторону уменьшения. Из-за несогласованного действия двух САР сеть остаётся незащищённой от возможного замыкания на землю. Неопределенность положения вектора смещения нейтрали и0,рез приводит к ошибочным включениям АР и износу привода плунжерных реакторов. Для исключения такого режима работы системы автоматической настройки КНП при параллельной работе секций автоматику управления реакторами отключают. Следовательно, для надежной эффективной эксплуатации дугогасящих ректоров в аварийных режимах работы сети необходим более совершенный многоканальный регулятор настройки КНП сети с параметром регулирования, не привязанным к напряжению на нейтрали, его фазовым и амплитудным характеристикам.
Рис. 4. Круговая диаграмма напряжения на нейтрали при параллельной работе секций
Параметром, не зависящим от перечисленных выше дестабилизирующих факторов, является собственная частота КНП сети [2]. Определение величины и знака расстройки в этой системе производится по формуле:
& = 1 -(/0 //с)2-100%, (8)
где /0 - частота собственных колебаний КНП сети; /С - частота сети
Определение и использование частоты собственных колебаний КНП реализованы в терминале «Бреслер 0107.060» [4], предназначенном для настройки дугогасящих реакторов на любое заданное значение расстройки компенсации емкостных токов замыкания на землю и определения емкостного тока в компенсированных сетях 6-35 кВ.
Результаты испытаний с использованием данного метода на подстанциях 6-10 кВ Северных электрических сетей позволяют судить об эффективности его как при определении параметров КНП распределительных сетей, так и в режимах настройки ДГР на резонансный режим. Метод эффективен при любых значениях расстройки КНП сети.
Терминал выполняет следующие функции:
- автоматическая настройка плунжерных ДГР на резонансный или заданный режим компенсации;
- определение величины и знака расстройки контура;
- определение величины емкостных токов секции;
- выбор оптимальной отпайки катушки реактора для ДГР типа РЗДСОМ;
- возможность расширения количества обслуживаемых линий как за счет увеличения числа каналов управления, так и установки нескольких терминалов, объединенных в сеть;
- коммутация резистора частичного заземления нейтрали;
- совместная работа с терминалами защиты линии;
- регистрация событий (ОЗЗ, процессы регулирования);
- управление параллельно включенными реакторами;
Выводы
1. Для настройки контура нулевой последовательности на оптимальный режим компенсации необходимы способы и устройства для его реализации, имеющие повышенную помехозащищенность. Параметр регулирования САР должен быть отстроен от небалансов параметров сети, иметь низкую чувствительность на частоте основного сигнала. САР должна реагировать только на изменение суммарной емкостной проводимости фаз сети на землю, а не на ее составляющие.
2. Из выпускаемых и эксплуатируемых в настоящее время в России только терминалы настройки дугогасящих реакторов плунжерного типа «Бреслер 0107.060» обеспечивают определение параметров КНП и способны управлять реакторами при объединении секций шин.
Литература
1. Гайдулин Ф.Л. Перенапряжения в сетях 6-35кВ / Ф.Л. Гайдулин, В.Г. Гольдштейн, А.Л. Дульзон, Ф.Х. Халилов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 234 с.
2. Ильин В.Ф. Определение параметров контура нулевой последовательности сети по его переходной характеристике / В. Ф. Ильин, Е.М. Петров, М.И. Петров И.В. Соловьев // Научные и производственно-технические проблемы энергетики и электротехники: сб. науч. тр. Чебоксары, 2005. С. 74-81.
3. Обабков В.К. Точность автоподстройки частоты свободных колебаний в симметричных сетях с компенсированной нейтралью / В.К. Обабков, А.П. Никифоров // Электричество. 1996. № 12. С. 8-16.
4. Петров Е.М.. Алгоритм работы контроллера настройки дугогасящего реактора с использованием переходной характеристики КНП сети / Е.М. Петров, И.В. Соловьев // Труды академии электротехнических наук Чувашской Республики. 2005. № 2. С. 12-14.
ПЕТРОВ ЕВГЕНИИ МИХАЙЛОВИЧ родился в 1981 г. Окончил Чувашский государственный университет. Аспирант кафедры электроснабжения Чувашского университета. Автор 17 научных и учебно-методических работ.
ЛОШКАРЕВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ родился в 1946 г. Окончил Волжский филиал Московского энергетического института. Доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий Чувашского государственного университета. Область научных интересов - повышение надежности систем электроснабжения. Автор более 80 научных и методических публикаций, включая изобретения.
