Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Перенапряжения в нейтрали силовых трансформаторов 6-220кВ

Электрическая прочность изоляции нейтрали - Перенапряжения в нейтрали силовых трансформаторов 6-220кВ

Оглавление
Перенапряжения в нейтрали силовых трансформаторов 6-220кВ
Анализ аварийности, связанной с нейтралью
Электрическая прочность изоляции нейтрали
Современное состояние исследования перенапряжений и защиты нейтрали
Методика исследования импульсных перенапряжений
Методика исследования внутренних перенапряжения
Результаты исследования грозовых перенапряжений в нейтрали
Сравнение изоляции нейтрали и соответствующих импульсных перенапряжений
Разработка рекомендаций по защите нейтрали трансформаторов 6-220 кВ
Результаты исследования внутренних перенапряжений
Сравнение изоляции нейтрали и соответствующих внутренних перенапряжений
Разработка рекомендаций по защите нейтрали трансформаторов
Квазистационарные перенапряжения в нейтрали силовых трансформаторов
Токовые нагрузки на варистаторы ОПН для защиты нейтрали
Технические требования к ОПН для защиты нейтрали трансформаторов 6-220 кВ
Литература
    1. Электрическая прочность изоляции нейтрали силовых трансформаторов 6-220 кВ.

Испытательные напряжения изоляции силовых трансформаторов определяются ГОСТ 1516. Значения этих напряжений для трансформаторов и их нейтрали приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2
Испытательные напряжения изоляции силовых трансформаторов 6-220 кВ и их нейтрали (ГОСТ 1516.1-76).


Uh,
кВ

Испытательное напряжение (одноминутное) изоляции,
кВдейств.

Выдерживаемое напряжение (при плавном подъеме) для внешней
ИЗОЛЯЦИИ, кВдейств.

Нормированное испытательное напряжение грозовых импульсов, кВ

Транс
форма
тора

Нейтрали
трансформатора

Ввода
нейтрали,
испытываемого
отдельно

Трансформатора

Heйтрали

трансформатора

Транс-
форма
тора

Нейтрали
трансфор
матора

В сухом состоянии

Под
дождем

В сухом состоянии

Под
дождем

6

25

25

32

34

26

34

26

60

60

10

35

35

42

45

34

45

34

80

80

35

85

85

95

150

85

105

85

200

200

110

200

100

130

280

215

135

110

480

200

150

230

130

180

320

290

195

155

650

275

220

325

200

265

465

425

280

215

750

400

Из этой таблицы видно, что нейтрали силовых трансформаторов, предназначенных для работы в режиме с частично разземленной нейтралью, имеют существенно меньшую электрическую прочность, чем изоляция линейного конца. Например, импульсное испытательное напряжение изоляции нейтрали трансформатора 110 кВ составляет 200 кВ (180 кВ для трансформаторов, разработанных до утверждения ГОСТ 1516-68, ГОСТ 1516-75 и ГОСТ 1516-76), что соответствует испытательному напряжению трансформаторов класса 35 кВ. Нейтраль трансформаторов 6-35 кВ имеет полную изоляцию.
Эти уровни испытательного напряжения были установлены пунктом 9 ГОСТ 1516-60 и подтверждены ГОСТ 1516-68, ГОСТ 1516-75 и ГОСТ 1516- 76 (до утверждения ГОСТ 1516-60, отечественные заводы выпускали трансформаторы 110-220 кВ с полной изоляцией нейтрали). В настоящее время в энергосистемах, в режиме с частично разземленной нейтралью работают трансформаторы как с полной, так и со сниженной изоляцией нейтрали, однако количество последних все более возрастает.
Защита изоляции нейтрали трансформаторов класса 110 кВ, имеющих полную изоляцию, осуществлялась разрядниками 2хРВС-20 или РВС-60 при установке его на тупиковой подстанции. При установке трансформатора на проходной или многофидерной подстанциях изоляция нейтрали какими- либо разрядниками не защищалась.
Защиту нейтрали трансформаторов класса 110 кВ со сниженной изоляцией заводы-изготовители рекомендовали осуществлять с помощью разрядников РВС-35 [17, 18], нейтрали трансформаторов 150 кВ - РВС-60.
Опыт эксплуатации схем защиты нейтрали трансформаторов 110 кВ с помощью разрядников РВС-35 показал их низкую надежность. В энергосистемах часто наблюдались случаи разрушения разрядников РВС-35. Как показано в [17], при этом возможно повреждение оборудования подстанций осколками фарфора в зоне радиусом до 30 м. Учитывая изложенное, Главтехэнерго Минэнерго запретило установку разрядников РВС-35 для защиты нейтрали силовых трансформаторов и постановило [19]:

  1. не допускать осуществления защиты нейтрали одним разрядником РВС-35;
  2. защиту нейтрали трансформаторов 110 кВ, имеющих неполную изоляцию нейтрали, осуществлять одной из следующих компоновок разрядников, в зависимости от наличия оборудования: 2хРВС-20, ЗхРВС-15 (выпуска до 1960 г.), 2хРВС-15 (выпуска до 1960 г.) + РВС-15 (выпуска после 1960 г.), РВС-35+РВС-15 (любой);
  3. при необходимости в первую очередь должны разземляться нейтрали трансформаторов, имеющие полную изоляцию.

Кроме перечисленных разрядников, имеется еще несколько рекомендаций по защите нейтрали силовых трансформаторов 110-220 кВ. В проекте «Руководящих указаний» по защите от перенапряжений [20], а также в работах [21, 22] рекомендовалось защищать нейтрали силовых трансформаторов 110 кВ вентильными разрядниками с магнитным гашением дуги - 2хРВМ-15 + РВМ-20 или 3хРВМ-15, 150 кВ - разрядниками РВМ-110.
Характеристики этих разрядников сведены в таблицу 1.3. Однако, к сожалению, информация об опыте эксплуатации этих защитных аппаратов в литературе отсутствует.

Таблица 1.3
Рекомендуемые по проекту РУ вентильные разрядники для защиты нейтрали силовых трансформаторов 110-150 кВ.


Uh,
кВ

Тип разрядника

Напряжение
гашения,
кВ

Пробивное напряжение при 50 Гц,
кВ действ.

Импульсное пробивное напряжение при предразрядном времени от 2 до 10 мкс, кВ, не более

Остающееся напряжение при импульсном токе 3кА с длиной фронта 10 мкс, кВ, не более

 

РВМ-60

68

117-142

190

156

110

2хРВМ 15+РВМ-20

68

117-142

190

156

 

3хРВМ-15

57

105-129

141

141

150

РВМ-110

100

170-196

265

245

220

РВМ-150

138

210-240

310

265

В институте «Энергосеть-проект» по согласованию с Главтехуправлением Минэнерго в директивном указании № 123/2 от 21.02.67 рекомендовалось для защиты нейтрали силовых трансформаторов 110 кВ применять комбинацию разрядников РВМ-35+РВМ-20 с суммарным напряжением гашения 63 кВ.
Уральский политехнический институт рекомендовал защищать нейтраль силовых трансформаторов разрядниками, скомплектованными из трех основных элементов РВМК-500П с заменой двух искровых промежутков у одного из элементов блоков тервитовых дисков. При этом третий элемент должен был содержать один блок искровых промежутков и три блока тервитовых дисков [23]. Этот разрядник имел пробивное напряжение при промышленной частоте 84,5-87,5 кВдейств., при напряжении гашения 75 кВ. При этом остающееся напряжение на разряднике при коммутационном токе 700 А не превышал 103 кВ. Однако, эти разрядники очень громоздки (высота более 3 м, вес около 250 кг) и дороги.
Помимо разработки рекомендаций по защите нейтрали силовых трансформаторов, для повышения надежности их работы, поднимался вопрос об усилении изоляции нейтрали [25]. Предлагаемые в этой работе уровни изоляции нейтрали приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4
Рекомендуемые по проекту РУ испытательные напряжения силовых трансформаторов 110-220 кВ.


а,
кВ

Наибольшее допустимое напряжение на нейтрали, кВ

Класс
изоляции
нейтрали,
кВ

Импульсное
испытательное напряжение для внутренней и внешней изоляции нейтрали, кВ

Испытательное
напряжение
(одноминутное),
кВ

Выдерживаемое напряжение при плавном подъеме для внешней изоляции, кВ

При полной волне

При
срезанной
волне

Нейтрали

Ввода
нейтрали

В сухом состоянии

Под
дождем

110

73

60

300

385

130

180

195

155

150

100

110

480

550

200

265

280

275

220

146

150

600

750

260

360

390

310

В частности в [25] трансформаторы предлагали выпускать с изоляцией нейтрали двух классов:

  1. для участков сетей с эффективным заземлением нейтрали;
  2. для сетей, кратковременно работающих в режиме изолирования нейтрали.

Для каждого из этих классов предлагаются свои уровни изоляции нейтрали и рекомендуются разрядники для ее защиты (для примера в таблицах 1.5 и 1.6 приведены уровни изоляции для трансформаторов 110 и 150 кВ и характеристики разрядников для их защиты).
Таблица 1.5
Рекомендуемые уровни изоляции нейтрали (110/150 кВ)


Вид изоляции

Вид испытаний

Класс изоляции

I

II

Внутренняя

Напряжением 50 Гц, кВ действ.

110/
/130

130/
/200

Импульсным напряжением, кВ

200/
/260

280/
/340

Внешняя

Напряжением 50 Гц в
сухом состоянии, кВ действ.

145/
/180

180/
/300

Напряжением 50 Гц под
дождем, кВ действ.

120/
/150

150/
/240

Импульсным напряжением, кВ

200/
/260

280/
/340

Таблица 1.6

Рекомендуемые вентильные разрядники для защиты изоляции нейтрали (110/150 кВ)


Напряжение трансформатора

Класс изоляции

I

II

Наибольшее напряжение на нейтрали,
кВдейств.

50/
/71

58/
/80

Тип разрядника

2 х РВС - 20

РВС-60

РВС-60

РВС-110

Пробивное напряжение, не более кВдейств

121/
/150

153/
/250

Импульсное пробивное напряжение, кВ

170/
/215

250/
/285

В последующих главах будет оцениваться величина воздействующих на изоляцию нейтрали перенапряжений, поэтому необходимо знать допустимый для изоляции нейтрали уровень внутренних и грозовых перенапряжений.
По данным [26, 27], допустимый для внутренней изоляции нейтрали силовых трансформаторов уровень коммутационных и квазистационарных перенапряжений можно оценить по формуле:

(1.1)

где δвп - коэффициент импульса, равный 1,35;
коэффициент, учитывающий снижение пробивного градиента масляных каналов в трансформаторе в условиях эксплуатации при многократном воздействии перенапряжений (принимается 0,9 [4, 26, 28]).
Допустимый уровень грозовых перенапряжений для внутренней изоляции нейтрали силовых трансформаторов принимается равным значениям, утвержденным совещанием от 14.10.64 по вопросу допустимых для силовых трансформаторов униполярных волн напряжения, созванным управлением трансформаторостроения и высоковольтного оборудования Госкомитета по электротехнике.
Величины допустимых воздействий для внутренней изоляции нейтрали силовых трансформаторов, а также соответствующие кратности перенапряжений по отношению к номинальному фазному напряжению
трансформатораι приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.7.
Амплитуды и кратности допустимых для изоляции нейтрали напряжений



 
« Перекрытие по поверхности твердого диэлектрика в масле при переменном напряжении   Перспективы применений ОПН постоянного тока на основе оксидно-цинковых резисторов »
электрические сети