Как уже отмечалось в пятой главе, ограничить коммутационные перенапряжения можно, уменьшив либо ударный коэффициент, либо вынужденную составляющую перенапряжений, либо и то и другое одновременно. Для этих целей прежде всего используются коммутационные (комбинированные) разрядники типа РВМК- Широкое распространение в ближайшие годы получат новые аппараты для глубокого ограничения атмосферных и коммутационных перенапряжений — нелинейные ограничители перенапряжений (серии ОПН), которые в отличие от обычных разрядников не имеют искровых промежутков, включенных последовательно с резистором. Эти аппараты подробно рассмотрены ниже, в главе восьмой. Для аналогичных целей применяются: активные сопротивления, включаемые последовательно с фазами в нейтраль группы шунтирующих реакторов; малоомные активные сопротивления, шунтирующие контакты выключателей; поперечные шунтирующие реакторы, подключаемые через выключатели или искровые промежутки; установка электромагнитных трансформаторов напряжения не на шинах, а на участках линии, а также различные схемно-режимные мероприятия (запрет или программирование отдельных видов коммутаций, использование средств системной автоматики и др.).
Эффективность разрядника определяется двумя его характеристиками: средним значением его пробивного напряжения (k0) и параметрами вольт-амперной характеристики резистора (α и А), которыми задается напряжение, остающееся на резисторе. Чем ниже k0 и А, тем лучше защитные характеристики разрядника. Но вместе с тем, с улучшением защитных свойств разрядника сокращается ожидаемый срок его службы, который, как показали технико-экономические оценки, должен быть не менее 15—20 лет [13]. Если ожидаемый срок службы оказался недостаточным, то следует расширить комплекс защитных мер, который уменьшил бы ударные коэффициенты перенапряжений в отдельных, наиболее опасных коммутациях.
Для ограничителей, у которых отсутствуют последовательные искровые промежутки, вместо двух защитных характеристик остаются только параметры А и α, задающие остающееся напряжение (см. § 8-2).
Коммутационные разрядники (ограничители) должны устанавливаться на участках линии за линейным выключателем. При этом обеспечивается защита как разомкнутого, так и питающего конца в режимах одностороннего питания.
Другим достаточно универсальным средством ограничения перенапряжений за счет уменьшения вынужденного напряжения является установка шунтирующих реакторов, полностью или частично компенсирующих емкость линии электропередачи. Реакторы поперечной компенсации как средство снижения вынужденного напряжения одинаково эффективны в режимах одностороннего питания после плановых и аварийных коммутаций. Суммарная установленная мощность реакторов, их число и место установки в схеме электропередачи (на шинах подстанции или на участках линии, на высшем напряжении электропередачи или на более низком — через третичные обмотки трансформаторов) оказывают большое влияние на режим напряжений, баланс и перетоки реактивной мощности (в том числе реактивная мощность, которая стекает с линии и должна быть принята оборудованием концевых станций и подстанций) и, следовательно, на общие потери и экономичность нормальных эксплуатационных режимов электропередачи и на условия работы ее основного оборудования. Именно эти требования, диктуемые нормальными эксплуатационными режимами передачи энергии на этапе полного развития электропередачи, являются определяющими при выборе суммарной установленной мощности, числа и места установки реакторов. Сравнение вариантов по ряду линий 500 и 750 кВ показало, что расчетные затраты на линию электропередачи при отсутствии реакторов обычно превосходят расчетные затраты при установке реакторов достижении за счет этого снижения ежегодных потерь энергии. Установка дополнительных реакторов для ограничения коммутационных перенапряжений или длительных повышений напряжения в резонансных режимах вследствие большой стоимости реакторов и коммутационной аппаратуры к ним целесообразна лишь в том случае, если использование других, более дешевых мер оказывается недостаточным.
Мощным средством ограничения коммутационных перенапряжений является шунтирование силовых контактов коммутирующего линию выключателя малоомными активными сопротивлениями, которые вводятся в цепь последовательно с линией на 1—3 полупериода либо в коммутации отключения, либо в коммутациях и включения и отключения. Наибольшее распространение имеют выключатели с сопротивлениями, вводимыми в цепь в коммутации отключения, так как при этом шунтирующие сопротивления снижают перенапряжения и сильно повышают отключающую способность выключателей. Шунтирующие сопротивления ограничивают не все виды перенапряжений. Так, малоомные активные сопротивления (500—1500 Ом), шунтирующие главные контакты выключателей в коммутации отключения, существенно ограничивают перенапряжения при отключении холостых линий, практически полностью ликвидируя опасные повторные зажигания. Поэтому шунтирующие сопротивления особенно эффективны в масляных выключателях. Кроме того, такие шунтирующие сопротивления способствуют небольшому снижению ударных коэффициентов перенапряжений, возникающих при аварийных разрывах электропередачи и ТАПВ. Малоомные активные сопротивления (300— 600) Ом, шунтирующие главные контакты выключателей в коммутации включения, на 10—20% понижают перенапряжения при включении ненагруженных линий и при АПВ.
Ограничение перенапряжений при АПВ достигается следующими мерами. Это, во-первых, преимущественное использование ОАПВ, которое на линиях без реакторов сопровождается перенапряжениями, меньшими, чем при включении ненагруженной линии; при этом, если на линии работает автоматика ОАПВ, а ТАПВ (БАПВ) выполняется лишь при неуспешных ОАПВ и при многофазных к. з., то вероятность перенапряжений при ТАПВ (БАПВ) снижается приблизительно на порядок. Во-вторых, полезно программирование коммутации АПВ, с тем чтобы при повторном включении после окончания бестоковой паузы линия вначале подключалась к шинам более мощной энергосистемы (станции). В-третьих, на линиях или участках линии, на которых нет компенсирующих реакторов, электромагнитные трансформаторы напряжения рекомендуется устанавливать не на шинах, а за линейным выключателем непосредственно на линии.
Смысл синхронного включения при ТАПВ состоит в следующем. Во время бестоковой паузы линия электропередачи в колебательном режиме разряжается через обмотки реактора. Частота β этого процесса разряда близка к частоте источника э.д.с. ω, так как обычно степень компенсации реакторами емкостного сопротивления линии мало отличается от единицы. Затухание же этого процесса, как показали многочисленные полевые измерения, происходит медленно, с постоянной времени порядка 1 с. Поэтому на контакты коммутирующего выключателя воздействует напряжение в виде медленно затухающих биений с периодом биений Т≈4π:|ω— β|. Если АПВ линии произвести в момент перехода биений через минимум, то минимальны будут и ударные коэффициенты перенапряжений при ТАПВ. Эффективность этого способа ограничения была подтверждена во время сетевых испытаний, проведенных ВНИИЭ на электропередачах 750 кВ.
Ограничение вынужденного напряжения в аварийных коммутациях достигается с помощью реакторов.
Время полного разряда линии, длиной 10 через обмотку трансформатора напряжения можно оценить по приближенной эмпирической формуле (в секундах):
где N — число вынесенных на линию электромагнитных трансформаторов напряжения, р = 3:5 для линий соответственно 110— 330 кВ, р = 6:8 для линий соответственно 500—750 кВ. Если это время не превышает бестоковой паузы в цикле АПВ, то ударные коэффициенты будут такими же, как при включении ненагруженной линии без заряда.
В-четвертых, последовательно с каждой фазой реактора целесообразно включать активные сопротивления R≥60 Ом (рис. 7-3).
Нормально эти сопротивления зашунтированы выключателем, импульс на отключение которого дается одновременно с командой на запуск автоматики ТАПВ (БАПВ), и с выдержкой времени, равной (1:1,5) tАПВ = 0,5:1,5 с, производится его обратное включение для шунтирования сопротивления. При указанном сопротивлении к моменту окончания бестоковой паузы линия будет полностью разряжена и ударные коэффициенты будут такими же, как и при включении ненагруженной линии.
Наконец, перспективным способом ограничения перенапряжений при ТАПВ (БАПВ) на электропередаче с поперечными шунтирующими реакторами является оборудование коммутирующего выключателя устройством для так называемого синхронного включения.
Рис. 7-3. Схема включения резистора для снятия заряда с линии за время паузы БАПВ (на линии с реакторами)
На линиях или участках линий, где реакторы подключены через выключатели, может оказаться, что в момент аварийной коммутации некоторые реакторы были отключены. В тех случаях, когда это допустимо по условиям устойчивости в послеаварийном режиме, для снижения вынужденного напряжения и кратностей перенапряжений целесообразно одновременно с импульсом на отключение линейных выключателей аварийного участка подавать сигнал на включение выключателей всех реакторов, что обеспечит включение последних к моменту возникновения коммутационных перенапряжений всех видов, кроме перенапряжений при разрыве электропередачи вследствие отключения несимметричного короткого замыкания. Другой способ достижения той же цели предложен и разработан Ю. И. Лысковым. Он состоит в искровом присоединении реакторов, т. е. в подключении реакторов через искровой промежуток, пробивающийся при возникновении перенапряжений и подключающий через дугу реактор к линии. Среднее значение пробивного напряжения искрового промежутка составляет: в сетях 500 кВ k0=1,6:1,8, в сетях 750 кВ k0=1,3:1,4. После пробоя дуга в искровом промежутке шунтируется и гаснет, для чего используется специальный, заменяющий выключатель аппарат, так называемый включатель-отключатель, который обладает по сравнению с выключателем большим быстродействием при включении, но отключать может только рабочий ток реактора. Аварийных токов этот аппарат не отключает, и поэтому при авариях и повреждениях в реакторе и на части ошиновки между реактором и включателем- отключателем аварийно отключается вся электропередача. Максимальные амплитуды коммутационных перенапряжений при обоих способах подключения реактора примерно одинаковы. Однако при предварительном подключении через выключатель не удается ограничивать перенапряжения при отключении несимметричного к. з., а перенапряжения при АПВ снижаются не более чем на 8—10% (подключение на разомкнутом конце одного реактора). При искровом подключении ограничиваются перенапряжения всех видов, в том числе и перенапряжения при отключении к. з. Снижение вынужденного напряжения при подключении реакторов уменьшает вероятность режимов негашения разрядников и длительность протекания повышенных токов через резистор ограничителей ОПН. С этой точки зрения искровое подключение реакторов предпочтительно, так как при отключениях, которые сопровождаются наибольшими вынужденными составляющими перенапряжений, предварительное подключение может запоздать.
