Для оценки токовых нагрузок на ОПН и уровня перенапряжений в нейтрали при феррорезонансных перенапряжениях, был проведен аналитический расчет с использованием базового метода расчета и программы, описанной в главе второй. Расчет был проведен для однофазного режима работы трансформатора мощностью 80 MBA, 110 и 150 кВ при изменении длины линии от 5 до 100 км в угле включения эквивалентной э.д.с., равном нулю.
Нелинейные ограничители перенапряжений имеют значительно более низкий уровень ограничения перенапряжений, чем вентильные разрядники. Следовательно, при установке ОПН на линейных концах трансформатора он будет влиять на величину перенапряжений в нейтрали. Поэтому эквивалентная схема расчета должна включать в себя как ограничители, установленные на фазах трансформатора, так и ОПН в нейтрали.
- Новые элементы, введенные в расчетную схему: ОПНН - нелинейный ограничитель в нейтрали, ОПНФ - ограничитель на невключившихся фазах, ψ1-магнитный поток одной фазы трансформатора функция, описывающая ВАХ ОПНН,
для диапазона токов коммутационных перенапряжений (1-50) А, а=0,03 и А=150. Система уравнений (5.1.) решается на базе разработанной программы. Блок-схема программы остается без изменений, только вводится три нелинейные функции Ф(ψ1), Ф(ψ2), Ф(U2).
Функция Ф(ψ1) и Ф(ψ2) аппроксимируют кривые намагничивания одной фазы трансформатора и двух фаз, соединенных параллельно. Значение этих функций можно определить, используя данные на рис. 2.12, где приведена кривая намагничивания для двух фаз трансформатора, соединенных параллельно. Она составляет приблизительно 1/3 часть от основной кривой намагничивания для соединения обмоток трансформатора при неполнофазных режимах. Следовательно, можно записать
где Φ(ψ)- кривая намагничивания, используемая в расчете феррорезонансных перенапряжений в нейтрали трансформатора.
Функция Ф(U2) аппроксимирует ВАХ защитных аппаратов, установленных на невключившихся фазах трансформатора. На рис. 5.2 приведена ВАХ ОПН-35, ОПН-110 и ОПН-150 для диапазона токов коммутационных перенапряжений 1-40 А. ВАХ параллельно соединенных фаз ОПН не будет отличаться от приведенной, если допустить: обе фазы абсолютно идентичны и питающая система принимается за источник бесконечной мощности, обеспечивающей протекание в колонках ОПН равных токов.
ВАХ аппроксимируется следующем образом:
Рис. 5.2. ВАХ ОПН-35, 110 и 150 кВ в диапазоне токов коммутационных напряжений
Результаты расчета уровня перенапряжений в нейтрали трансформатора и на невключившихся фазах при установленных ОПН на фазах и в нейтрали приведены на рис. 5.3 (кривые 1 и 2). Значение протекающего через фазный ОПН тока приведено на рис. 5.4 (кривая 1). Как видно из приведенных данных расчета, первым в работу вступают ограничители, установленные на фазах, так как напряжение на фазах растет быстрее, чем в нейтрали. При этом напряжение на нейтрали не превышает значения 1,1·Uф (кривая 2 на рис. 5.3) и ОПН, установленный в нейтрали, не включается в работу.
Рис. 5.3. Уровень перенапряжений в нейтрали и на невключившихся фазах трансформатора при установке ОПН в однофазном режиме работы. 1,4 - на невключившихся фазах; 2,3 - в нейтрали; 1,2 - ограничители установлены на фазах и в нейтрали; 3,4 - ОПН установлен только в нейтрали.
При установке ОПН только в нейтрали трансформатора, перенапряжения не превышают значения 1,8-Uф, а на включившихся фазах уровень значения Uф, (рис. 5.3, кривые 3 и 4). При расчете этого режима ОПНФ выводился из работы. Для этого в аппроксимирующей функции
Ф(U2) в программе сохранялась только ее первая ветвь 1= 1,43·10-6·U.
Рис. 5.4 Токи через ОПН при неполнофазном режиме работы трансформатора с линией 1.
1-ОПН на невключившихся фазах, 2-ОПН в нейтрали.
Рис.5.5.а.Расчетные кривые напряжений (Uф), в нейтрали (Uh) и тока через ΟΠΗ (IOПН) при его установке на линейных вводах.
Расчетные кривые напряжений и токов для этих двух случаев приведены на рис. 5.5.а, б.
Обобщая приведенные расчеты, можно сделать вывод о том, что нелинейные ограничители существенно снижают уровень феррорезонансных перенапряжений, но при этом величина токов, протекающих через ОПН, и значение напряжения на ограничителях значительно превышают их допустимые уровни, что приводит к выходу ограничителей из строя. Следовательно, необходимо обеспечить защиту нелинейных ограничителей от феррорезонансных перенапряжений. Это можно сделать, используя схему, подобной, приведенной на рис. 5.1.
Рис. 5.5.б. Расчетные кривые перенапряжений на фазах (Uф), в нейтрали (Uh) и тока через ΟΠΗ (IOПН) при его установке на линейных
вводах.
Приняв за базисный вариант защиты изоляции нейтрали схему, включающую в себя ОПН нейтрали, с его защитой от феррорезонансных перенапряжений, с помощью короткозамыкателя, можно применить для защиты от перенапряжений облегченный ОПН, установленный в нейтрали. При грозовых перенапряжениях этот защитный аппарат работает в облегченных условиях. Как отмечалось выше, ток через защитный аппарат, установленный в нейтрали, не превышает для трансформаторов 110-150 кВ -1,6 кА, 35 кВ - 1,2 кА, 6 и 10 кВ - 1кА.
Внутренние перенапряжения в нейтрали трансформатора, длительно воздействующие на защитный аппарат, имеют значения: 0,5·U, при неполнофазных коммутациях и время максимального воздействия до ликвидации неполнофазного режима, и 1,15 -Uф при однофазных коротких замыканиях на линии, время воздействия равно времени действия релейной защиты в цикле АПВ. Поэтому нет смысла устанавливать в нейтрали защитный аппарат, длительно выдерживающий воздействие напряжением, равным 1,15 -Uф. Если определить время действия релейной защиты равным 20 с, то защитный аппарат в течение этого времени должен выдерживать напряжение не меньше 1,15·U. Так, если сократить число последовательно соединенных резисторов в ограничителе на 20% по сравнению со стандартным, то такой ограничитель и будет соответствовать поставленному условию.
Использование ОПН такого типа возможно только в комплексе со схемой его защиты от феррорезонансных перенапряжений, приведенной на рис. 5.1. Уставки срабатывания реле напряжения ΡΗ1 и РН3 будут определяться характеристиками выбранного ограничителя и составят: 1,2· U - ΡΗ1 и 1,35-U — РН2. Принцип работы релейной схемы описан выше.
Использование предложенного комплекса защитных аппаратов обеспечивает надежную защиту как изоляции нейтрали трансформатора от всех видов воздействующих на нее в процессе эксплуатации перенапряжений, так и полностью исключает возможность выхода из строя нелинейного ограничителя при воздействии на него перенапряжений выше его допустимого уровня. Кроме этого, комплекс исключает возможность возникновения феррорезонансных перенапряжений при неполнофазных режимах работы трансформатора с линией и предотвратит выход из строя нелинейных ограничителей, установленных на фазах.
