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

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).

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.

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.

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)

Таблица 1.6

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

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