Предотвращение повреждений выключателей шунтирующих реакторов

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ШУНТИРУЮЩИХ РЕАКТОРОВ
Гладышев В. А., инж., Рашкес В. С., канд. техн. наук Энергосетьпроект — ВНИИЭ

За последнее десятилетие в энергосистемах отмечено значительное количество повреждений выключателей, главным образом 500 кВ, при отключении ими рабочего тока шунтирующих реакторов. Такие повреждения наблюдались на выключателях практически всех применяемых ныне типов (ВНВ, ВВБК, ВВ).
Выполненное ВНИИЭ расследование и дополнительно осуществленные испытания показали, что причиной этих повреждений является нарушение продольной изоляции выключателя под воздействием напряжения, восстанавливающегося на его контактах при отключении реактора.
Можно указать три главные причины, приводящие к нарушению продольной изоляции. Во- первых, это превышение переходным восстанавливающимся напряжением (ПВН) нормированного для выключателя уровня электрической прочности. Срез выключателем индуктивного тока реактора приводит к быстрому (за 500—700 мкс) восстановлению напряжения на контактах, которое при обычно практикуемой установке на реакторе вентильного разрядника РВМК достигает для выключателя 500 кВ 3,1Uф (Uф —амплитуда наибольшего рабочего фазного напряжения сети). При замене разрядника ограничителем перенапряжений ПВН снижается до 2,3—2,4 Uф, и лишь при переходе к звездообразному ограничителю перенапряжений либо при подключении параллельно контактам выключателя дополнительного ОП Н могло бы быть снижено до 1,6— 1,7 Uф[1 —3].
Действующий ГОСТ 687-78 (общие требования к выключателям) не нормирует ПВН при отключении шунтирующих реакторов, что вынуждает использовать для оценки допустимого для выключателя воздействия нормы, установленные этим ГОСТ для других режимов, в частности для режима отключения асинхронного хода. В последнем режиме выключатель 500 кВ должен выдерживать ПВН, равное 2,3 Uф, через 600—900 мкс от момента отключения [1]. Сравнивая это значение с рассмотренными ранее, можно заключить, что защита реактора вентильным разрядником не обеспечивает снижения ПВН до нормы ГОСТ, защита реактора ОПН делает ПВН близким к норме ГОСТ, однако время нарастания напряжения на реакторном выключателе остается ниже нормируемого ГОСТ, так что вероятность отказа выключателя снижается не до нуля¹, и лишь переход к звездообразному ограничителю привел бы возможное ПВН к уровню, безусловно, безопасному для выключателя. Только для выключателей ВНВ-500 действующие на них технические условия предусматривают отключение реактора с ПВН равным 3,1 Uф, т. е. с. ограничением перенапряжений разрядником.

Второй причиной нарушения продольной изоляции может быть снижение межконтактной электрической прочности в эксплуатационных условиях под влиянием загрязнения внутренних полостей и их повышенной влажности. Такая причина характерна для выключателей ВНВ, во вводах которых внутри имеется небольшой коаксиальный воздушный промежуток со слабонеравномерным полем. Попадание в такой промежуток особенно вблизи внутреннего электрода проводящих частичек пыли значительно искажает поле и существенно снижает разрядное напряжение промежутка. По измерениям, выполненным в условиях эксплуатации, в выключателе ВНВ-500, имевшем исправные фильтры на вводе сжатого воздуха, наблюдалась интенсивность запыления внутренних поверхностей до 0,1 мг/см². Повышение влажности сжатого воздуха, что зачастую наблюдается в эксплуатации, способствует снижению межконтактной прочности: на одной из подстанций 500 кВ было при таких обстоятельствах зарегистрировано снижение электрической межконтактной прочности у полностью отключенного выключателя ВНВ в 2 раза по сравнению с нормой, равной 3,4 Uф. Наконец, у выключателей ВНВ-500 на ток отключения 63 кА,   снабженных шунтирующими резисторами, в эксплуатационных условиях выявилась недостаточная электрическая прочность и между вспомогательными контактами, возможно, вызванная плохой вентиляцией и увлажнением их камеры.  

¹ Решением Главтехуправления Минэнерго СССР предложено устанавливать на реакторных присоединениях

² вместо разрядников РВМК ограничители перенапряжений ОПН.

Если ориентироваться на возможное снижение межконтактной электрической прочности выключателя ВНВ по этой причине в 1,5—2 раза по сравнению с нормами ТУ, т. е. до уровня 1,6—2,0 Uф, следует признать, что применение разрядника РВМК или ограничителя ОПН не гарантирует безотказного отключения реактора и выключателем В НВ.
Подчеркнем, однако, что снижение межконтактной прочности выключателя ВНВ под влиянием запыления и увлажнения носит «случайный» характер, поскольку пыль при работе выключателя перемещается в его полостях, а влажность изменяется с изменением температуры сжатого воздуха. Поэтому отказы выключателя могут наблюдаться не при каждом отключении реактора, особенно если он защищен разрядником РВМК, несрабатывания которого, приводящие к большим значениям ПВН, наблюдаются изредка — лишь в 5—30 % отключений. Так, на одной из ГЭС отказ ВНВ-500 в отключении реактора с разрядником РВМ.К-500 происходил в среднем после 50 успешных отключений реактора.
Наконец, третьей причиной нарушения продольной изоляции может явиться неполномодульное отключение полюса реакторного выключателя вследствие той или иной его неисправности. Как показывает опыт эксплуатации, отказы выключателя по этой причине практически равновероятны у выключателей ВНВ и ВВБК. Поскольку выключатели ВНВ-500 и ВВБК-500 содержат по два модуля, отказ в отключении одного из модулей снижает выдерживаемое ими ПВН в 2 раза, т. е. до 1,6—1,2 Uф. При такой неисправности даже применение звездообразного ограничителя перенапряжений не может гарантировать успешного отключения реактора.
По-видимому, неполномодульное отключение может в некоторых случаях оказаться самоустраняющимся, т. е. повторно выполненное отключение произойдет всеми модулями. Это может затруднить выявление истинной причины отказа выключателя. Поэтому при анализе аварии следует учитывать, что при отказе выключателя в отключении реактора по первой или второй причинам следы перекрытия обнаруживаются на всех модулях выключателя, а при третьей причине отказа — только в работавшем на отключение модуле.
Независимо от того, по какой из трех перечисленных причин произошел отказ выключателя в отключении реактора, нарушение продольной изоляции приводит к продолжительному горению дуги рабочего тока реактора внутри (иногда — внутри и снаружи) выключателя, завершающемуся повреждением деталей выключателя, его взрывом и возникновением КЗ.
Для исключения взрывов, КЗ и ограничения объема повреждений целесообразно применить дополнительную автоматику шунтирующего реактора, действующую на трехфазное включение реакторного выключателя, если при оперативном или автоматическом отключении реактора (кроме отключения от его собственной релейной защиты) хотя бы в одной его фазе сохранился рабочий ток.

Рис. 1. Схема дополнительной автоматики шунтирующего реактора 330—500 кВ

ВНИИЭ и Энергосетьпроектом были составлены технические требования на такую дополнительную автоматику, после чего Энергосетьпроект разработал типовую схему дополнительной автоматики для реакторных присоединений 330—500 кВ (рис. 1).
По своему принципу действия — это устройство автоматики, аналогично успешно проверенной в многолетней эксплуатации в сетях 500—750 кВ автоматике, действующей на выключение выключателя или включателя-отключателя шунтирующего реактора при подключении реактора через искровой промежуток (например, [4]).

Рис. 2. Схема цепей отключения выключателя шунтирующего реактора

Дополнительная автоматика вводится в работу при оперативном и автоматическом отключении реактора контактами реле положения выключателя реактора «включено» KQC. A, KQC. В. KQC. С. Наличие тока в любой из фаз реактора фиксируется с помощью реле тока КА1 — КА3, включаемых на фазные токи трансформаторов тока реактора. Ток срабатывания реле выбирается в диапазоне 0,25—0,75 рабочего тока реактора по условию обеспечения необходимой чувствительности автоматики к рабочему току. Дополнительная автоматика реактора действует с небольшой выдержкой времени, создаваемой проскальзывающим контактом КТ1. 3 реле времени КТ1, на трехфазное включение реакторного выключателя. Цепь включения выключателя замыкается контактом КL1. 3 выходного промежуточного реле KL1. Выдержка времени должна перекрывать интервал времени между размыканием блок-контактов выключателя и нормальным гашением дуги в нем. Выходное реле KL1 включено по схеме с самоудерживанием, его возврат производится после выполнения операции включения реакторного выключателя и последующего срабатывания реле КОС.
При срабатывании дополнительной автоматики реактора блокируется действие на отключение реакторного выключателя всех видов автоматики, в том числе — отключение по команде персонала, выполняемое с помощью реле команды «отключить» КСТ. Для этой цели предусмотрено реле блокировки KL3, которое фиксирует факт действия дополнительной автоматики до ручного возврата, выполняемого с помощью кнопки SB1.
При КЗ в цепи реактора и действии его релейной защиты отключение реакторного выключателя не блокируется. На рис. 2 показан фрагмент схемы управления реакторным выключателем, содержащий цепи электромагнитов отключения выключателя УАТ с размыкающим контактом KL3.2 блокирующего реле. Действие релейной защиты реактора РЗ также фиксируется двухпозиционным промежуточным реле KL2, которое контактом KL2.2 блокирует включение реакторного выключателя от дополнительной автоматики реактора, а также от других устройств автоматики, действующих на включение реактора (рис. 1). Возврат реле фиксации срабатывания релейной защиты реактора производится вручную нажатием кнопки SB1 после выполнения ремонтных работ на реакторе.
Дополнительная автоматика реактора обеспечивает и резервирующее действие в случае отказа во включении реакторного выключателя при действии дополнительной автоматики. При отказе во включении выключателя с дополнительной выдержкой времени, устанавливаемой на контакте КТ 1.4 реле времени, производится отключение линии с двух сторон с запретом АПВ, если реактор подключен к линии, или отключение системы шин подстанции с запретом АПВ, если реактор подключен к шинам подстанции. Резервирующее действие выполняется с помощью промежуточного реле KL4, которое срабатывает с дополнительным контролем с помощью реле КОС отказа включения любой из фаз реакторного выключателя.
Имеющаяся в схеме управления реакторным выключателем защита от непереключения фаз выключателя должна действовать с выдержкой времени, превышающей выдержку дополнительной автоматики не менее чем на 0,2 с.
Действие дополнительной автоматики индицируется на щите управления подстанции световой и звуковой сигнализацией.
В случае срабатывания дополнительной автоматики реакторный выключатель следует, по возможности в короткий срок, вывести для ревизии с целью выявления и устранения неисправностей и повреждений. У выключателей ВНВ, в частности, следует обратить особое внимание на состояние тонкостенных цилиндрических экранов вводов модулей, особо чувствительных к воздействию дуги. После устранения неисправностей и повреждений или при их отсутствии выключатель может быть снова введен в работу. В дальнейшем, если опытом эксплуатации будет установлено, что действие дополнительной автоматики предотвращает повреждение деталей выключателя и что его отказы в отключении тока реактора связаны, главным образом, с первыми двумя рассмотренными ранее причинами, энергосистемой может быть принято решение об отмене ревизии реакторного выключателя после однократного срабатывания дополнительной автоматики.
Главтехуправление Минэнерго СССР санкционировало применение описанной дополнительной автоматики реактора по согласованию с энергосистемами-заказчиками. Энергосетьпроект представляет энергосистемам чертежи типовой дополнительной автоматики для реакторов 330—500 кВ по их заказам. Схемы дополнительной автоматики для реакторных присоединений 750 кВ могут быть разработаны Энергосетьпроектом по индивидуальным заказам.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Беляков Η. Н., Кузьмичева К. И., Рашкес В. С. Требования к межконтактной электрической прочности выключателей 500—750 кВ при коммутациях реакторов и разрыве электропередачи при асинхронном ходе. — Электрические станции, 1987, № 8.
2. Эффективность применения ограничителя перенапряжений на шунтирующих реакторах 750 кВ/ Беляков Η. Н., Казачкова Е. И., Рашкес В. С. и др. — Электрические станции. 1986, № 2.
3. Звездообразный ограничитель перенапряжений для реакторных присоединений 500 кВ/ Кузьмичева К. И., Рашкес В. С., Хоециан К. В. и др. — Электрические станции, 1985, № 9.
4. Рашкес В. С., Комаров А. Н. Сетевые испытания включателя-отключателя шунтирующего реактора 750 кВ. — Электрические станции, 1981, № 12.