§ 38. Схемы для испытания выключателей, отключающих холостые линии
Повышение номинальных рабочих напряжений линий электропередач и резкое увеличение длин линий привело к сильному возрастанию емкостных токов и к утяжелению работы выключателей при отключении холостых линий. Произведенные испытания на линии 400 кВ Куйбышевская ГЭС — Москва показали, что отключение отдельных участков холостой линии происходит при напряжении 2Uн. В период создания сети 400 кВ в ВЭИ, ЛПИ и НИИПТ были выполнены работы по определению требований, которым должны удовлетворять выключатели с точки зрения отключения емкостных токов. В ВЭИ была разработана методика воспроизведения в лабораторных условиях различных режимов отключения емкостных токов. Имеется две разновидности эквивалентных схем для испытания выключателей на отключение холостых линий: схема без повторных зажиганий дуги в выключателе и схема с повторными зажиганиями дуги.
При отключении холостой линии без повторного зажигания дуги в выключателе режим испытания, по сути, сводится к проверке электрической прочности промежутка между контактами выключателя после гашения дуги емкостного тока холостого хода линии. Для воспроизведения характера нарастания напряжения на разомкнутом конце линии можно, в этом случае, длинную линию заменить сосредоточенной емкостью, применив Τ'-образную или П-образную схему замещения. Емкостные токи длинных ЛЭП достигают сотен и тысяч ампер. Создание таких токов требует большой емкости конденсаторов, что удорожает испытание. В ВЭИ в 1954 г. разработана синтетическая схема (рис. 108) для испытания выключателя на 400 кВ, при относительно маломощном источнике. Рассмотрим работу схемы. При замыкании трансформатора Тр через выключатель ИВ протекает ток i. При достижении напряжением трансформатора максимального значения с помощью синхронизирующего устройства пробивается управляемый промежуток УП. При пробое УП включается колебательный контур Ст—Lт промышленной частоты и через ИВ протекает ток iн+iт. Так как iн и ίт находятся в фазе, то гашение дуги в ИВ и ВВ наступает одновременно. В реальных условиях при отключении емкостной нагрузки к контактам ИВ прикладывается напряжение, которое представляет напряжение заряда, оставшегося на линии после обрыва тока. Это напряжение имитируется в схеме испытания напряжением на емкости Сн, приложенным к ИВ. Значение ίн может быть порядка 10 a, a h — порядка сотен и тысяч ампер.
Рис. 107. Принципиальная электрическая схема синтетической установки ВЭИ для испытания выключателей с подачей восстанавливающегося напряжения в момент перехода отключаемого тока через нулевое значение.
Рис. 108. Схема испытания выключателей при отключении холостых линий без повторных зажиганий дуги в выключателе:
УГ — ударный генератор, или сеть; Тр — трансформатор; Сн — емкость, напряжение которой, подаваемое на ИВ, представляет напряжение заряда, оставшегося на линии после обрыва тока; Ст, Lт — емкость и индуктивность колебательного контура промышленной частоты, являющегося источником тока в цепи испытания; УП — управляемый дуговой промежуток;
Напряжение в цепи тока берется таким, чтобы падение напряжения на дуге не влияло на форму кривой тока, и может быть значительно ниже номинального для данного типа выключателя. Испытания, проведенные в ВЭИ, по отключению воздушным выключателем емкостного тока (ίн= 105 a, iт=570 а), а затем испытания в сети 400 кВ подтвердили, что электрическая прочность разрыва была оценена правильно.
Схема испытания выключателей, в которых отключение холостых линий вызывает повторное зажигание дуги
Для испытания выключателей в условиях повторного зажигания дуги применяется схема рис. 109. При испытании такого выключателя необходимо обеспечить эквивалентность процесса гашения дуги высокочастотного тока перезаряда линии. При этом схема испытания должна обеспечить величину и форму кривой тока перезаряда линии, длительность протекания высокочастотного тока, а также характер колебаний при восстановлении напряжения на контактах ИВ после обрыва дуги тока перезаряда линии, т. е. создать условия эквивалентности процессов в схеме испытания и в реальной сети. Изменение параметров основного источника мощности схемы (рис. 109) производится подбором величин: индуктивности Lк.з, емкости С2, регулирующей скорость восстановления напряжения, и сопротивления Rк. Емкость С шунтирует трансформатор Тр и по величине подбирается так, чтобы на ней не происходило существенного изменения напряжения при разряде емкостей C1л... С4л, замещающих линию. Тогда испытания в схеме будут протекать в условиях, при которых мощность короткого замыкания той точки сети, где происходит отключение линии, будет значительно превосходить мощность короткого замыкания за трансформатором Тр.
Линия электропередачи в схеме испытания замещается Т-образными или П-образными звеньями цепочечной схемы с индуктивностями L1л, L2л, L3л, емкостями С1л, С2л, С3л и сопротивлением r. Первый реактор зашунтирован сопротивлением r для того, чтобы обеспечить рост тока в начале процесса. Количество звеньев, замещающих линию с заданными параметрами и длиной, выбирается так, чтобы с достаточной точностью воспроизвести процессы в линии электропередачи при повторных зажиганиях дуги в ИВ.
Электрическая схема установки.
Стенд для испытания выключателей в режиме отключения ненагруженных линий является частью лаборатории мощности отключения [15]. Принципиальная электрическая схема стенда дана на рис. 110. Источник питания — возбужденный генератор УГ при помощи ОВ включается на холостую линию, когда ИВ замкнут. Через заданный отрезок времени ИВ отключает схему замещения холостой линии. Если в ИВ произойдет повторное зажигание дуги, то ОВ отключает генератор. Повышающий трансформатор Тр питается от ударного генератора. В НИЦ в Бескудниково питание осуществляется от подстанции 500 кВ системы «Мосэнерго», где на территорию НИЦ введены линии 110, 220 и 500 кВ (см. рис. 140). Если мощность короткого замыкания испытательной установки значительно меньше мощности короткого замыкания сети, то трансформатор Тр шунтируется емкостью и, кроме того, включается L1 и R1.
Рис. 110. Принципиальная электрическая схема установки для испытания выключателей с повторным зажиганием дуги и цепями измерения и автоматической записи напряжения, тока и давления в выключателе.
При разряде линии на источник питания напряжение U1 на емкости С1 будет изменяться и зависеть от напряжения на линии Uл и емкости линии
. Если в момент повторного пробоя напряжение на емкости равно U1, а на емкости линии С1 равно U1, то на емкости С1 установится новое напряжение
Приняв, что напряжение на емкости С1 при разряде линии изменится на 10%, то есть что U=0,9 U1, можно найти значение С1. Однако, как показали исследования ВЭИ, большое значение С1 невыгодно, поэтому были исследованы различные варианты схемы. Параметры L1 и R1 регулируют величины индуктивности короткого замыкания источника мощности и декремента затухания собственных колебаний напряжения источника. Конденсаторная батарея Св.н предназначена для регулирования скорости восстановления напряжения. Схема замещения линии представлена цепочкой звеньев с индуктивностью звена L2 и емкостью звена С4 и C5. Назначение сопротивления R5, шунтирующего первый реактор R2, — получить начальное возрастание тока при повторном зажигании дуги в ИВ. Измерительные устройства (рис. 110) должны записать осциллограммы перенапряжений при повторном зажигании дуги в ИВ, длительность процесса восстановления напряжения на контактах ИВ, напряжение на линии и т. д. Для измерения этих процессов и величин имеется: ТТ —трансформатор тока для измерений магнитным осциллографом сравнительно медленных процессов; делитель напряжения ДН — для измерения катодным осциллографом и шунт Ш для измерения токов. Подвод от делителя напряжения к катодному осциллографу осуществляется кабелем РК-6 с волновым сопротивлением 50 ом. Кроме того, имеется датчик давления ДД и измеритель давления ИД с записью на магнитном осциллографе. Регистратор хода П записывает ход подвижных частей выключателя (см. гл. IX). Автоматическое управление опытом производится от ПАУ, описание которого дано в гл. X. На рис. 110 показано автоматическое управление от ПАУ для запуска КО и МО и записи давления в выключателе.
В заключение необходимо отметить, что по имеющимся материалам исследований и нормативам, приведенным в ГОСТ 12450-67, регламентирующем методику этих испытаний, которые обычно проводятся в прямых, а не синтетических схемах, этот раздел курса можно было бы выделить в отдельную главу. Однако тесная связь этого раздела с перенапряжениями при повторных зажиганиях дуги в выключателях требует изучения и этих процессов. Поэтому целесообразно этот вопрос изложить в разделе перенапряжений при отключении ненагруженных линий, курса перенапряжений, рассмотрев на этом фоне и методику испытания выключателей.
Эквивалентные схемы испытания выключателей на отключение ненагруженных трансформаторов и малых индуктивных токов
Отключение малых индуктивных токов выключателем высокого напряжения может приводить к преждевременному обрыву тока до перехода его через нулевое значение. Происходит так называемое явление «среза» тока с быстрым спадом его до нуля. При отключении ненагруженных трансформаторов, реакторов запас энергии Li2/2 в виде электромагнитного поля в индуктивности переходит в электростатическую энергию поля, вызывая опасные для изоляции перенапряжения переходного процесса. Если прочность промежутка между контактами ИВ выше максимального уровня возникающих перенапряжений, то, не считаясь с демпфированием,
на индуктивности при отключении может возникнуть перенапряжение
Рис. 111. Схема испытания выключателей на отключение малых индуктивных токов и ненагруженных трансформаторов:
а — источник питания — ударный генератор УГ; б — источник питания — сеть.
многих факторов (давление в ИВ, шунтирование емкости и др.). Поэтому для различных типов выключателей необходимо производить испытания на отключение малых индуктивных токов. Принципиальная схема испытания показана на рис. 111. Источником питания на рис. 111, а является ударный генератор и два трансформатора Τρ1 и Тр2. Регулируемая емкость С, включенная на входе Тр2, должна воспроизводить процессы, характерные для реальных трансформаторов в переходный период. На рис. 111, б источником питания является сеть.
