Электромагнитная обстановка на объектах энергетики



Параметры пачек импульсов для различных степеней тяжести испытаний (длительность нагружения 1 мин)

Тяжесть испытаний	Испытательное напряжение ±10 % (провода электроснабжения), кВ	Испытательное напряжение ±10 % (сигнальные провода линии передачи данных), кВ	Частота повторения импульсов, кГц
1	0,5	0,25	5
2	1	0,5	5
3	2	1	5
4	4	2	2,5
Х	По договорённости	По договорённости	По договорённости

Рис. 10 Принципиальная схема имитатора помехи в виде пачки импульсов

Имитация широкополосных мощных помех

Мощные импульсы перенапряжений возникают вследствие грозовых разрядов, коммутационных операций в электроэнергетических системах и т.д. Их имитация осуществляется классическими импульсами грозовых и коммутационных перенапряжений (двойная экспоненциальная функция), используемыми при испытаниях изоляции высокого напряжения (рис. 7.11 а). Так как определение длительностей фронта Т_ф импульса Т_и несколько затруднительно, на практике определяют время нарастания Т_н по точкам 30 и 90 %, умножая его на 1,67:

.



Длительность импульса для упрощения определяется чаще всего как длительность импульса по рис. 7.11 б, что вполне допустимо ввиду того, что и из-за больших допусков.

Обычные временные параметры: грозовой импульс 1,2/50: =1,2 мкс ±30 %; =50 мкс ±20 %.;коммутационный импульс 10/700: =10 мкс ±30 %; =700 мкс ±20 %.

Формы кривых напряжения на рис. 11 сильно идеализированы. Реальные грозовые перенапряжения часто обнаруживают ступеньки на фронте или могут складываться из нескольких следующих друг за другом импульсов (многокомпонентные молнии) и иметь большую крутизну.

Рис. 11 Определение длительности фронта и длительности импульса, а также времен нарастания перенапряжений: а - длительность фронта и время спада ; б - время нарастания и время спада

Генераторы для получения импульсов, подобных изображенным на рис. 11а, ранее реализовывались как одноступенчатые контуры с относительно большим внутренним сопротивлением и часто применялись для испытания изоляции (рис. 12). При срабатывании ключа ИП (искровой промежуток, вакуумное реле, тиристор и т.д.) конденсатор-накопитель энергии С_н перезаряжается через демпфирующий резистор R_д на емкость нагрузки С_наг.



Рис. 12 Однокаскадная импульсная цепь для воспроизведения напряжений грозовых разрядов и коммутационных импульсов

Время нарастания определяется при как

Т_н=2,2 R_д С_наг.

Затем конденсаторы С_наг и С_н разряжаются через резистор R_р с постоянной времени

.

Вышеприведенное справедливо для высокоомных испытуемых объектов с малой емкостью. У приборов с устройствами защиты от перенапряжений (разрядники с инертным газом и ограничители перенапряжений на основе ZnO, защитные диоды, конденсаторы фильтров) испытание изоляции в комбинации с защитными устройствами нерационально, так как защитные элементы ограничивают испытательное напряжение низкими значениями, и требуемого нагружения изоляции не происходит. В этом случае много важнее вопрос, могут ли защитные элементы выдержать ток при мощных перенапряжениях, получаемых от источников с низким сопротивлением. Для этого был разработан гибридный генератор, который у высокоомных испытуемых объектов создает напряжения требуемых форм, у низкоомных (например, после срабатывания защиты от перенапряжений) возбуждает близкий к встречающемуся на практике ток короткого замыкания Т_ф/Т_и = 8/20 мкс (рис.13).

Рис. 13. Определение временных параметров импульсов: а - длительность фронта Т_ф и время спада Т_и; б - время нарастания Т_н; в - импульс тока 8/20мкс

Так же как при импульсах напряжения вначале определяют время нарастания Т_н и умножают его на 1,25:

Т_ф=1,25Т_н.

Различные коэффициенты по сравнению с (7.1) получаются вследствие определения длительности фронта импульса (прямая, аппроксимирующая фронт, проходит через 10 % вместо 30 %).

Длительность импульса Т_и отличается от длительности импульса Т'_и на коэффициент 1,25, т. е.

Т_и = 1,25 Т'_и.

Общепринятые временные параметры импульса тока: Т_ф = 8 мкс ± 20 % и Т_и = 20 мкс ± 20 % или Т_н = 6,4 мкс ± 20 % и Т_и = 16 мкс ± 20 %.

Следует отметить, что у импульсного тока 8/20 мкс форма кривой может быть не апериодической и содержать участок противоположной полярности с амплитудой до 30 %.



Рис. 14 Гибридный генератор (принципиальная схема)

Основная схема гибридного генератора показана на рис. 7.14. В противоположность обычным высокоомным контурам, у которых фронт импульса формируется RС-цепью из демпфирующего сопротивления и емкости нагрузки, формирование импульса происходит при помощи L/R-звена. В этом случае время нарастания напряжения холостого хода в импульсе рассчитывается как

,

а постоянная времени спада

.

Генератор импульсных токов 10/350, 8/20 и 8/80 мкс

При ударах молнии в объекты и последующем срабатывании защитных устройств (разрядников, защитных промежутков ограничителей перенапряжений и т.д.) или перекрытии изоляции формируется импульс тока, близкий по форме к испытательному импульсу 8/20 мкс, амплитуда которого может составлять от нескольких килоампер до 200 кА.

Международной электротехнической комиссией и Европейским Союзом установлены нормы для испытательных токов 10/350 мкс, 8/20 мкс.

Устройство и работа генератора. Основным элементом генератора является емкостной накопитель энергии - блок конденсаторов, разделенный на три группы номинальным напряжением 100 кВ каждая. Все группы конденсаторов через зарядные резисторы R₃ заряжаются напряжением положительной или отрицательной полярности (рис. 7.14). Блок конденсаторов содержит три стартовых разрядника СР и шунтирующий разрядник ШР, а также сменные резисторы R_и и катушки индуктивностей L_и для формирования испытательных импульсов. Для управления разрядниками в состав генератора введены генераторы импульсных напряжений ГИН-1 и ГИН-2.

Для запуска генератора от ГИН-1 подается импульс напряжения на стартовые разрядники. В момент достижения током максимального значения от ГИН-2 подается импульс высокого напряжения на шунтирующий разрядник, и разрядный ток из колебательного режима переходит в апериодический. Время включения ГИН-2 регулируется линией задержки ЛЗ.

Испытательный ток передается в испытуемый объект непосредственно (объект подключается к зажимам А и В) или через кабельный трансформатор, подключаемый к этим же зажимам, ко вторичной обмотке которого присоединяется испытуемый объект.

Для осциллографирования и контроля тока, протекающего через испытуемый объект, в блоке нагрузки размещены шунт и пояс Роговского. Тело шунта является полувитком первичной обмотки пояса Роговского. Вторичная обмотка намотана на ферритовом сердечнике. Она нагружена на резистор, который вместе с индуктивностью вторичной обмотки образует интегрирующую цепь.

Параллельно испытуемому объекту подключен делитель напряжения для измерения падения напряжения на нагрузке. Делитель напряжения снабжен устройством для компенсации индуктивной составляющей напряжения на объекте.

Стартовые разрядники выполнены многозазорными, работающими в атмосферном воздухе. Для их синхронной работы использованы развязывающие LC-элементы, не показанные на рис. 15. Шунтирующий разрядник ШР также представляет собой воздушный многозазорный коммутатор.

Рис. 15 Принципиальная электрическая схема генератора

Кабельный трансформатор изготовлен из пяти витков кабеля высокого напряжения. Жила образует первичную обмотку, а пять отрезков оболочки, соединенные параллельно, - вторичную. Диаметр трансформатора равен 1,2 м. Генератор обеспечивает следующие нормированные параметры.

Импульс тока 10/350 мкс:

– амплитуда тока - от 10 до 200 кА;

– длительность фронта импульса - 10 мкс (+/-10 %);

– длительность импульса - 350 мкс (+/-10 %);

– переносимый заряд - до 100 Кл;

– удельная энергия - до 10 МДж/Ом.

Осциллограммы этого тока в разных масштабах времени показаны на рис.16.

Рис. 16 Осциллограммы тока 10/350 мкс



Импульс тока 8/20 мкс:

– амплитуда тока - от 10 до 200 кА;

– длительность фронта импульса - 8 мкс (+/-10 %);

– длительность импульса - 20 мкс (+/-10 %).

Осциллограмма этого тока показана на рис.17.

Рис. 17 Осциллограмма импульса тока 8/20 мкс

Импульс тока 8/80 мкс:

– амплитуда тока - от 10 до 100 кА;

– длительность фронта импульса - 8 мкс (+/-10 %);

– длительность импульса - 80 мкс (+/-10 %).

Осциллограммы этого тока показаны на рис.18.

Рис. 18 Осциллограммы тока 8/80 мкс

Наибольшая амплитуда испытательных токов определяется индуктивностью объекта испытаний. Схема с кабельным трансформатором используется для получения испытательных токов амплитудой от 50 до 200 кА при индуктивности объекта испытаний до 0,2 мкГн. При подключении объекта испытаний (индуктивность объекта - до 2 мкГн) без кабельного трансформатора амплитуда испытательных токов изменяется в диапазоне от 10 до 50 кА.

Имитация разрядов статического электричества

Для имитации разрядов статического электричества требуются накопитель статического электричества (конденсатор), источник постоянного высокого напряжения, резистор и разрядный электрод (рис. 19). Конденсатор С_н, заряженный от источника постоянного напряжения требуемой полярности до необходимого напряжения, разряжается через резистор и электрод РЭ на испытуемый объект. Электрод подводится к испытуемому объекту, пока напряжение пробоя уменьшающегося воздушного промежутка не станет равным напряжению на С_н и не возникнет искровой разряд. Для имитации разрядов с тела человека сопротивление R_p должно составлять приблизительно 1 кОм, разрядов с малогабаритной мебели - 10-50 Ом.

Рис.19 Принципиальная схема имитатора разрядов статического электричества: С_н - конденсатор-накопитель энергии; R_р - сопротивление разряда; РЭ - электрод

При имитации разрядов статического электричества возникают и другие трудности. Из-за статистической природы искра не всегда имеет одинаковую временную характеристику; напряжение пробоя разрядного промежутка зависит от атмосферного давления и температуры (иными словами, от плотности воздуха). По этой причине часто осуществляют постоянное соединение источника с испытуемым объектом и подключают источник высокого напряжения при помощи срабатывающего с должной воспроизводимостью коммутатора-реле (рис. 7.20). В качестве коммутаторов пригодны реле, заполненные водородом или элегазом под давлением. Худшими характеристиками обладают вакуумные реле из-за сильного дребезга контактов. Имитаторы с высоковольтными реле отличаются лучше воспроизводимой формой импульса тока, но имитируют параметры искры разряда статического электричества во многих отношениях с худшим качеством, чем простая схема, показанная на рис. 19.

Рис. 20 Имитатор разрядов статического электричества с высоковольтным реле

Оценка помех при грозовых разрядах

Ток молнии обычно составляет десятки и даже сотни килоампер, т.е. часто значительно превосходит ток КЗ. Подробно картина возникновения грозового разряда рассмотрена в главе 3.

Оценка помех от молний (как аварийных потенциалов, так и наводок в кабельных коммуникациях) представляет собой сложную задачу. Сложность экспериментального определении очевидна: молниевый разряд в непосредственной близости от интересующего объекта - явление достаточно редкое. Это касается как разрядов молнии между двумя облаками, так и между облаком и землей. В последнем случае разряд обычно приходится на возвышающиеся над землей деревья или искусственные сооружения. На территории больших предприятий часто устанавливают специальные молниеотводные мачты, имеющие связь с общим заземляющим устройством.

Для оценки помех от разряда молнии иногда используют генератор импульсов, описанный выше. Производится имитация разряда молнии на молниеотводную мачту или портал ВЛ. При этом производится измерение импульсных полей в месте размещения аппаратуры, импульсных помех в различных цепях, а также импульсных потенциалов на элементах ЗУ. Полученные значения затем пересчитываются к ожидаемым значениям токов в стволе молнии. Примерная схема таких измерений приведена на рисунке 21 для измерения потенциала элемента заземляющего устройства при ударе молнии.

Рис. 21 Измерение молниевого потенциала с помощью генератора импульсов: 1 - токовый электрод, 2 - точка возможного удара молнии, 3 - конструкция, потенциал которой требуется определить, 4 - потенциальный электрод, ЗУ - заземляющее устройство, А - измеритель импульсов тока, V - измеритель импульсов напряжения, Г - генератор импульсов

Для данного вида испытаний внутреннее сопротивление генератора может быть снижено.

При выполнении подобных испытаний имеется два серьезных источника погрешностей. Во-первых, существует опасность искажения формы импульса за счет влияния сравнительно длинных линий, ведущих к токовому и потенциальному электродам. Действительно, спектр импульса лежит в диапазоне от десятков кГц до десятков МГц, и, следовательно, линия протяженностью несколько десятков метров является уже электрически длинной. С другой стороны, токовый электрод должен располагаться достаточно далеко, чтобы не вносить искажений в распределение потенциала вблизи точки измерения.

Во-вторых, на этих частотах велико индуктивное влияние провода с током генератора на распределение токов в заземлителе и цепях измерения. Действительно, в реальности удар молнии обычно происходит сверху вниз или под некоторым небольшим углом к вертикали, в то время как провод генератора располагается горизонтально над землей.

При разряде молнии в объект оцениваются следующие виды воздействия тока молнии:

· полевые наводки на кабелях и воздействие импульсных магнитных полей на оборудование;

· термическое воздействие тока молнии на заземляющие проводники и оболочки и экраны кабелей;

· обратное перекрытие с земли на жилы кабелей.

Оценка импульсных помех

Помехи данного типа возникают при коммутациях при протекании ВЧ-токов по ошиновке подстанции. Электромагнитные поля от этих токов взаимодействуют с кабелями цепей вторичной коммутации, в результате этого взаимодействия в них наводятся импульсные помехи.

Наибольший уровень полевых помех может быть при возникновении кз на ОРУ. Однако, так как при коммутациях первичного оборудования на подстанции при определенных условиях уровень полевых помех может быть выше допустимого, то определение помех проводится и для этих случаев.

Определение помех проводится в несколько этапов.

· Проводится определение наиболее опасных видов коммутаций

· На объекте проводятся имитации коммутационных процессов и контрольного провода, проложенного по трассе прокладки вторичных кабелей.

· Определяются реальные характеристики объекта - коэффициент экранирования соседними кабелями К_взаим, коэффициент экранирования собственным экраном К_экр. На действующих объектах проводятся измерения помех на кабелях защитой на контрольном проводе при реальных коммутациях и сравнение полученных результатов с результатами расчетов.

· Определение максимальных значений помех расчётным путём.

Контрольный провод прокладывается по трассе прокладки кабелей от оборудования до терминалов защит по земле рядом с кабельным каналом. В провод, подвешенный на высоте 1 м от земли, подается ток от генератора ВЧ импульсов. На щите проводятся измерения напряжений в проводе и контрольных кабелях. При наличии у кабелей экранов измерения повторяются при заземлении их со стороны щита, со стороны оборудования и с обеих сторон.

В результате проведенных измерений на подстанциях и станциях различного класса напряжения было установлено, что уровень полевых импульсных помех при коммутациях и коротких замыканиях может превысить допустимое для микропроцессорных устройств РЗиА в том случае, если трасса прокладки кабелей цепей вторичной коммутации проходит под системой, шин или вблизи и ее кабели проложены в кабельных лотках на поверхности земли. При прокладке кабелей в кабельных каналах, как правило, коэффициент экранирования от импульсных электромагнитных полей не менее 20 и уровень полевых помех не превышает 1 кВ.

4. Влияние геомагнитных бурь на работу электроэнергетических систем

Наличие у Земли постоянного магнитного поля объясняется конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре (дина-моэффект - самовозбуждение магнитных полей вследствие движения проводящей жидкости или газовой плазмы). Магнитное поле Земли является совокупностью постоянного поля, вклад которого составляет приблизительно 99 % и переменного, на долю которого приходит около 1 %.

Область околоземного пространства, его физические свойства определяются электрическим и магнитным полями Земли, их воздействием с электромагнитным и корпускулярным излучением Солнца. В околоземном пространстве, в том числе и на поверхности Земли, возникают результирующие электрические и магнитные поля. Корпускулярное излучение (солнечный ветер) очень изменчиво. Его интенсивность возрастает с увеличением пятен на Солнце, что вызывает изменение электромагнитной обстановки на Земле.

Электрическое поле Земли направлено перпендикулярно к земной поверхности, заряженной отрицательно относительно верхних слоев атмосферы. Напряженность электрического поля у поверхности Земли Е_зем?130 В/м, она бывает с высотой по экспоненциальному закону. На высоте 9 км Е_зем ? 5 В/м. В течение года напряженность изменяется, максимально достигая величин 150-200 В/м зимой (январь-февраль) и уменьшается до 100-120 В/м летом. Суточные изменения электрического поля связаны с грозовой деятельностью.

Напряженность магнитного поля Земли характеризуется двумя параметрами. Горизонтальная составляющая максимальна у экватора (Н_гор=20-30 А/м) и убывает к полюсам (до единиц А/м). Вертикальная составляющая Н_верт у полюсов составляет 50-60 А/м, уменьшаясь у экватора до весьма малой величины.

Если создать на поверхности Земли однопроводный незамкнутый контур CFD (рис. 22), то электромагнитная индукция, выражаемая законом Фарадея, имеет вид:

,

где - напряженность электрического поля;

- скорость изменения вектора магнитной индукции ;

и - элементы интегрирования, как показано на рис.7.23.

Рис. 22 Контур с геомагнитным полем, в котором направлено вверх (...), +++ - участки с противоположным направлением: 1 - переменное магнитное поле; 2 - наведенное электрическое поле; 3 - поверхность А

Хорошо видно, что значение индуцированной электродвижущей силы определяется скоростью изменения магнитного - в нашем случае геомагнитного поля. Это означает, что основная «перекачка» энергии по магнитоплазменной цепочке процессов на линии «Солнце-Земля» происходит при быстропеременных электромагнитных процессах типа солнечных вспышек, сопровождаемых ионосферными бурями. В спокойном состоянии, а тем более в периоды ионосферных бурь, напряженность магнитного поля на поверхности Земли находится в состоянии непрерывного изменения.

На рис. 23 приведены вариации геомагнитного поля в спокойный и возмущенный периоды. Характерной особенностью изменения геомагнитного поля в обоих случаях является квазилинейная зависимость напряженности поля от времени на хаотически меняющихся временных интервалах. Для грубых оценок постоянную скорость изменения поля на каждом из временных отрезков можно принять для северных районов в диапазоне от 0,2 до 3 нТ/с (среднее значение около 1 нТ/с).

Рис. 23 Вариации геомагнитного поля в спокойной и возмущённый периоды

Изменения электрического и магнитного полей приводит к возникновению разности потенциалов между точками на поверхности Земли. Исследования показали, что градиенты этих потенциалов во время геомагнитных бурь в Северной Америке достигали 7 В/км, в Финляндии 10 В/км, в Швеции 10-20 В/км. Такие изменения охватывают большие географические пространства, и разность потенциалов между удаленными точками достигает нескольких киловольт.

При наличии удаленных друг от друга на большое расстояние заземленных точек в установках сильного или слабого тока, связанных между собою линиями электропередачи или связи, возникает циркуляция токов, которые могут вызывать нарушения эксплуатации оборудования.

Так как потенциалы в широтном направлении больше, чем в меридианном, токи, индуктированные в ВЛ, идущих в направлении восток-запад, обычно значительно больше, чем в ВЛ такой же длины, идущих с севера на юг.

Значения индуктированных геомагнитных токов зависят от разности потенциалов, возникающей при геомагнитной буре между заземленными точками электрической системы (и, следовательно, от географического направления ВЛ) и от сопротивления проводов ВЛ, обмоток трансформаторов и заземлений подстанций.

При данном градиенте геомагнитного потенциала индуктированные токи на линиях высокого и особенно сверхвысокого напряжения с расщепленными проводами очень большого сечения и с малым сопротивлением для этих токов значительно больше, чем на ВЛ с одиночными проводами.

Во время геомагнитных бурь в нейтралях трансформаторов 400 кВ были зарегистрированы индуктированные токи до 165 А. Измерения этих токов производились с помощью регистрирующих амперметров включаемых в цепь нейтрали трансформаторов.

Некоторое представление о том, насколько часто индуктированный ток может достигать больших значений, можно получить, изучив рис.7.24, где показано число дней за период январь - октябрь 1978 г., когда измерявшийся в сети 400 кВ индуктированный ток превышал значение, равное 80 А. По этим измерениям каждый второй день ток превышал 5,5 А, а раз в месяц 48 А. Значительные токи возникают в третичных обмотках трансформаторов, соединенных в треугольник. При протекании индуктированных токов даже при отсутствии нагрузки ток в третичной обмотке может превышать его номинальное значение.



Рис. 24 Число дней за период январь - октябрь 1978 г., когда индуктированный в сети 400 кВ ток превышал значение 80 А

В автотрансформаторах создается прямой гальванический путь для индуктированных при геомагнитных бурях токов от линий, присоединенных к обмотке ВН автотрансформатора к линиям, присоединенным к обмотке СН, через последовательную обмотку. Этот путь соединяет две удаленные друг от друга заземленные точки в системе через активное сопротивление этой обмотки, значительно меньшее, чем сопротивление заземления нейтрали автотрансформатора, во многих случаях больше, чем индуктированные токи, текущие через цепь нейтрали. Индуктированные токи могут в десятки раз превышать токи намагничивания трансформаторов и вызывать насыщения стали в трансформаторе в течение одного полупериода. Такое насыщение в силовых трансформаторах и трансформаторах тока и возникающие при этом гармоники могут нарушать работу релейной защиты.

Насыщение стали трансформаторов приводит к тому, что потребляемая трансформаторами реактивная мощность значительно возрастает, что может вызвать недопустимое снижение напряжения в системе. Если к обоим концам линии сверхвысокого напряжения присоединены шунтирующие реакторы, через цепь, образованную заземленными нейтралями реакторами и фазами ВЛ, также могут протекать индуктированные геомагнитные токи. При отключении реактора (например, для проведения ремонтных работ) от линии, с которой снято напряжение, ток не снижается до нуля и происходит его срез. Из-за большой мощности реакторов выделяющаяся при срезе тока накопленная энергия даже при малых индуктированных токах значительна, вследствие чего возникают перенапряжения, и промежуток между контактами разъединителя перекрывается дугой.

В условиях интенсивной геомагнитной бури в результате возросших перетоков реактивной мощности не исключена возможность ложной работы релейных защит. При больших нагрузках в системе это может привести к системной аварии.

В Швеции во время геомагнитной бури 13 ноября 1980 г. произошло отключение 30 выключателей в сетях 400, 220 и 130 кВ.

В России в ноябре 2001г. в линии 330 кв Мончегорск-Оленегорск был наведён ток с амплитудой 300 А, в результате чего произошло два аварийных отключения.

В процессе развития геомагнитных бурь значения и распределение потенциалов на поверхности земли непрерывно изменяются, поэтому точное определение значений индуктированных токов не является необходимым. Однако приведенные данные являются характерными и дают представление об ожидаемых значениях токов при интенсивных отклонениях от нормальной солнечной активности.

По расчетам понижение напряжения на шинах подстанций 110-500 кВ, вызываемое протеканием индуктированных токов, может достигать 20 %. Понижение напряжения из-за увеличения потребления реактивной мощности трансформатора вызывает уменьшение производимой генераторами активной и реактивной мощности. Как показывают расчеты, уменьшение вырабатываемой мощности может составлять 0,5-3,9 % в южных районах и 5,5-11,1 % - в северных. Понижение напряжения вызывает также уменьшение суммарной присоединенной нагрузки, которое при неблагоприятных обстоятельствах может превышать 9 %.

Снижение напряжения и изменение потокораспределения нагрузки оказывает также влияние на потери в системе. В то время как в южных районах в условиях малой летней нагрузки потери могут даже уменьшаться, в северных частях объединенной системы потери при геомагнитных бурях всегда возрастают и в некоторых режимах увеличиваются на 27 %.

Было установлено, что во время геомагнитных бурь перетоки активной мощности уменьшаются, что обусловлено снижением напряжений по концам линий. Сильная геомагнитная буря может препятствовать передаче мощности, определяемой условиями экономичности или требованиями аварийного режима. Изменение уровней напряжений по концам межсистемной связи вызывает также изменение передаваемой по ней реактивной мощности и в некоторых случаях может вызвать изменение направления потока реактивной мощности по линии.

Потребление реактивной мощности на подстанциях 500 кВ при наличии индуктированных токов растёт. Увеличение потребления реактивной мощности вызывает увеличение реактивной нагрузки генераторов на расположенных вблизи электростанциях. Как показали проведенные расчеты, реактивная нагрузка некоторых генераторов достигает предельно допустимого для них значения.

Для оценки влияния индуктированных геомагнитных токов при различных коммутациях ВЛ сверхвысокого напряжения были произведены с помощью модели системы исследования включения длинного участка ВЛ 500 кВ.

При отсутствии геомагнитных токов повышение напряжения на приемном конце незагруженной ВЛ в установившемся режиме составляет 15 %, гармоники, возникающие вследствие значительного насыщения стали трансформаторов в течение одного полупериода при протекании геомагнитных токов, создают дополнительное повышение напряжения.

Поэтому при протекании значительных индуктированных токов повышение напряжения на приёмном конце может вызвать отключение линии защитой от повышения напряжения.

При пофазном управлении успешность ОАПВ зависит от погасания дуги во время бестоковой паузы.

Исследование влияния индуктированных токов на ток дуги при ликвидации однофазного замыкания на землю в середине участка ВЛ 500 кВ показало, что ток вторичной дуги увеличивается с 11,4 А при отсутствии индуктированного тока в автотрансформаторе 500 кВ до 100 А при индуктированном токе 130 А на фазу.

Так как при насыщении стали, вызываемом индуктированными токами, генерируются как четные, так и нечетные гармоники, ток вторичной дуги может содержать значительный процент второй, четвертой и шестой гармоник. Увеличение тока вторичной дуги требует дополнительного времени для ее погасания и при данной длительности бестоковой паузы вероятность успешного ОАПВ уменьшается.

При одностороннем отключении протяженной линии, несущей большую нагрузку, вследствие большой разницы в углах напряжений по концам линии восстанавливающееся напряжение на контактах выключателя может оказаться чрезмерно большим. При протекании индуктированных токов значение восстанавливающегося напряжения возрастает, и моменты времени, в которые ток в отдельных фазах снижается до нуля, изменяются по сравнению с моментами времени при отсутствии этих токов.

Влияние геомагнитных бурь на работу фильтров гармоник

Увеличение содержания гармоник в кривой тока намагничивания трансформаторов в результате насыщения, вызываемого индуктированными геомагнитными токами, приводит к возрастанию нагрузки фильтров гармоник. Уже при относительно небольших значениях индуктированных токов фильтры перегружаются и должны быть отключены защитой. Отключение фильтров может повлечь за собой необходимость ограничения нагрузки ППТ. Увеличение содержания гармоник в кривых тока сопровождается значительным искажением формы кривой напряжения.

При больших индуктированных токах коэффициент искажения формы кривой напряжения может достигнуть 30-40 %, создавая возможность нарушения коммутации инверторных вентилей и снижения пропускной способности ППТ.

Влияние геомагнитных бурь на работу релейной защиты

Для исследования влияния индуктированных токов на характеристики трансформаторов тока в установившихся и переходных режимах и релейных защит были выполнены расчеты ожидаемых максимальных значений индуктированных токов. Расчеты, произведенные при широтной составляющей 0,6 В/км, показали, что при этих условиях через трансформаторы тока, установленные на сторонах 500 и 230 кВ, будут протекать токи - 223, 184 А.

Индуктированные токи могут вызывать насыщение в трансформаторах тока аналогично подмагничиванию постоянной слагающей тока кз Обычно постоянная слагающая тока кз значительно больше максимальных значений индуктированных токов. Однако эта слагающая затухает в течение нескольких периодов, в то время как длительность периодов индуктированных токов составляет несколько минут. Это необходимо учитывать при оценке характеристик трансформаторов тока при воздействии геомагнитных токов.

Разрыв первичной цепи при наличии индуктированного тока может привести к тому, что отключение тока в трансформаторе будет происходить при повышенной магнитной индукции. Это приведет к остаточной намагниченности.

Результаты расчетов показали, что для трансформатора тока с коэффициентом трансформации 400/1 с нормальной нагрузкой при увеличении первичного индуктированного тока с 50 до 400 А остаточный поток возрастет с 17,4 до 77,8 %.

Правильность срабатывания релейных защит при наличии индуктированного тока зависит от характеристики трансформаторов тока. При оценке характеристик релейных защит следует учитывать характеристики трансформаторов тока в установившемся и переходном режиме. Следует учитывать также возможность появления большого остаточного потока трансформаторов тока при отключении во время протекания индуктированного тока. Большая остаточная намагниченность и большая постоянная слагающая магнитного потока трансформатора тока могут привести к сокращению длительности времени до возникновения насыщения, если трансформатор тока подвергается воздействию постоянной слагающей тока кз той же полярности, что и индуктированный ток.

Размещено на Allbest.ru

...