Недопустимость схем последовательного соединения делительных конденсаторов воздушных выключателей с трансформаторами напряжения серии НКФ
Феррорезонансный контур. В цепях, содержащих последовательно включенные емкость и индуктивность со сталью, могут возникнуть феррорезонансные процессы. Рассмотрим явление феррорезонанса в простейшей схеме на рис. 10.4, а. Зависимость напряжений на элементах схемы от тока представлена вольтамперными характеристиками на рис. 10.4, б. Вольтамперная характеристика нелинейной индуктивности UL =f (I ) изображена кривой А, линейной емкости UC =(1/w c )I - прямой Б и активного сопротивления (UR =RI )–прямой В. Результирующая вольтамперная характеристика схемы изображена кривой Г. Ордината каждой ее точки получена геометрическим суммированием ординат кривых А, Б и В. При относительно малом активном сопротивлении в цепи результирующая кривая Г имеет падающий участок 2-3. С увеличением R этот участок исчезает.
Если в представленном контуре плавно увеличивать напряжение источника ЭДС, начиная с нуля, то каждому значению напряжения Un на результирующей кривой будет соответствовать своя точка (назовем ее точкой п), которая будет перемещаться от точки О к точке 2 , соответствующей напряжению U 2 и току I 2. Если и дальше повышать напряжение, точка п, минуя участок кривой 2-3-4, так как он соответствует меньшему значению напряжения, чем U 2 , сразу переместится в точку 4, что приведет к скачкообразному повышению тока в цепи до значения I 4 , при этом резко изменится угол сдвига фаз между током и общим напряжением: в точке 2 CL 2 >UC 2 и ток отстает от напряжения, в точке 4 UC 4 >UL 4 и ток опережает напряжение . Кроме того, в момент скачка тока сильно возрастает напряжение на емкости и индуктивности.
Если теперь плавно снижать напряжение источника ЭДС, то при достижении им значения U 1 ток в цепи сначала плавно от I 4 до I 3 , а затем скачком уменьшится от I 3 до I 1 .
Таким образом, в последовательной феррорезонансной цепи может возникнуть явление резкого изменения тока при небольшом изменении напряжения на входе цени, а также при изменении значения емкости или параметров катушки со стальным сердечником.
Образование феррорезонансных схем при переключениях. На подстанциях напряжением 220кВ и выше при оперативных переключениях могут образовываться различные последовательные или последовательно-параллельные схемы соединения индуктивности трансформатора напряжения серии НКФ и активного сопротивления его обмоток с емкостью шин и конденсаторов, шунтирующих контактные разрывы воздушных выключателей серий ВВН, ВВБ, ВНВ, ВВД, ВВ и др. В зависимости от соотношений между реактивными элементами в контуре могут возникнуть опасные феррорезонансные явления, при этом на шинах могут появиться повышенные напряжения, а по обмотке ВН трансформатора напряжения серии НКФ будут проходить недопустимые по значению токи, что на практике может привести к повреждению изоляции обмотокёи даже пожару трансформаторов напряжения.
Приведем примеры. На подстанции выводилась в ремонт I система сборных шин 220кВ. Когда от этой системы шин с трансформатором напряжения серии НКФ были отключены воздушные выключатели всех электрических цепей и шины остались соединенными с источником питания пятью параллельными емкостными цепочками шунтирующих конденсаторов типа ДМР-55-0,0033, в схеме возник феррорезонанс, при котором напряжение на I системе шин повысилось до 300кВ, а по обмоткам ВН трансформатора напряжения серии НКФ в течение нескольких десятков минут проходил опасный ток. Был замечен белый дым, выходивший из трансформатора напряжения. После отключения и вскрытия трансформатора напряжения было обнаружено тепловое разрушение обмоток ВН.
Рис. 10.4. Последовательная феррорезонансная цепь:
а - принципиальная схема;
б - вольтамперные характеристики элементов
Феррорезонансные процессы имели место и при автоматических отключениях, например, при действии УРОВ. На одной подстанции при КЗ на линии и неполнофазном отключении ее воздушного выключателя УРОВ была обесточена система шин 220 кВ с трансформатором напряжения серии НКФ. Через емкостные делители контактных разрывов четырех выключателей (трех типа ВВБ-220 и одного типа ВВН-220) образовалась последовательная цепь из емкостей и индуктивности трансформатора напряжения, в которой возник феррорезонансный процесс, сопровождающийся значительным повышением напряжения на шинах, что было замечено по щитовым приборам. От прохождения опасного тока по обмоткам ВН трансформатора напряжения серии НКФ одна фаза его взорвалась.
Рис. 10.5. Образование феррорезонансного контура при отключении автотрансформатора:
а - положения коммутационных аппаратов; б - электрические элементы контура; в – схема замещения
На подстанциях, имеющих схемы, выполненные многоугольником, также неоднократно наблюдались феррорезонансные явления. Схема подстанции 500 кВ представляла собой шестиугольник с одной электрической цепью в каждом его узле (рис. 10.5, а ). В узле А присоединения автотрансформатора Т1 был жестко подключен трансформатор напряжения типа НКФ-500. Автотрансформатор Т1 был выведен в ремонт отключением выключателей Q 1, Q 2 и разъединителей QS 3. Трансформатор напряжения в узле А остался подключенным через емкости, шунтирующие разомкнутые контакты отделителей воздушных выключателей Q 1 и Q 2 (рис. 10.5, б). По прошествии некоторого времени было замечено сильное коронирование на трансформаторе напряжения и появление дыма из его нижних каскадов. Трансформатор напряжения типа НКФ-500 был выведен в ремонт. При вскрытии нижнего его каскада было обнаружено разрушение витковой и слоевой изоляции, а также спекание проводов обмотки ВН. Тепловой характер разрушения изоляции свидетельствовал о длительном прохождении тока до 0,3 А, плотность которого в тонкой первичной обмотке трансформатора напряжения превысила плотность тока плавления провода.
Последовательность операций, исключающая феррорезонансные процессы. Для предотвращения феррорезонансных явлений в схемах подстанций напряжением 220 кВ и выше оперативные переключения следует производить в такой последовательности, при которой не создавались бы схемы последовательного соединения делительных конденсаторов воздушных выключателей с трансформаторами напряжения серии НКФ. На подстанциях, где трансформаторы напряжения имеют разъединители, при выводе в ремонт системы шин (узла электрической цепи) с трансформатором напряжения серии НКФ его разъединители следует отключать перед отключением выключателя последнего присоединения, питающего шины или узел. При вводе в работу системы шин или узла электрической цепи разъединители трансформатора напряжения следует включать лишь после включения под рабочее напряжение этой системы шин или узла схемы.
На случай отключения выключателей от системы шин с трансформатором напряжения серии НКФ действием УРОВ необходимо предусматривать АПВ одной любой отключенной со всех сторон электрической цепи для того, чтобы расстроить возможный феррорезонансный контур.
Широко практикуется запрет на отключение выключателя одного из силовых трансформаторов при срабатывании дифференциальной защиты шин. Ее действием при КЗ на шинах высшего напряжения отключаются выключатели трансформатора лишь со стороны среднего и низшего напряжений.
Если трансформатор напряжения серии НКФ не имеет разъединителей, то ввод в работу системы шин, а также вывод из работы системы шин или узла электрической цепи с присоединенным трансформатором напряжения серии НКФ должны производиться шинными или узловыми разъединителями при включенном воздушном выключателе одной из электрических цепей, который соответственно первым включается или последним отключается. При этом необходимо каждый раз деблокировать блокировку между выключателем и разъединителями. Это действие специально оговаривается в местной инструкции по производству переключений. Порядок деблокирования и ввода блокировки в работу указывается в бланке переключений. Последовательность операций при включении всех последующих, а также при отключении предпоследних электрических цепей производится обычным порядком.
Сказанное поясним на примере схемы рис. 10.5 с тем условием, что после вывода автотрансформатора из работы по соображениям надежности замкнем схему шестиугольника. Последовательность операций при выводе из работы автотрансформатора должна быть следующей: после отключения выключателей Т1 со стороны низших напряжений первыми отключают воздушные выключатели Q 1, Q 2 и разъединители QS 1, QS 2 и последним QS 3. Для замыкания шестиугольника без автотрансформатора сначала включают воздушный выключатель Q 1, а затем разъединители QS 1 и QS 2. Включением воздушного выключателя Q 2 замыкают схему шестиугольника.
Последовательность операций при вводе в работу автотрансформатора после ремонта должна быть следующей: отключают воздушный выключатель Q 2 (размыкается шестиугольник), отключают разъединители QS 2, QS 1 и воздушный выключатель Q 1, включают разъединители QS 3, а затем QS 1 и QS 2, включают воздушные выключатели Q 1 и Q 2 (замыкается шестиугольник), далее включают Т1 под нагрузку со стороны низших напряжений.
Смысл указанной последовательности операций очевиден: при отключенных выключателях Q 1 и Q 2 к узлу А помимо трансформатора напряжения должен быть приключен автотрансформатор, индуктивность которого расстраивает резонансный контур.
В настоящее время ведутся разработки устройств борьбы с феррорезонансом. Так, например, СКТБ ВКТ Мосэнерго разработано и передано в опытную эксплуатацию устройство подавления феррорезонанса типа УПФ-220. Оно подключается к вторичным обмоткам (соединенным по схеме разомкнутого треугольника) трансформатора напряжения серии НКФ и путем кратковременного шунтирования вторичных обмоток с помощью тиристоров в момент появления феррорезонанса изменяет электрические и магнитные параметры трансформатора напряжения, что и приводит к подавлению феррорезонансных явлений. Блоки управления тиристорами вводятся в работу вручную перед началом оперативных переключений в РУ, а также автоматически от выходных реле ДЗШ и УРОВ при их срабатывании.
Это явление принято называть "опрокидыванием" фазы.