автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Исследование и разработка мероприятий по обеспечению надежной эксплуатации сетей генераторного напряжения, оснащенных выключателями различных типов

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПЕТРОВА НАШИ ФЕЛИКСОВНА

УДК 621.316.542.064.241.027.3

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СЕТЕЙ ГЕНЕРАТОРНОГО ШПРЯЖЕНКЯ, ОСНАЩЕННЫХ ВЫКЛП'ИШЯНИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Специальность 05.14.12 - Техника высоких напряжений

Авто ре фе р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1993

Работа выполнена в Новосибирском государственном техническом университета.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор К. П. Кздомская

Официальные оппонента:

доктор технических наук,

Профе С СОр Г. А. ЕВДОКуН1Ш,

кандидат технических наук, ет.н.с. И.А.Ефремов

Ведущая организация:

Кучно-исследовательский и нровктыо-канструкторский институт ВЫСОКОВОЛЬТНОГО алпаратоатроешм г.Санкт-Петербург

Защита состоится " января 1994 г. в 30 часоь на заседшши специализированного Совета Д.063.34.01 при Новосибирском государственном техническом университете (630092, г.Новосибирпс-92, Ггр-т К.Маркса, 20, НГТУ). •

С диссертацией мошо ознакомиться ь библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан " _24_" декабря 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук, доцонт

¡Си^-

В.Я.Ольховский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Коммутационная аппаратура высокого ' напряжения занимает центральное место среди продукции подотрасли "агпэратостроешга". Научно-техническим уровнен коммутационной аппаратуры ло многом определяется надежность эксплуатации электроустановок.

В настоящее время в схемах блоков электрических станций широко применяются генераторные выключатели. В последние годы в мировой практике четко наметилась тенденция оснащения генераторных блоков тиристорными, вакуумными и элогвзовыми выключателями, имеющими ряд технических преимуществ по сравнению с обычно применяемыми воздушными выключателями, в частности, обладающими существенно большим коммутационном ресурсом.

Одним из основных процессов, определяющих коммутационную способность дугогасящих устройств, является переходный процесс восстановления нрпрянения (ПВН) на контактах отключаемого полиса выключателя, зависящий как от свойств дугогасящего устройства, так и от параметров сети генераторного напряжения,следовательно, внедрению в энергетику новых типов выключателей должен предавст-вовать тщательный анализ ПВН на их полюсах, позволяющий выдвинуть требования к элементом выключателя.

Свойства тиристоринх блоков выключателей и дугогасящей среда в виде векуума не позволяют проводить анализ ПЕН при моделировании контактной системы выключателя в виде идеального ключа. При анализе ПВН на полюсах тиристорных блоков необходимо учитывать обратный ток в тиристорах, а при анализе ПВН на полюсах вакуумных . выключателей в ряде случаев необходима учитывать неустойчивость дуги в вакууме, характеризуемую обычно током среза.

Таким образом, исследованию ПВН на полюсах выключателей этих типов должна быть предпослана разработка математических моделей, позволяющих учитывать указанные выше особенности их систем дугога-шения. Поскольку тиристорные блоки выключателей комплектуются из большого числа последовательно соединенных тиристоров, то при разработке требований к ■ параметрам элементов тиристорного блока должны быть учтены возможные разбросы во временах выключения единичных тиристоров.

Изложенное свидетельствует об актуальности предпринятого исследования, посвященного анализу ПВН на полюсах тиристорных блоков и вакуумных выключателей с целью разработки требований к элементам тиристорных блоков и анализа возможности эскалации перенапряжений из оборудовании блока, коммутируемого вакуумными выключателями.

Для достижения поставленной дели били решетт» следующие задачи:

- разработаны методики 'анализа ПВН на полюсах тлристорннх блоков и вакуумных выключателей при осуществлении различных коммутаций, реализованные на ПЭВМ тала 1ВК;

- сформулированы требования к элементам тиристорного блока: тиристорам и защитным цепочкам из высоконелинзйных взристоров, обеспечивающие надежную эксплуатацию блока;

- проведен анализ перенапряжений, возкжаодих на изоляции электрооборудования блока при коммутациях вакуумными выключателями.

Научная новизна основных положений и результатов работы.

К основным новым научным результатам моааю отнести следующие:

- разработку методики расчета Ш1 на контактах генераторных выключателей гфи моделировании обратного тока в тиристорах с учетом разброса в параметрах этого тока для единичных. тиристоров, включенных в блоке последовательно;

- требования, выдвинутое к тиристорам блока и вариаторам, шунтирующим тиристоры, обеспечивающие надежное отключение генераторных цепей во всех расчетных, коммутациях , надежную эксплуатацию тиристоров и тепловую устойчивость варисторов;

- анализ перенапряжений на изоляции оборудования блока, возникающих при осуществлении коммутаций вакуумными выключателями, характеризующимися неустойчивостью дуги.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Разработашше в процессе выполнения работы программы для ПЭВМ позволяют исследовать процессы восстановления напряжения на полисах выключателя при любой последовательности их коммутации в нормальных и аварийных режимах. В программах предусмотрена возможность расчетов ПБН при любых типах тиристоров и- варисторов, а таккэ при любых характеристиках вакуумных выокиатолзй.

Разработанные методики комплектации тирчетордцх блоков, исходя из требований к их- коммутационной способности, и ьнбора варисторов шунтирующей цепочки могут быть использованы при разработке тирксторных блоков на основе паспортных данннх отдельных тиристоров и варисторов.

Требования к параметрам элементов тиристорных блоков для сети генераторного напряжения используются в настоящее время в научно-исследовательском и проектно-конструкторском института высоковольтного аппаратостроения (Санкт-Петербург) при проектировании генераторных выключателей 20 кВ с током отключения 100 кА.

Апробация работы и публикации.

Основные результата работы представлялись. на научной конференции с международным участием "Проблемы электротехшгки" (ШТУДЭЭЗ г), а такжа на научных семинарах кафодрн тех шит ¡1

ялоктрлфиашш высоких напряжений НГТУ в течение 1991 - 1993 г.г. По теме диссертации в периодических научно-технических иурналах опубликовано 3 статьи,текст доклада на конферешщи "Проблемы электротехники" опубликован в трудах этой конференции.

На пахиту ниносятсп:

- методика расчета процессов восстановления напряжения при коммутациях, производимых на генераторном напряжении тиристорними выключателями при учете разброса в зарядах обратного восстановления единичных тиристоров, входящих в блок;

- функциональная связь в виде полного квадратичного полинома ме;хду характеристика!® ПВН и параметрами обратного тока в тиристорах, позволяющая получать основные характеристики ПВН без проведения численных расчетов процессов;

- штодака расчета ПВН при коммутациях с помощью вакуумных выключателей» учитывающая разновременность отключения полюсов выключателя, неустойчивость дуга при подхода тока в вшслюча-толе к нулю и насыщение гиагнигопрозода отключаемого непогруженного трансформатора;

-- рекомендации по комплектации тиристсрного блока тиристорами различных типов и по параметрам элементов защитных цепей;

- результаты анализа возможности "эскалации" нрпряиопия при коммутациях вакуумными выключателями холостых трансформаторов блока, позволяете сделать вывод о безопасности такой коммутации. .

Объем и структура диссертационной работы, диссертационная работа изложена на 148 страницах машинописного текста, иллюстрируется 38 рисунками и 20 таблицами. Работа состоит из введения,трех возделав,заключения, списка использовашшх источников и двух приложений.

Во ^веденич_ на основе анализа современного состояния проблемы обоснована актуальность предпринятого исследования, сформулирована задачи исследования и положения, выносимые на защиту.

В первой раздела рассматриваются процессы при коротких замыканиях в цепях блоков с целью анализа фарш отключаемого тока и ее влияния на процессы восстановления напряжения на полюсах выключателя.

Во втором разделе излагается методика расчета ГШ на полюсах тпристорних блоков выключателя и на основе проведенных исследований выдвигаются требования к элементам этих блоков.

В третьем разделе излагается методика расчета ПВН на полюсах вакуумных выключателей при отключении непогруженного трансформатора и анализируются перенапряжения, возникающие при этой'коммутации

на изоляции электрооборудования блока.

В заключении сформулированы основные выводы по работа.

В двух приложениях, приводятся программы длл расчета ООН на -полюсах тиристорных и вакуумных выключателей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРИШте РАБОТЫ ПРОЦЕССЫ ПРИ КОРОТКИХ ЗАШКАШИ В ЦЕПЯХ

блоков агасгончвсаш стащи

Применение тиристорных блоков и вакуумных дугогасяма камор в коммутационных аппаратах выдвигает более жесткие требования к Форме отключаемого тока, чем ь случав гашения дуги в воздухе при относительно большом падении напряжения на дуге. Вместе с тем процентное содержание апериодической составляющей в отключаемом токе при коротком заюжании в цепях генераторного напряжения из-за высокой добротности элементов отключаемой цепи существенно вшш, чем при отключении короткого замикания на В!. Поэтому в первом разделе работы рассматривались процессы при виеячшюм короткой замыкании на выводах генератора и на стороне высшего напряжения обмотки блочного трансформатора.

Поскольку при к.б. вблизи генератора для получения достовор--ных результатов нельзя ограничиться учетом лишь э.д.с. вращения, наведенной в оомотке статора магнитными потокам;!, врашаюциииея с синхронной скоростью, генератор при проведении расчетов учитывался уравнениями Парка-Горева.

Сравнительные' результаты расчетов при моделировании генератора уравнениями Парка-Горева и Упрошенном моделировании генератора в виде источника э.д.с. Е" за реактивным сопротивлением приведенные в табл.1, подтверждают это положение.

Таблица 1

Сравнительные характеристики процесса к.з. Iзря упрощенном моделировании генератора и его моделирования уравнениями Парка-Горево

Характеристика процесса Метод расчета

Упрощ. ТкГуравн Упрощ. По равн Упрощ. По уракн 1-Г

t.MC 0 100 200

I ,0.0. m' 6,8 8,2 5,7 7,2 5,fi С, в

ß=ian/ tri 0,83 0,92 0,68 0,89 0,50 0,7 7

Примечание: t и I - апериодическая и периодическая состаыгащш, в отключаемом токе

Расчеты, произведенные для блоков различных типов (ГЭС, ГАЭС, ТЗС и АЭС) показали, что при к.з. в сети генераторного напряжения величина коэффициента Р при времени отключения 1откл=П0 мс лежит в диапазоне 0,79...О,86, э при ^откл=180 мс - 0,34...О,66. При коротком замыкании на стороне высшего напряжения трансформатора блока значения коэффициента (3 при этих временах составляют 0,62...О,78 и 0,32...О,51, соответственно. Эти значения коэффициентов существенно превышают нормируемое значение р=0,12 (ГОСТ 678-78). Следует, однако, отметить, что даке при самом' неблагоприятном моменте короткого замыкания ток, протекеющий через выключатель, проходит через нулевое значение, что позволяет надеяться на успешную коммутацию, осуществляемую тиристорннмя и вакуумными выключателями.

Анализ влияния формы отключаемого тока на характеристики-ГШН показал, что расхождение в максимумах собственных восстанавливающихся напряжений при отключении токов, не содержащих апериодической составляющей (к.з. происходит в момент максимума напряжения) и содериащих наксимальну» апериодическую составлящув (к.з. происходит в мзмэнт минимума нэпрякения) не превышает 20 %. Такое относительно небольшое расхождение результатов позволяет,при исследовании ПВН не применять вероятностного подхода и для получения нозонгокенных результатов ориентироваться на отключение периодического тока.

РАСЧЕТНЫЕ КОММУТАЦИИ И ПАРАМЕТРЫ СЕТЕЙ . ГЕНЕРАТОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Сети генераторного напряжения представляют собой сета либо с изолированной нейтралью, либо с нейтралью, заземленной через дуго-гасящий реактор, следовательно, определяющей коммутацией является отключение первого полюса выключателя.

Выявление наиболее тякелой с точки зрения ПВН коммутации прозводилось при моделировании выключателя в виде идеального ключа.

Основными элементами, процессы в которых определяют СГОН (собственное переходное восстанавливающееся напряжение, т.е. восстанавливающееся . напряжение при отсутствии шунтирующих цепочек и при пренебрежении процессами в дуговом промежутке) на контактах выключателя при его отключении, являются генератор и трансформатор.Поскольку при анализе ВН сверхпереходаая индуктивность генератора не остается неизменной в течение всего переходного процесса (в начальной стадии процесса иЗ-за вытеснения магнит-

ного потока из стали генератора (0,6...0,7)1^ ), то для правильного отображения и начальной стадии процесса, и возвращающегося напряжения на промышленной частоте (Ьг а 1^),емкость в схеме замещения со стороны генератора С( принимается равной 0^0,250^ (СфГ - емкость статорной обмотки генератора на землю).

Расчетные коммутации, отвечающие им расчетше схемы при использовании метода эквивалентного генератора тока и выражения для определения СГШ приведет на рис.1 и в табл.2.

ВГ

-о-

РЛ

РУ

'18

^ с ВЭ

б)

<3-

1гт

в)

©

т г

"аз

га

Рис.1. Расчетше схемы для исследования ПБН яри отклачешш порвого полюса выключателя

Рссчоты ПЕН по црглгодошшм шрашгегем «окозшп, что опре-далгждой ксимутацаэИ при оценке мюсшшв/льактэгосл напрл.э;:ля ка шл.осэ ш:лйчот«ля ¡;вяяитпя откл^чэнко ь реет.'.е ¡.¡сикзронтго хода, шткаяьиеа ьл начальная скорость ьосстааошганзя ппнрл; 01&:я отвэчга? случая отключения к.з. на г^лыж

Таблиц^ 2

Сводная таблица формул расчета СПЩ для разданных видов коммутаций

Л п/п Коммутация а рис. Расчетша выражения

1 Отключение к.з. на выводах генератора 1.6 ьэ=ьгэ °э=сгэ -V ив(г)=1гаыЬ2Э(1-е * •сов шoгt), 1 _ 1,1 ином

2 Отключение к.з. на выводах обмотки НН трансформатора 1,0 ЬЭ=Ь1 э са=01э -а, г и^и^иь^а-е -ссвш01г), 1 _ 1,1* -Г2"' ином т {Т.х,

3 Отключение к.з. на выводах обмотки ВН трансформатора или при асинхронном ходе <е=90°) 1,в ип(+,)=1тШЬ1д(1-е_Д.соэ и01*> + 1то)Ь2 0 (1 ■-е 2 • соз ш02 г), |(к.э.)_ 1,1 •-Г1Г №юм -ПГ-(х1+хг) д-{а.х.)_ 1,1\2'ином {У- (х1+хг)"

4* Отключение не-нагруженной ВЛ 1,6 сэ=сгэ -С50г Т 1,1'-Грином

*) Напряжение ^(О определено при пренебрежении процессами в схеме замещения генератора и нелинейностью шунта намагничивания трансформатора.

ПЕРЕХОДНЫЕ ВОССТАНАВЛШАЙЩЕСЯ НАПРЯЖЕНИЯ НИ ТИРИСТОРНЬК БЛОКАХ

Рассматриваемый тиристоргай Слой состоит из п последовательных тиристоров. Для равномерного распределения обратного напряжения на тиристорах поело их выключения использована выравнивающая'кунтиру-тая Ю-цопочкэ и цппочка из шерконелшгейш« -вяристоров. Через 70. ..80 мс после выключения тиристоров отклтягтея отдвлятвль.

Прилсшизльнзя схе?*з т;флсторкого блока приведено на рис.2,а.

вн

вн

вн

В)

С Е

11 Г~1Ь-

од

хт ■ *3 1

Ъ3

\г

V / "г/ /

б)

Рис.2. Принципиальная схема тиристорного блока (а) и форма обратного тока в тиристорах (б)

Математической моделью исследуемого процесса являлась системе линейных и не^шэйшх дифференциальных уравцоний пятого порядкц, численное решение которой производилось при использовании методй трапеций в сочетании с итерационным методом касательных Ньютона.

Оценка влияния обратного тока в тиристорах на процесса произ водилась при отсутствии защитных цепочек и при моделировании цепочки тиристоров в виде одного условного тиристора. Основными факторами, влияющими на отношение максимума ПВН при отключении с помощью тиристорного блоке и идеального ключа (т)) являются время достижения обратным током своего максимума (1^), время спада обратного тона (Дг^-^) и частоте собственных колебаний исследуемого процасса (Р). Полученный в результате расчетов с ис-цольвованизм центрального композиционного ротатабельного плана полный квадратичный полином имэот вид:

-п = итир /иид,кл-=1,57+0,09.1^-0,06^+2,98.Ю-7 • ^-4,97 ■ • шах так 1 г

-2,71.10'

-13 я2

Расчеты, произведенные как с помощью математической модели, так и с помощью приведенного полинома, показали, что в случае применения силовых тиристоров типа • Т коэффициент т^ существенно превышает величину этого коэффициента при использовании силовых быстродействующа тиристоров типа ТВ: так, например, при исследовании процессов при отключении к.а. на выводах генератора 20 кВ о принятшш в расчетах параметрами трансформатора коэффициент т) при использовании тиристоров типа 1* 253-1250 и типа ТБ 253-1250 составил 2,5 и 1,8, соответственно.

Такой результат связан о тем, что быстродействующие тиристоры характеризуются существенно меньшими значениями зарядов обратного восстановления (для данной скорости нарастания обратного тока в тиристорах), и, как следствие, имеют меньшее значение времени запаздывания обратного напряжения.

Эффективность применения тех или иных устройств, шунтирующих тиристоры, анализировалось также без учета разброса в характеристиках отдельных тиристоров, составляющих тиристорный блок. Наиболее эффективное ограничение восстанавливающегося напряжения и выравнивание его по последовательно соединенным тиристорам достигается с помочью комбинации защитных ИС-цепей и высоконелинейных вариаторов типа СН2-2А.

При учете разброса в параметрах обратного тока в едшшчных тиристорах тиристоры были условно разбиты на три группы, характеризующиеся различными зарядами обратного восстановления. Выключение тиристорных групп моделировалось с помощью генераторов токов, учитывающих обратные токи в этих группах.

Параметры высоконелинейных варисторов определялись, исходя из расчета теплового реглшв при относительно длительном (з течение 00...100 мс) протекании тока под действием возвращающегося напряжения при отключении в режиме асинхронного хода. Для обеспечения тепловой устойчивости варисторов в этом режиме в цепочке из 30 варисторов в блоке 20 кВ должны использоваться варистора с классификационным напряжением на ниже 1000 В.

Сравнительная эффективность защитных цепочек при применении тиристоров типа Т и ТБ дана в табл.3. Из таблицы видно, что цо всем параметрам, характеризующим надежность эксплуатации тиристор-ного блока, кроме скорости восстановления напряжения на тиристорах, определяющей коммутацией является отключение блока в асинхронном режиме. Наибольшей же скоростью ЕН характеризуется коммутация отключения к.з. на выводах генератора. Из приведенной таблицы также следует, что даже при оснащении тиристорных блоков двумя параллельными защитными цепочками скорость ВН на тиристорах типа Т

Таблица 3

Основные характеристики процесса восстановлении, напряжения на тиристорном блоке при неучете разброса во временах внключешш тиристоров

Характеристика Отключение при асинхронном режиме Отключение к.з.на зы-водах генератора

1' ТВ Т ТВ

^ отел ' кА 77,78 138

. кГц 20 -

, кГц 60 60

иШ'кВ спвн 113 82 109 68

НС 101 72 103 60

ВН 47,4 46,6 47,8 46,5

ЕС + ВН 47,3 46,7 47,7 46,1

т д ВН 6,98 4,89 10,8 4,57

11С + ВН 6,55 5,30 10,3 3,57

т-нс т'А НС 26,5 49,6 32,6 71,2

НС + ВН 15,1 49,6 15,4 71,2

ли1тт-кВ спвн 3,76 ■2,73 . 3,64 2,27

яс з,зе 2,40 3,43 2,00

вк 1,59 1,57 1,55 1,58

Р,0 + ВН 1,59 1,57 . 1,54 , 1,57

1и1т СПВН 0,73 0,40 1,05 0,55

(З.'и тах кВ/шс ЕС 0,70 . . 0,27 1,01 0,40

ВН 0,73 0,40 1,02 0,55

НС + ВН 0,70 0,27 1,00 0,40

я1ВИ, № ВН 0,116 0,049 0,0356 0,0083

№ + ВН 0,109 0.053 0,0330 0,0074

11римечз:шо: 1),,^- максимум восстанавливающегося напряяэния на тиристорнем блоке, лиш- максимум ВН на единичном тиристоре, В;! - рчркстор ползпюШшй, 1ПТ коксякалъаоб зкачвшга тока в юрр'.торях.. •„.- кожжмздыюо отчпти токь ь нс-делочк?..

превосходит допустимое значение (0,8 кВ/мкс), в случае же применения тиристоров типа ТБ эта скорость оказывается примерно вдвое меньше допустимой 1 кВ/мкс. Энергия, рассеиваемая в вэристорах защитной цепочки, существенно меньше допустимой для примененных типов варисторов (^доп=300 Дж). Примерные расчетные осциллограммы процессов при отключении в асинхронном режиме приведены на рис.3.

На характеристики ГОН на единичных тиристорах оказывает влияние разброс в параметрах обратного тока, связанный с разбросом в зарядах обратного восстановления. При этом скорость спада обратного тока в тиристорах с меньшим остаточным зарядом, а следовательно, и с меньшим временем обратного восстановления будет наибольшей. Последнее обстоятельство и приводит к более тяжелому процессу ВН на группе тиристоров с меньшим зарядом обратного восстановления. Влияние разброса в зарядах обратного восстановления в диапазоне ± 5 % и ± 10 % для тиристоров типа Т и ТБ, соответствен-

Таблица 4

Характеристики ПВН при учете разброса во временах выключения тиристоров

Кошу тация Группы разбиения Тип Яо со Ди1 ди3 '"ад йив| Ж|т

Ом МКФ I® КВ кВ ' № кВ/мкс

а.х. 1010+10 Т 10.. 100 10 0,5 2,71.. 4,76 2,57.. ' 3,36 2,42.. 3,22 - 0,42... 2,07

10+10+10 +вар. 1,58 1,58 1,58 0,09... 0,12 0,68... 1,48

1+9120' +вар. 1,59 1,58 1,58 0,096 0,74

10+10+10 "Ш+ГО+ГО +вар. ТБ Б 0,2 2,43 2,41 2,31 - 0,28

1,56 1,56 ■1,56 ■ 0,093 0,28

1+3+ЙО" +вар. 1,56 1,50 1,56 0,043 0,30 '

к.з. 10+10+10 Т 10.. 100 0,5 2,73.. 11,7 2,59.. 3,80 2,44.. 8,40 - 2,64... 19,7

10+10+10 +Бар. +вар. 1,57.. 1,66 1,57.. 1,71 1,57.. 1,73 0,027.. 0,076 2,63... 3,10

10 1,62 1,62 1,61 0,03 3,28

10+10+10 ТО+Ш+ГО +вар. ТБ 5 0,2 2,0 1,99 1,88 - 0,41

1,54 1,53 1,53 0,007 0,40

"1+9+20 +вар. 1,54 1,54 1,54 0,007 0,42

но,проиллюстрировано в табл.4. Из таблицы следует, что влияние разброса во временах выключения тиристоров в принятом диапазоне приводит к утяжелению процессов ВН лишь в случае применения тиристоров типа Г. При применении же быстродействующих тнристорэв типа ТБ, оснащенных достаточно мощными НС-цепочками и ааристоремл, вариация числа тиристоров с одинаковыми зарядами обратного восстановления практически не сказывается на величинах и скоростях восстановления напряжения на единичных тиристорах. Абсо-лотнн« значения ьтих параметров в оирвдвляадих коммутациях не нрееосходит допустимых значений с достаточно большими запасам! (1!Д|Щ кЬ). Токовые нагрузки и энергия, выделяющаяся в

гзриеторах, такай сущзствонно меньше допустимых значений. Следу от отметить такие, что в случае ггрнменешм тиристороч типа Т скорости ЬН превышают допустимые значения во всех расчетных случаях. Тон:«1 образом, проведенное исследование показывает, что комолькговатг тиристоргой блок целесообразно на основе быстродввстьумцих тирио •горов, причем требование к полной идентичности параметров остаточного токи н едишгшос тиристорах не является обязательна'.).

ПРОЦЕССЫ ПРИ ОТШМЕНЕИ ХОЛОСТИ ТГ'АНСЮГМАТОШ

тжттт ы шршодш

Оснащение генераторных цепей вакуумными выключателями прежде всего требует анализа перенапряжений, возникающих при откялеюш холостого трансформатора блока, т.е. при отключении малого шцук-тпгного тока. В атом случае дуга в вакуума может погаснуть ранее момента перехода отключаемого тока через нулевое значение, зто явление, известное как срез отключаемого тока, может привести к достаточно жесткому переходному процессу, характеризующемуся высокими краткостямн как 1ВН на дугогасящем устройстве, так и перенапряжений на изоляции силового трансформатора.

Поедварптелышб исследования показали, что на процессы при отключения холостого трансформатора практически ■ не оказываются процессы в схеме замещения генератора, характеризуемые большей частотой собственных колебаний, чем процессы в схеме замощения холостого трансфориаторь. Поэтому исследования правомочно производить в схеме при закороченном контуре, моделирущвм генератор.

Выбор расчетной коммутации производился при поучаю нелиней ности шунта шг/.'пгшшшаяия трансформатора. В атом случае при долу -¡ценил, что мячешуш пор«1Юпр1Ж)ТО!й, возникающих на изоляции тррно^ерг-лторо при отключении, не сспровояшзшшся погн'ерннмн ин-знгшшлпч дуги п кшишателб могут быть с>ц?Н5ИИ по шрекз:шом <ири (......,,! г) Р -яШыиф^к

и /и, =

так. фш

0,5'СОЗ

ср

•ГТ -А/2

-^•соа фср+<ПГ - А

при отключении первого полюса выключателя,

при одновременном отключении второго и третьего полюсов,

при отключении второго полюса и отказе третьего полюса,

где А=| созгфср+о^/иг-э{пгф^ .

Мз приведенных выражений следует, что максимальные перонв-пряжегаш возникают при отключении второго и третьего полюсов в случае отказа одного из них. Поскольку, однако, такал ситуаиш не является стандартной, в качестве основной расчетной коммутации может быть принято отключение первого полюса выключателя.

Исследования проводились с помощью специально разработанной математической модели, учитывающей нелинейный характер кривой намагничивания магнитопроводов фаз трансформатора. Полюса выключателей моделировались в виде резисторов, сопротивления которых принимались либо равными нулю (режим, предшествующий отключению), либо равными весьма большой величине (режим после среза тока в полюсе выключателя). Система уравнений состояла из 14 линейных и нелинейных уравнений (из них 6 дифференциальных).

Исследования показали, что потери в стали трансформатора оказывают весьма существенное влияние на процессы.. Расчеты, произведенные для блоков с ' напряжением .обмотки высшего напряжения трансформатора 110, 220, 330 и 500 кВ при варьировании мощности трансформаторов и величины тока среза в диапазоне 5...20 А, показали, что относительные максимумы перенапряжений на изоляции обмоток низшего и высшего напряжения в наиболее неблагоприятном случае I =20 А на превышают уровней 1,5...0,9 и 1,8...1,15, соответственно (меньшие цифры относятся к большему номинальному• напряжению трансформатора). Эти уровни существенно ниже испытательных одноминутных напряжений на изоляции трансформатора.

Как известно, наибольшая"опасность при отключении вакуумными выключателями возникает при так называемой эскалации напряжения, возникающей при повторных загиганиях дуги в выключателе при последующем погасании в момент прохождения высокочастотного тока через нулевое значение.

Вероятность повторных зажиганий дуги в вакууме определяется как процессами ВН на полюсах выключателя, так и скоростью восста-

нозленил напряжении дугового промежутка в вакуума. Если рассматривать процесс восстановления, начиная с момента прохождения тока через нулевое или близкое к нулю значение (ток среза), то кривую восстановления электрической прочности можно охарактеризовать двумя параметрами: К и К„, определяемые свойствами вакуумной камеры. При этом повторила зажигания дуги наступают при соблюдении следующих условий:

К • г - при первом повторном

зажигании,

'Ьга1+К2' ' ^О^^пИ * ~ ^ БТ0Р0М И ПОСЛОДУЮЩИХ

зажиганиях.

Если согласно литературным данным принять К =100 кВ/мс и К„=20 кВ/мс, то при частотах исследуемых процессов (2...4)-ыа время наступления первого максимума ПВН составляет 2...Ь мс, т.е. к атому времени электрическая прочность промежутка вакуумной камеры окакэтся существенно больше максимума ПВН, что исключает возможность повторного пробоя и, следовательно, эскалации напряжения на изоляции оборудования блока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По проведенной работе можно сделать вывода как методического характера, так и по существу рассматриваемой проблемы.

К методическим выводам можно отнести следующие:

1. При рассмотрении процессов к.з. в цепях генератора для получения достоверных результатов нельзя ограничиться лишь учетом з.д.с. вращения, наведенной в обмотке.статора магнитными потоками, вращающимися с синхронной скоростью. Необходимо учитывать также "трансформаторные" составляющие э.д.с., обусловленные пульсациями магнитных потоков, связанных с обмотками ротора и статора. Следовательно, для получения достоверных данных о токе, протекающем через генераторные выключатели при внезапном к.з., генератор следует моделировать уравнениями Парка-Горева, так как моделирование в виде сверхпереходной э.д.с. за свэрхпереходаой индуктивностью приводит к существенному изменению процесса.

2. Наличие в отключаемом токе апериодической составляющей приводит к относительно небольшому облегчению процессов восстановления напряжения, что позволяет для получения незаниженннх результатов рекомендовать учитывать в отключаемом токе лишь периодическую составляющую.

3. Разработанные математические модели процессов, связанных с коммутшшвй генераторных выключателей, позволяют учитывать

произвольный разброс во временах выключения полюсов выключателей различных типов, в частности, с тиристорннми блоками и вакуумных. При расчетах 11ВН на тиристорних блоках может быть учтен разброс в зарядах обратного восстановления единичных тиристоров, из которых комплектуется блок. В моделях тиристоршх блоков учтены таквэ защитные шунтирующие цепочки, состоящие из Н-С элементов и шсоко-нелинейных варисторов. При анализе ПВН на полюсах выключателя, при отключении ненагрукенного трансформатора учтено насыщение его мапштопровода.

4 В работе получен полный квадратичный полином, позволяющий определить зависимость максимального значения восстанавливающегося напряжения от параметров обратного тока в тиристорах.

Основные выводы, имеющие непосредственное практическое значение, мокно сформулировать следующим образом:

1. В тиристоршх блоках генераторных выключателей целесообразно использовать быстродействующие тиристоры (например, типа ТБ-253-1250). Применение таких тиристоров по сравнению с силовыми тиристорами типа Т (например, Т-253-1250) позволяет сущэствешю уменьшить первый максимум восстанавливающегося напряжения. Так,' при использовании упомянутых тиристоров в случае отключения короткого замыкания на выводах генератора и отсутствии шунтирующих ■цепочек первый максимум ГВН при применении быстродействующих тиристоров в 1,2...1,4 раза меньше максимума при использовавши силовых тиристоров типа Т.

2. Для эффективного ограничения восстанавливающегося напряжения, на единичных тиристорах блока целесообразно пркпешиь шунтирующую цепочку из' высоконелинеИных вариаторов, параметры которых следует выбирать исходя из их тепловой устойчивости при воздействии возвращающегося напряжения в течение времени, при котором варисторы обтекаются током. Расчетной коммутацией при выборе параметров варис-торов является отключение 'блока в режиме асинхронного хода. Так, например, в блоках с генераторным напряжением 20 кВ при длительности приложения возвращающегося напряжения при асинхронном ходе в течение 60...100 мс условию тепловой устойчивости отвечают варисторы с классификационным напряжением не менее 1000 В. При применении вэристоров такого типа напряжение на единичных тиристорах в переходном процессе не прэиылаоч' уровня порядка 1,6 кВ при допустимом напряжении для тиристоров класса '20 - 2 кВ.-

При применении быстродействующих тиристоров ткпа ТБ не 1р<С>уется тщательной комплектации тиристоров, входядах в блок. При ?гг-т!>гочч.') «троном разбросе в нарядах обратного чвосстсновлеаия

от дельта тиристоров порядка ± 10S основные характеристики прон.чс сов восстановления напряжения на единичных тиристорах п блоках, оснаиошшх шунтирующими йС-цепочнсми и цепочками из выоокоышшчй-1шх вариаторов, не превосходят допустимых для них значений.

4. Оснащение цепей блоков электрических станций ¡шсуушшш выключателями; имеющими существенные эксплуатационные преимущества по сравнения) с применявший в настоящее время типами генераторных выключателей, не привносит никаких дополнительных требований к системе защити блока от перенапряжений, так как процессы, связанные с отключением холостах трщсформаторои вакуумным» ьшш>чатэл>ш, характеризующимися в этом реквма неустойчивостью дуги и током среза, не сонровоздаюгся эскалацией напряжения.

1. "Процессы при коротких нпмнкшыях в цепях блоков электрических стаипиЯ".-Ист.гам.уч.зав. "CmepreTi:tca",199¡á , 3 ( Con соавторов),

2. "Восстанавливающееся напряжение на тиристорном вшима'.*.!,« при отключении блока тренсформптир-нвнагружешшя линия" -Сб.научн ■гр. НГТУ "Техника и электрофизика высоких напряжений" 1ЭУЗ г. {боа соавторов),

3. "Процессы восстановления напряжения на тирноторни;; приставках комбинированных генераторных выключателей". Труды .ЛИН, Ü 421, Установившиеся и переходила процессы в влектрических системах. 1986 (в соавторства),

4. Процессы восстановления напряжения на тиристорпых блоки; генераторных выключателей. Труда конф. "Проблемы электротехники", МТУ. 1993 (в соавторстве).

По теме диссертации зарегистрировано 2 отчета о НИР: № ГР 01920019553 и % 01850080307

Подписано в печать 20.12 93 г. Формат 84 к 60 к 1/16. Бумага оберточная. Тирак 100 экз. Усл.печ.л. 1,2 "аказ а 9Х.5

Отпечатано на участке оперативной полигра&аи Но&ссеСирского государственного технического университета 631ХШ, г.Новосибирск, пр. К.Маркса, 20

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕЖ