Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Оптимизация конструкций ОПН с элегазовой изоляцией

Оптимизация конструкций ОПН с элегазовой изоляцией

Оглавление
Оптимизация конструкций ОПН с элегазовой изоляцией
Выбор шунтирующих конденсаторов, выводы

УДК 621.316.937.001.2
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ С ЭЛЕГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
И. Н. БЕЛОЕДОВА. инж. В А. ВОЛЬКЕНАУ. канд. тех. наук, Е С. КОЛЕЧИЦКИЙ, доктор техн. наук. М. С. ЛИЗУНΟΒΛ. инж.

Конструкция элегазового ограничителя перенапряжений (ОПНЭ), в которой оксидно-цинковые резисторы (ОЦР) размещаются в цилиндрических металлических экранах [1], позволяет предельно уменьшить габариты бака, что приводит к снижению расхода металла и элегаза. Одной из наиболее важных проблем, возникающих в процессе проектирования ОПНЭ, является выбор средств выравнивания распределения напряжения по ОЦР при рабочем напряжении и обеспечение электрической прочности аппарата. В качестве таких средств обычно используются экраны и дополнительные конденсаторы, включаемые параллельно ОДР. Ставится задача оптимизации конструкции ОПНЭ с тем, чтобы получить минимальные габариты аппарата при его максимальной надежности.
Рассматривается конструкция ОПНЭ, в которой блоки ОЦР размещаются в цилиндрических экранах (рис. 1). Аппарат содержит бак. заполненный элегазом под давлением и снабженный вводом. Вдоль оси бака расположены последовательно соединенные блоки. Каждый блок состоит из цилиндрического экрана, ось которого совпадает с осью бака. Колонки оксидно-цинковых резисторов размещены радиально внутри экрана.
Цилиндрические экраны выполняют следующие функции: позволяют осуществить последовательно-параллельное соединение резисторов и тем самым уменьшить длину резисторного столба, а следовательно, длину аппарата; выравнивают электрическое поле ограничителя и способствуют отводу тепла от резисторов в элегаз.
Необходимо выбрать минимальные изоляционные расстояния между элементами конструкции, чтобы обеспечить электрическую прочность ОПНЭ и рассчитать значения емкостей дополнительных конденсаторов для получения равномерного распределения напряжения по блокам
Размеры экранов, расстояние между ними и диаметр бака выбираются таким образом, чтобы максимальная напряженность на поверхности экрана не превышала значения допустимой для элегаза напряженности электрического  полякак при рабочем напряжении, так и при воздействии перенапряжении. Значение допустимой напряженности зависит от давления элегаза, распределения напряжения по поверхности экрана, площади поверхности экрана, чистоты обработки поверхности, рода воздействующего напряжения [2].
Напряженность электрического поля достигает своего наибольшего значения на поверхности первого от ввода экрана в месте его скругления (точки I или 2 на рис. 1). Значение максимальной напряженности для экрана с тороидальным скруглением можно оценить по данным [3]. Уменьшение расстояния от края экрана до стенки бака приводит к росту напряженности Е. Снижение напряженности достигается увеличением радиуса скругления верхнего края первого экрана, что делает экран отличным от остальных. Выполнение условия
е1 = е2=ед                            (1)
означает, что диаметр бака выбран минимальным.
Методика расчета емкостей дополнительных конденсаторов изложена в [4]. Емкость конденсаторов, шунтирующих ОДР между вводом высокого напряжения и первым экраном, принимает максимальное значение, которое можно оценить при с = const по формуле

где С —емкость между экраном и баком; п — количество экранов.
Значение С можно приближенно вычислить по формуле для цилиндрического конденсатора. Оценить значение суммарной емкости включаемых конденсаторов позволяет выражение

Приведенные формулы дают заниженные оценки емкостей, так как емкости первых и последних экранов больше средних. Чем больше длина аппарата, тем меньше погрешность этих оценок.
ОПНЭ с цилиндрическими экранами
Рис. 1. Конструкция ОПНЭ с цилиндрическими экранами

В ограничителях высокого напряжения (220 кВ и выше) емкости конденсаторов, которые необходимо включить параллельно колонкам ОЦР, расположенным в первых от ввода высокого напряжения экранах, имеют довольно большие значения. В этом случае размещение внутри экрана дополнительных конденсаторов может оказаться невозможным или потребует выбора столь малых расстояний между колонками резисторов, конденсаторами и экранами, что надежность ограничителя резко снизится.
С целью повышения надежности ОПНЭ снабжается дополнительным цилиндрическим экраном.
На рис. 2 представлен ОПНЭ с дополнительным цилиндрическим экраном (ДЭ). ДЭ размещается коаксиально баку и электрически связан с вводом высокого напряжения. Для снижения напряженности электрического поля концевая часть экрана выполнена в виде участка тороида. Установка ДЭ приводит к выравниванию распределения напряжения и уменьшению значений емкостей шунтирующих конденсаторов, а также к увеличению диаметра бака.
Размеры дополнительного экрана определяются следующими требованиями:
получение как можно меньшего отклонения распределения напряжении по блокам ОПНЭ от равномерного с тем, чтобы суммарная емкость включаемых конденсаторов была бы минимальна
(2)
максимальная напряженность на поверхности экрана не должна превышать допустимой для элегаза напряженности электрического поля
(3)
Диаметр ДЭ выбирается по условию электрической прочности. Максимального значения напряженность достигает на скругленном крае ДЭ (точка I или 2 на рис. 2) и определяется расстоянием от ДЭ до блоков и от ДЭ до бака. Первоначальное значение диаметра ДЭ можно получить, воспользовавшись [3].
Оптимальная длина ДЭ определяется но условию минимума суммарной емкости дополнительных конденсаторов Существование оптимальной длины ДЭ легко показать путем анализа упрощенной однородной схемы замещения ОПНЭ, в которую входят емкости блоков К, емкости между блоками и ДЭ Р и емкости между блоками и баком С. Исследовав характер изменения значений емкостей дополнительных конденсаторов ∆С (i) и ΣΔС (i) при изменении длины ДЭ. можно получить уравнение, позволяющее найти оптимальное число блоков т, не закрытых ДЭ (Р = const, С = const)
(4)
Уравнение имеет один положительный корень. Поскольку задача целочисленна, в качестве решения следует принять одно из двух ближайших к т целых чисел т или для которых сравниваются значения суммарной емкости дополнительных конденсаторов. При большей длине экрана т < т не шунтируется первая группа ОЦР (между вводом и первым блоком). Значение суммарной емкости дополнительных конденсаторов вычисляется по формуле

Рис. 2. Эскиз ОПНЭ-220
(5)
При меньшей длине экрана т > m не шунтируется последняя группа ОЦР ∆С = 0, а значение суммарной дополнительной емкости определяется выражением
(6)
Формулы (5) и (6) получены при С = const и Р = const и дают заниженные оценки суммарной дополнительной емкости Количество блоков, не закрытых ДЭ, обеспечивающее меньшее значение ΣΔС, является оптимальным. Оптимальное количество блоков, заключенных в ДЭ,

Многочисленные расчеты показали, что минимуму суммарного значения емкостей дополнительных конденсаторов соответствует длина экрана, приблизительно равная трети длины аппарата.
Выражения (5) и (6) позволяют лишь приближенно вычислить значения суммарной емкости, поскольку в реальном ОПНЭ емкости элементов неодинаковы из-за влияния дна бака и высоковольтного ввода. Конечная длина ДЭ приводит к неравномерному распределению частичных емкостей между экраном и блоками. Кроме того, экран должен быть выбран так, чтобы не нарушалась электрическая прочность аппарата. По этим причинам необходимо проводить численную оптимизацию размеров экрана с учетом всех действующих факторов.
На основании сказанного можно предложить следующую методику расчета средств регулирования распределения напряжения для ограничителей перенапряжения с элегазовой изоляцией.


Рис. 3. Функция распределения

Для ОПНЭ с заданными основными конструктивными параметрами (количеством блоков, способом соединения колонок ОЦР, емкостями блоков, высотой бака) производится предварительный расчет, в результате которого по условию (1) оцениваются диаметр бака, максимальное значение емкости дополнительных конденсаторов и суммарная емкость дополнительных конденсаторов. Тем самым выясняется возможность установки дополнительных конденсаторов в экранах. В случае удовлетворительных результатов окончательно рассчитывается аппарат на ЭВМ.
Если первоначальный вариант технически трудно реализуем, необходимо ввести в конструкцию дополни тельный цилиндрический экран. Производится поиск оптимальных размеров ДЭ. Задаваясь радиусом округления окончания экрана, по условию электрической прочности оценивают его диаметр. Значение длины экрана определяется из выражений (4) — (6).
Дальнейшая оптимизация параметров ДЭ выполняется на основе расчета электрического поля ОПНЭ с использованием ЭВМ. Вычисляются значения Е доп и ΣΔС. Проверяются условия оптимизации (2), (3). Если эти условия не выполняются, изменяются диаметр, радиус округления ДЭ, его длина. Рассчитывается конструкция с новыми параметрами до получения оптимального варианта.
Проведение серии таких расчетов объясняется необходимостью учета влияния на параметры оптимизации конфигурации бака, ввода ВН, заземленного вывода, края ДЭ. От этих факторов зависят значения напряженности электрического поля, коэффициентов матрицы собственных и взаимных частичных емкостей элементов аппарата, что требует высокой точности расчетов.



 
« Оптимизация конструкции ОПН для загрязненной атмосферы   Опыт работы АО Мосэнерго в области лицензирования »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.