6-8. К ВОПРОСУ НОРМИРОВАНИЯ СОБСТВЕННОЙ ЧАСТОТЫ И ФОРМЫ ВОЛНЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Нормирование собственных частот и форм волн восстанавливающегося напряжения цепей, в которых происходят испытания выключателей, имеет большое практическое значение для разработки и освоения новых типов выключателей высокого и низкого напряжения.
Нормирование процессов восстановления напряжения в испытательных режимах базируется на исследованиях собственных частот и форм волн, имеющих место в действующих сетях, в которых предполагается использование выключателей данного класса напряжения и мощности отключения.
Правильное нормирование процессов восстановления напряжения обеспечивает и гарантирует надежную работу выключателей в эксплуатации. В первую очередь возникла необходимость создания норм на восстанавливающееся напряжение для выключателей высокого напряжения переменного тока для высоких мощностей короткого замыкания.
Вопрос о нормировании собственных частот и амплитуд колебания восстанавливающегося напряжения возник уже давно, по приобрел особую остроту только в последнее время в связи с укрупнением станций и подстанций в энергосистемах, с появлением мощных передач и возрастанием ответственности, которую возлагают на выключатели при защите энергосистем от нарушения устойчивости при коротких замыканиях. Кроме того, все большее развитие получают экспериментальные базы по исследованию и разработке выключателей, а также схемы для создания экспериментальных условий работы выключателей, близких к тем, в которых им придется работать в энергетических сетях.
Однако нельзя требовать от каждого выключателя, чтобы он справлялся в эксплуатации со всеми режимами восстановления напряжения вплоть до самых тяжелых и жестких. Такой подход вызвал бы чрезмерное повышение стоимости выключателей и был бы нарушен правильный экономический принцип решения задачи. Для массовых выключателей должны быть установлены требования, обусловленные наиболее типичными режимами.
За последние годы проводились большие работы по изучению собственных восстанавливающихся напряжений в действующих сетях и системах. Строились функции распределения всех установленных выключателей по условиям жесткости, однако правильный выбор условий восстановления напряжений при испытании выключателей и установление рациональных норм все же вызвали большие трудности, что и послужило причиной столь медленного решения вопроса о нормах. В некоторых странах были введены нормативы на восстанавливающиеся напряжения, однако их еще нельзя признать обоснованными и достаточными. Делаются попытки создать международные нормы на процессы восстановления напряжения и коэффициенты превышения амплитуды для выключателей на различные классы напряжения (МЭК).
Таблица 6-2
В табл. 6-2 приведены рекомендованные в СССР частоты восстанавливающегося напряжения и коэффициенты превышения амплитуды цепей, в которых должны испытываться выключатели различных классов напряжений при полной (100%) и сниженной (60%) мощности отключения.
Частоты колебания при 60%-ной мощности отключения выбраны выше, чем при 100%-ной, из-за того, что при меньших мощностях короткого замыкания для одного и того же выключателя, установленного в сети, обычно схема изменяется в направлении уменьшения числа линий, подключенных к шинам подстанции.
Рекомендованные в табл. 6-2 значения частот могут быть отнесены к выключателям на все классы мощностей напряжением до 35 кВ включительно, а также к выключателям 110—150 кВ с мощностями отключения не более 3 500 МВ·А и выключателям 220 кВ с мощностями отключения не более 5 000 МВ·А.
Коэффициент превышения амплитуды принимается равным 1,3 при 100%-ной и 1,6 при 60%-ной мощности отключения.
По сравнению с ранее действующими нормами частота колебаний восстанавливающегося напряжения при 100%-ной мощности сильно возросла (на 110—220 кВ в 3 раза и более).
Рис. 6-29. Нормированная кривая восстановления напряжения на мощном высоковольтном выключателе.
Анализ наиболее типичных схем мощных подстанций для выключателей 110—150 кВ с мощностью отключения более 3 500 МВ-А и для выключателей 220 кВ мощностью выше 5 000 МВ·А при 100%-ной мощности отключения показал, что наиболее типичным является апериодический процесс восстановления напряжения. В связи с этим было предложено для напряжений 110, 150 и 220 кВ и для указанных мощностей установить стандартную форму волны восстанавливающегося напряжения, напряжение которой после перехода тока через нуль возрастает линейно от нуля до √2Uф со скоростью 1,0 кВ/мкс, а затем плавно доходит до величины максимального значения (1,3Uф√2). Этот максимум достигается для выключателей 110 кВ через t0=350 мкс от начала процесса восстановления напряжения (рис. 6-29). Для выключателей 150—220 кВ время, в течение которого должен достигаться максимум, принято равным 400 и 500 мкс. Под Uф понимается фазовое значение наибольшего рабочего напряжения. Кривая на участке А—Б не нормируется. Для выключателей на напряжение 110—150 кВ мощностью выше 3 500 МВ·А, а также 220 кВ выше 5 000 МВ-А испытания при 60%-ной мощности отключения должны производиться при колебательном процессе восстановления напряжения с частотами, указанными в табл. 6-2.
Для более высоких напряжений процесс восстановления напряжения не нормируется и для напряжений 330, 500, 750 кВ условия испытаний выключателей устанавливаются на основании специальных соглашений при разработке оборудования (специальные технические условия).
Указанные выше условия испытаний выключателей не исключают необходимости проверки их отключающей способности при неудаленных коротких замыканиях. Это
требование относится к выключателям на 35—220 кВ всех мощностей. Выключатели этих классов напряжения должны быть способными отключать короткие замыкания на любом расстоянии от выключателя при условии, что мощность трехфазного короткого замыкания на зажимах (непосредственно за выключателем) не должна превышать номинальную мощность отключения выключателя.
Комитет по высоковольтным аппаратам № 17а (МЭК) проводил большую работу по пересмотру международных рекомендаций (публикации 56) по типовым испытаниям высоковольтных выключателей на все классы напряжений.
Для высоковольтных выключателей 50 кВ и выше, вплоть до 765 кВ, для одночастотных процессов кроме пика напряжения и времени его достижения вводится специальная характеристика начального повышения напряжения на кривой восстановления напряжения. Предложено ввести наибольшее допустимое время запаздывания начала роста напряжения и координирующие отрезки на осях напряжений и времен для контроля крутизны нарастания напряжения в начале процесса.
В рекомендациях МЭК приводятся регламентированные параметры не только для 100% тока, но также для 60%; 30% и 10% значений предельного тока.
Указанные выше рекомендации МЭК не исключают использование более сложных кривых восстановления напряжения, для характеристики которых применяется метод четырех параметров с добавлением требования обеспечения в начале восстановления напряжения определенной минимальной задержки начала его роста и крутизны нарастания.
