Ликвидация аварий в главных схемах станций и подстанций - Перегрузки оборудования и их устранение

При работе электрического оборудования в его токоведущих частях и магнитных сердечниках возникают потери энергии, превращающиеся в конечном счете в тепло. Выделяющаяся тепловая энергия рассеивается в окружающую  среду и одновременно поглощается отдельными элементами оборудования (за счет их теплоемкости), что ведет к повышению температуры обмоток, контактных соединений, активной стали и конструктивных деталей. Если предположить, что потери энергии, достигнув некоторого значения, остаются постоянными, то и температура оборудования приобретает некоторое установившееся значение. С повышением нагрузки возрастают потери энергии и, следовательно, увеличивается температура оборудования. Таким образом, между нагрузкой и температурой существует строгая математическая зависимость.
Оборудование конструируется и изготовляется так, чтобы его температура при номинальной нагрузке не превышала некоторых нормированных значений, что связано с двумя обстоятельствами — нагревостойкостью электроизоляционных материалов и предельной температурой нагрева токоведущих частей. По нагревостойкости, т. е. по способности выдерживать повышение температуры без повреждения и ухудшения практически важных свойств, электроизоляционные материалы разделены на классы в соответствии с ГОСТ 8865-70. Если температура изоляции выдерживается в пределах, соответствующих данному классу, то обеспечивается нормальный срок службы оборудования. При форсированных режимах сокращаются нормальные сроки службы изоляции.
Предельные температуры нагрева токоведущих частей различных аппаратов при их длительной работе определены ГОСТ 8024-69, при этом предельная температура нагрева 0 обычно представляется в виде суммы температуры окружающей среды 80 и превышения этой температуры т, т. е. 0=0о+т. За расчетную температуру окружающей среды принята температура 35 "С. Если при этой температуре и номинальной нагрузке нагрев токоведущих частей не выше допустимого, то во всех случаях понижения температуры окружающей среды токоведущие части могут быть перегружены. На этом основании в зимнее время года допускают перегрузку некоторых видов оборудования.
Под перегрузкой понимают такой режим работы оборудования, когда по нему проходит ток (или мощность), превышающий номинальное значение. В эксплуатации сравнительно небольшие перегрузки оборудования по току называют длительно допустимыми перегрузками, а значительные перегрузки, ограниченные по времени, — аварийными перегрузками. 
Значения и продолжительность перегрузок регламентированы ПТЭ, и нет необходимости повторять их. Однако у оперативного персонала среди документов «экстренной информации» должны быть таблицы номинальных нагрузок установленного оборудования, длительно допустимых перегрузок по каждому последовательно включенному элементу оборудования в цепях присоединений (разъединителям, заградителям, трансформаторам тока, проводам линий, а также по уставкам релейной защиты), аварийных перегрузок, которые требуют принятия срочных мер по их устранению в течение очень ограниченного интервала времени, так как воздействие больших перегрузок несет угрозу сохранности оборудования.

Действия персонала при возникновении перегрузок.

Перегрузки генераторов и синхронных компенсаторов. Все генераторы и синхронные компенсаторы рассчитаны для работы с полной номинальной мощностью (кВ-А), значение которой может сохраняться при отклонении напряжения от номинального до +5%. В пределах этих отклонений напряжения разрешается длительная перегрузка их по току статора до 5% номинального тока.
Перегрузка может произойти за счет увеличения реактивной или активной составляющей тока нагрузки, а также той и другой. Контроль ведется по амперметрам в цепи статора. Значения токов при напряжении на выводах 95, 100 и 105% номинального отмечаются на шкалах амперметров.
Возрастание тока статора на 5% вызывает дополнительное повышение температуры обмоток, но понижение напряжения на выводах до 95% номинального в свою очередь приводит к понижению потерь в стали и уменьшению ее температуры, так что в целом для статора общее количество выделившейся тепловой энергии останется почти на том же уровне, который соответствует режиму работы с номинальной мощностью. Аналогично этому работа генераторов (и синхронных компенсаторов) с полной мощностью и отклонением напряжения до 105% номинального будет сопровождаться увеличением потерь в стали и повышением ее нагрева, что в известной мере компенсируется снижением тока статора и уменьшением нагрева его обмоток.
В обоих этих режимах могут несколько возрасти местные нагревы обмоток статора и стали, но, как показывают тепловые испытания, увеличение температур при этом не превышает 5 "С относительно уровня нагрева в номинальном режиме. Наибольший ток ротора, получаемый в указанных выше режимах, принято считать за длительно допустимый для него ток, если параметры охлаждающей среды не отличаются от номинальных.
В случае превышения длительно допустимого тока статора снижения его добиваются обычно в результате уменьшения реактивной составляющей тока нагрузки путем снижения тока ротора, что, однако, связано со снижением напряжения на выводах статора. Понизить ток ротора генератора (синхронного компенсатора) можно с помощью регулирующих устройств в его цепи. Однако при этом следует иметь в виду, что перегрузка ротора может быть вызвана работой автоматического регулятора возбуждения (АРВ) и форсировки возбуждения для поддержания напряжения на выводах статора. Вмешиваться в работу автоматических устройств не рекомендуется, так как продолжительность перегрузок, предусмотренная для генераторов с косвенным и непосредственным охлаждением обмоток, как правило, бывает достаточной для восстановления нормального режима работы сети и прекращения действия этих устройств.
В тех случаях, когда продолжительность действия форсировки возбуждения может превысить допустимое время, а это опасно, например, для генераторов с непосредственным охлаждением обмоток ротора, генераторы снабжаются устройствами автоматического снижения тока ротора до номинального значения по истечении установленного времени. Для генераторов с непосредственным охлаждением обмоток ротора это время обычно не превышает 20 с.
Устранить перегрузку обмоток статора генератора путем регулирования его активной нагрузки при заданном диспетчерском графике можно только в результате перераспределения нагрузок между параллельно работающими генераторами, включения в работу резервных генераторов и, как крайняя мера, ограничения потребляемой активной мощности.
При аварии в энергосистеме или в главной схеме станции с отделением ее от энергосистемы для восполнения возникшего дефицита активной и реактивной мощности персоналу разрешается кратковременно перегружать генераторы по току статора и ротора. Значения и длительность аварийных перегрузок для генераторов различных видов охлаждения установлены ПТЭ.   Длительность аварийных перегрузок ограничивается допустимым нагревом обмоток и изменением при этом их электрических и механических  свойств. К числу последних относится возможность остаточных деформаций обмоток статора и ротора.
По истечении установленной для каждого отдельного случая продолжительности аварийной перегрузки генераторы (или синхронные компенсаторы) должны быть разгружены до номинальной мощности.

Перегрузки трансформаторов и автотрансформаторов.

Перегрузки трансформаторов разделяют на длительно допустимые, систематические и аварийные.
Обмотки трансформаторов и автотрансформаторов могут длительно перегружаться током, значение которого не превышает 1,05 номинального при напряжении на выводах не выше номинального.
Кроме того, все трансформаторы и автотрансформаторы допускают систематические перегрузки в часы максимальных нагрузок в зависимости от характера суточного графика работы, эквивалентной температуры охлаждающей среды, постоянной времени и вида системы охлаждения. Значение и продолжительность систематических перегрузок для трансформаторов мощностью до 250 MB-А определяются по так называемым графикам нагрузочной способности согласно ГОСТ 14209-69, при этом значения систематических перегрузок не должны превышать 5% номинальной мощности.
Длительно допустимые и систематические перегрузки не приводят к заметному старению изоляции и существенному сокращению нормальных сроков службы трансформаторов, так как при работе трансформаторов с повышенными нагрузками ускоренный износ изоляции компенсируется недоиспользованием ее в часы работы с нагрузками ниже номинальных. В эксплуатации трансформаторы, как правило, недогружаются в ночные часы и летние месяцы года.
В аварийных режимах, например при выходе из работы одного из трансформаторов и отсутствии резерва, ПТЭ допускаются кратковременные аварийные перегрузки оставшихся в работе трансформаторов. Перегрузка разрешается независимо от значения предшествующей нагрузки, температуры охлаждающей среды и системы охлаждения трансформатора. Значение и длительность перегрузок установлены ПТЭ. Следует иметь в виду, что при аварийных перегрузках все имеющиеся устройства охлаждения трансформаторов (вентиляторы дутья, резервные охладители) должны использоваться полностью.
На станциях и подстанциях, работающих в нормальном режиме, при перегрузках трансформаторов свыше 120% номинального тока срабатывают специальные сигнальные устройства, извещающие персонал о перегрузках. При появлении такого сигнала необходимо установить фактическое значение перегрузки и причину ее возникновения. Если перегрузка явилась следствием роста нагрузки потребителей, то при наличии резервного трансформатора следует включить его и проверить нагрузку трансформаторов.
Если перегрузка возникла в момент отключения релейной защитой одного из трансформаторов и он должен выводиться в ремонт или включение его в работу по каким- либо причинам задерживается, нужно проверить значения перегрузок параллельно работавших с ним трансформаторов и по истечении времени допустимой аварийной перегрузки ограничить или отключить нагрузку потребителей согласно местной инструкции с таким расчетом, чтобы нагрузка на оставшихся в работе трансформаторах была не выше номинальной. Только эта мера позволит избежать угрозы повреждения находящихся в работе трансформаторов и дальнейшего развития аварии.

Перегрузки воздушных линий электропередачи.

Перегрузка линий может иметь место в нормальном и аварийном режимах. Причины ее возникновения обычно связаны с изменением схемы сетей (отключением линий, трансформаторов), с перераспределением нагрузки на станциях и т. п. Она опасна из-за возможного перегрева проводов и изменения их физических свойств, увеличения стрел провеса проводов при нагреве, недопустимого нагрева контактных соединений. При перегрузке линий может нарушиться статическая устойчивость1 параллельной работы генераторов станций.
Длительно допустимые нагрузки электрических цепей устанавливаются конкретно для каждой цепи в зависимости от значений длительно допустимых нагрузок всех ее элементов—проводов, оборудования приемных подстанций, а также по условию настройки релейной защиты.
При расчете длительно допустимой токовой нагрузки проводов исходят из возможности их нагрева до 70 °С при температуре окружающего воздуха 25 °С. При температуре воздуха, отличной от 25 °С, длительно допустимая нагрузка определяется путем умножения расчетной нагрузки на
Статическая устойчивость — способность электрической системы возвращаться к исходному режиму (или близкому к нему) после малых возмущений (оперативных отключений линий, трансформаторов).
соответствующий поправочный коэффициент:

Так, при понижении температуры воздуха до —5°С токовая нагрузка на провода может быть увеличена в 1,3 раза, а при температуре 35 °С, наоборот, снижена до 0,88 расчетной длительно допустимой токовой нагрузки.
Иногда принимается во внимание и скорость ветра. С ее повышением улучшается охлаждение проводов и допустимая токовая нагрузка увеличивается.
В аварийных режимах перегрузка проводов током допускается не более 120% длительно допустимой нагрузки при фактически имеющейся в данное время температуре окружающего воздуха, что, как показывают расчеты, не приводит к остаточной деформации проводов и нарушению их прочности.
Аварийные перегрузки рекомендуется устранять не более чем за сутки. За это время перегрузка должна быть снята.
Вынужденная разгрузка линий тупикового питания производится путем договоренности и ограничения нагрузки потребителей или отключения части нагрузки согласно местной инструкции.
Перегрузки транзитных линий устраняются диспетчером энергосистемы путем регулирования реактивной мощности, передаваемой по линии, перераспределения активной мощности между станциями, расположенными в начале и конце транзитной линии, изменения схемы прилегающей сети, например включения секционных или шиносоединительных выключателей на подстанциях, включения параллельных линий и т. д.
При недопустимо большой перегрузке линии и отсутствии возможности к ее разгрузке перегруженная линия отключается по распоряжению диспетчера.