Использование в сетях КРУ 500 кВ
При разработке мини-КРУ 500 кВ по сравнению с мини-КРУ 275 кВ и ниже возникло много сложных технических проблем, поскольку ВЛ 500 кВ являются важными магистралями, и аппаратура КРУ 500 кВ должна выполняться на высокое напряжение, большой номинальный ток и отключаемую мощность.
Новая техника подверглась широким исследованиям и изучению на стадии конструирования и изготовления. Макетный образец мини-КРУ 500 кВ был выполнен в октябре 1970 г.
Исследовались также перенапряжения, ожидаемые при эксплуатации сети 500 кВ. После рассмотрения характеристик разрядника и выключателя максимальное значение выдерживаемого импульсного испытательного напряжения было выбрано равным 1 800 кВ, а одноминутное испытательное напряжение рабочей частоты — 840 кВ.
- Коммутационные перенапряжения. Для будущих сетей 500 кВ коммутационные перенапряжения были исследованы на трехфазном анализаторе переменного тока. Было принято, что величина перенапряжения не будет превосходить 2 как для длинной воздушной ВЛ, так и для газонаполненных кабелей высокого давления или кабелей высокого напряжения. В связи с этим выключатель должен быть снабжен встроенным сопротивлением, величина которого должна быть равна 1 000 Ом, с целью ограничения коммутационных волн до указанной выше величины.
Рис. 3. Напряжения в узловых точках.
1 — BЛ; 2 — газонаполненный кабель высокого давления и КРУ.
Для устранения ненужных срабатываний разрядников при коммутационных операциях была тщательно рассчитана низшая граница их разрядного напряжения. Низшее значение импульсного и коммутационного напряжений перекрытия должно быть больше 850 кВ при верхнем пределе 1 220 и 1 090 кВ соответственно.
- Атмосферные перенапряжения. Рассмотрена координация изоляции с приходящими волнами атмосферных перенапряжений. Ожидаемый ток молнии равен 100—150 кА, на основе чего на цифровой вычислительной машине рассчитан подъем напряжения на входных шинах КРУ и трансформаторе. Выбранный разрядник должен хорошо защищать систему даже с учетом отражения приходящих волн в точках подсоединения кабеля, в газонаполненном кабеле высокого давления и сборных шинах (рис. 3).
Данные элементов мини-КРУ
Номинальные данные элементов КРУ приведены в таблице, а описание конструкций некоторых из них помещено ниже.
Выключатель
Напряжение, кВ:
номинальное.................................................... 550
максимальное выдерживаемое импульсное ................. 1 800
Ток, кА:
номинальный................................................ 4
отключаемый ............................................................ 50
Общее время отключения, гЦ............................... 2
Привод........................................................................... Элегазовый
Разъединитель
Напряжение, кВ:
номинальное.................................................... 550
максимальное выдерживаемое импульсное ................. 1800
Ток, кА:
номинальный................................................................... 4
кратковременно выдерживаемый ... 50
Привод.........................................................................................
Моторно-пружинный или ручной
Разрядник
Напряжение, кВ:
номинальное..................................................... 420
максимальное пробивное рабочей частоты ................ 630
импульсное...................................................... 1 220
коммутационное....................................................... 1 090
разрядное............................................................ 1 220
Ток разряда номинальный, кА.................................................. 10
Сборные шины Ток, кА:
номинальный.................................................................. 4
кратковременно выдерживаемый ... 50
Заземлитель
Напряжение, кВ:
номинальное.................................................... 550
максимальное выдерживаемое импульсное 1 800
Ток включения, кА:
максимальный.............................................. 125
кратковременно выдерживаемый ... 50
Привод......................................................................................... Моторно-пружинный
Емкостный, трлнеформатор напряжения Коэффициент трансформации 550/Кз кВ;
110/Кз В
Нагрузка вторичной обмотки, В-А . . . . 200 Класс точности 1,0
Трансформатор тока
Коэффициент трансформации............................... 5 000/5 А
Нагрузка вторичной обмотки, В-А . . . . 40 Класс точности 1,0
- Элегазовый выключатель. Для обеспечения достаточной отключаемой мощности применена система с двумя давлениями газа. Гасительная камера работает на разности давлений 12,3 кг/см2 от камеры высокого давления. Для гашения дуги газ продувается из камеры высокого (15 кг/см2) в камеру низкого давления (2,7 кг/см2).
Рис. 4. Последовательность работы элегазового выключателя 550 кВ.
1 — гасительная камера; 2 — шунтирующее сопротивление для равномерного распределения напряжения; 3 — отделитель; 4 — встроенное сопротивление; 5 — контакт встроенного сопротивления.
Стандартный выключатель имеет четыре последовательно включенные гасительные камеры. Параллельно каждой гасительной камере включено сопротивление для равномерного распределения напряжения между камерами в период отключения, а ток, текущий через сопротивление, разрывается отделителем, расположенным в камере, включенной последовательно с гасительными. Для ограничения волн перенапряжений до величины 2 при быстродействующем АПВ применено одноступенчатое включение встроенного сопротивления. Последовательность операций показана на рис. 4.
При отключении выключателя ток вначале гасится в гасительных камерах (2), а затем отделитель разрывает остаточный ток, протекающий через сопротивления, включенные параллельно гасительным камерам (<3). Затем подвижные контакты гасительных камер возвращаются во включенное положение (4), чем завершается операция отключения.
При операции включения контакт встроенного сопротивления замыкается первым (5), а контакт отделителя подключает встроенное сопротивление параллельно гасительным камерам (6). Затем контакт встроенного сопротивления размыкается, чем завершается последовательность операции включения (1).
Рис. 5. Однофазные дистанционные распорки от 66 до 500 кВ.
Теплоемкость встроенного сопротивления рассчитана на выдерживание одного за другим двух стандартных циклов с быстродействующим АПВ (отключение — 0,25 с — включение и отключение— 1 мин — включение и отключение).
- Конструкция шин. Разработаны два типа шин: однофазные для ответвлений и трехфазные для сборных шин. На рис. 5 показаны дистанционные распорки однофазных шин напряжением 66, 154, 275 и 500 кВ соответственно. Трехфазные дистанционные распорки 500 кВ представляют собой комбинацию трех однофазных. Для напряжений до 275 кВ трехфазные распорки отлиты как одно целое. Трехфазная конструкция шинопроводов снижает габариты, количество деталей и повышает их надежность.
- Разрядник. Для лучшего гашения дуги в искровом промежутке в разряднике применено магнитное дутье. Элемент сопротивления дискового типа большой пропускной способности по току с малым падением напряжения в нем. Для увеличения допустимой энергии разряда при коммутационных волнах и ограничения напряжения гашения применен комбинированный разрядник. Разрядный промежуток снабжен параллельным сопротивлением. Последний предназначен для отвода больших токов, а после снижения тока ниже нормального шунтирующий искровой промежуток гасит дугу; в результате встроенный элемент сопротивления ограничивает ударный ток, а главный разрядный промежуток легко его разрывает.
Этим разрядником может быть отведена энергия волны коммутации ВЛ длиной до 250 км. На рис. 6 показана конструкция разрядника. Наружный кожух с потенциалом земли, расположенный вблизи разрядного промежутка, способствует
Рис. 6. Блок-диаграмма разрядника.
1— элементы искрового промежутка и сопротивления; 2 — цилиндрический изолятор; 3 — конденсатор контроля электрического поля; 4— кольцевой экран; 5 — предохранительная мембрана; 6 — нижняя предохранительная мембрана; 7 — верхняя предохранительная мембрана; 8—искровой промежуток; 9— элемент сопротивления; 10 — шунтирующий искровой промежуток; 11 —шунтирующий элемент сопротивления; 12 — основной элемент сопротивления.
увеличению собственной емкости на землю так, что начальное напряжение разряда промежутка снижается. Для сохранения характеристик искрового промежутка предусматриваются конденсаторы, компенсирующие действие заземленного кожуха. Для предупреждения взрыва разрядника при внезапной аварии и обеспечения безопасности персонала предусмотрены два предохранительных клапана.
На рис. 7 приведены вольт-секундные характеристики разрядника.
- Трансформатор напряжения с усилителем. Поскольку миниатюризация емкостного трансформатора напряжения очень трудна, несмотря на наличие готовых конструкций для напряжений 154 кВ и выше, разработан новый тип трансформатора напряжения с усилителем.
Рис. 7. Вольт-секундные характеристики разрядника типа RVLGA-500ES.
1 — положительная волна; 2 — отрицательная волна.
Он состоит из датчика напряжения, усилителя и регулируемого источника питания. На рис. 8 приведен датчик напряжения. Коаксиальный цилиндрический электрод, окружающий шину высокого напряжения, и вспомогательный конденсатор, расположенный вне кожуха, образуют высоковольтный делитель, с которого снимают слабый сигнал. Такого же типа трансформатор напряжения 275 кВ, мощностью 500 В • А удовлетворительно эксплуатируется с ноября 1970 г. На рис. 9 показана конструкция транзисторного усилителя. И выпрямитель напряжения и его усилитель не выходят за пределы класса 1 при окружающей температуре от —20 до +40 °С. Для обеспечения той же степени надежности, что и у обычных трансформаторов напряжения, предусмотрена защита от внутренних и внешних повреждений. Кроме того, предусмотрены размножение цепей и цепь контроля.
Рис. 8. Датчик напряжения емкостного трансформатора напряжения с усилителем.
1 — токопровод; 2 — электрод; 3 — изолятор; 4 — держатель; 5 — кожух; 6 — коаксиальное кабельное присоединение; 7 — коробка зажимов.
Рис. 9. Усилитель датчика напряжения.
1 — вольтметр; 2— диод; 3 — радиатор диода; 4 — радиатор силового транзистора; 5 — вспомогательный транзистор; 6 — конденсатор источника питания. 7 — силовой транзистор: 8 — цепь задающего устройства усилителя; 9 — цепи предусилителя и предупредительная; 10 — экранирующий кожух.
В качестве источника энергии обычно используется сеть переменного тока, которая резервируется переключением на оперативный постоянный ток.
- Разъединитель. Подвижной контакт при включении и отключении двигается в осевом направлении. Выдерживаемое напряжение в открытом положении значительно повышено при помощи экрана большой кривизны, регулирующего поле вокруг контактов (рис. 10). Разъединитель может отключать номинальный ток 4 000 А.
Рис. 10. Разъединитель.
