Источник:"ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ СЕТЕЙ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ПРИ ЗАМЫКАНИЯХ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ" -Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Левшов А.В., Махинда Сильва Донецкий государственный технический университет Svf@elf.donntu.ru

<<Назад

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ СЕТЕЙ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ПРИ ЗАМЫКАНИЯХ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ

Авторы:Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Левшов А.В., Махинда Сильва

Наиболее частым видом повреждения в системе собственных нужд (С.Н.) 6 кВ тепловых и атомных электростанций являются однофазные замыкания на землю, что приводит к возникновению перенапряжений, повреждению изоляции электрооборудования, пожарам и т.д. Однофазные замыкания на землю могут быть глухими или через перемежающуюся дугу. Последние представляют наибольшую опасность, т.к. они сопровождаются большими перенапряжениями, достигающими значений (3 3.8)Uф, а также переходами в междуфазные короткие замыкания.

Для повышения надежности работы сетей С.Н. электростанций с изолированной нейтралью циркулярами Ц-01-88 и Ц-01-97 предписано частичное заземление нейтрали сети через активное сопротивление величиной 100 Ом. В этом случае перенапряжения понижаются до уровня (2 2.5)Uф и повышается чувствительность устройств релейной защиты, т.к. ток в месте замыкания на землю от чисто емкостного в (3 12)А возрастает на величину дополнительного активного тока порядка 30А.

Исследования, проведенные на математической и физической моделях показали, что отмеченным выше директивным решениям присущи следующие недостатки. Во-первых, в системе С.Н. существующих электростанций требуется установка дополнительно громоздкого оборудования: присоединительного трансформатора ТСНЗ-63/10 мощностью 63 кВА и блока заземляющего резистора с общим активным сопротивлением 100Ом, который состоит из двух групп последовательно включенных бетэловых резисторов, причем каждая из групп содержит по четыре резистора сопротивлением 200 Ом каждый, соединенных параллельно. Во-вторых, увеличение тока замыкания на землю до 30 А и более, существенно увеличивает объем разрушений в месте замыкания и вероятность перехода однофазного замыкания в многофазное короткое замыкание.

В тоже время Циркуляр Ц-01-97 менее категоричен в отношении своих требований и разрешает применение других альтернативных решений для повышения надежности работы сети С.Н. электростанций при однофазных замыканиях на землю, изложению которых и посвящена данная статья.

В работе предлагается повысить надежность работы сетей С.Н. 6кВ электростанций за счет перевода всех, возникающих в системе С.Н. однофазных замыканий на землю в глухие замыкания. Для этой цели следует подключить между сборными шинами 6кВ и землей три однополюсных выключателя с индивидуальным приводом и управлением ( рис.1).

Рисунок 1 - Принципиальная схема ограничения перенапряжений и перевода дуговых замыканий в глухие

Рисунок 2 - Замыкание фазы С на землю и погасание дуги при первом переходе через "ноль" тока высокочастотных колебаний (C=3мкФ, IC=10A) Рисунок 3- Замыкание фазы С на землю и погасание дуги при первом переходе через "ноль" тока высокочастотных колебаний при установке на шинах ОПН с Uср= 8,5 кВ (С = 3 мкФ, Uпр= 4900 В)

При возникновении любого вида однофазного замыкания на землю с помощью устройства выбора поврежденной фазы (УВПФ) происходит автоматическое включение соответствующего шунтирующего однофазного выключателя (КМ1-КМ3), соединенного с землей, и тем самым шунтирующего поврежденную фазу. Устройство выбора поврежденной фазы срабатывает с выдержкой времени порядка 0.5с, отстроенной от времени действия защит на отходящих присоединениях. Пусковой орган УВПФ срабатывает при условии возникновения на трансформаторе TV напряжения 3U0, превышающего заданную уставку, и при снижении одного из фазных напряжений до заданного уровня подает команду на вкючение соответствующего шунтирующего выключателя (КМ1-КМ3). Ограничение перенаряжений в системе С.Н. осуществляется за счет подключения к сборным шинам нелинейных оксидно-цинковых активных сопротивлений типа ОПН-КС-6/47. Последние, обеспечивают глубокое органичение перенапряжений до уровня 2Uф. Однако их недостатком является низкая термостойкость, так как допустимое время работы составляет порядка 2с в режиме однофазного замыкания на землю в сети 6кВ. В связи с этим предложено в цепи нейтрали фазных ОПН, соединенных в звезду (рис.1), подключить однополюсный выключатель, через который происходит соединение нейтрали ОПН с землей. При этом между шунтирующими выключателями КМ1-КМ3 и выключателем нейтрали ОПН КМ0 выполняется блокировка, которая при включении любого из шунтирующих выключателей автоматически отключает выключатель нейтрали КМ0 и переводит два последовательно соединенных ОПН на подключение к линейному напряжению, чем ограничивается их время работы при однофазном замыкании на землю.

Далее приводится анализ работы предлагаемой схемы, выполненный с помощью математической модели. В существующих схемах С.Н. электрических станций, работающих с изолированной нейтралью, при возникновении дугового замыкания на землю процессы проходят так, как показано на рис.2, где изображена осциллограмма многократных пробоев фазы С на землю в момент максимума напряжения на поврежденной фазе С и погасаний дуги при первом переходе через "0" тока высокочастотных колебаний. Из осциллограммы следует, что при возникновении каждого очередного пробоя происходит повышение потенциала нейтрали , что приводит к увеличению перенапряжений на здоровых фазах, достигающих уровня (3,8 4.6)Uф, т.е. при таком виде замыканий происходит процесс эскалации напряжений. Следует отметить, что данный вид дугового замыкания может существовать длительное время из-за того, что токовые защиты на отходящих присоединениях не обладает достаточной чувствительностью из-за небольшой длительности протекания токов через место повреждения.

На рис.3 показан характер ограничения перенапряжений при дуговом замыкании на землю в фазе С за счет установки на шинах разрядников типа ОПН. Порог срабатывания ОПН был принят 8,6кВ, благодаря чему перенапряжения в здоровых фазах не превышают 2Uф при принятом напряжении пробоя изоляции на фазе С равному 4900 В.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что подавление перенапряжений в сети с момента начала горения дуги до момента шунтирования поврежденной фазы однополюсным контактором (КМ1-КМ3) успешно можно осуществлять ограничителями перенапряжений типа ОПН, включенными по предлагаемой схеме (рис.1) для осуществления термостабильности. Это позволяет отказаться от установки в сети дополнительного оборудования (присоединительного трансформатора и бетэловых резисторов) и, кроме того, реализация предлагаемого технического решения ограничивает длительность существования дуговых замыканий и сопутствующих им перенапряжений временем порядка 0.5с до момента включения шунтирующего контактора.