Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Левшов А.В., Махинда Сильва "ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ СЕТЕЙ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ПРИ ЗАМЫКАНИЯХ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ"

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

http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2004/eltf/tsigankov/library/03.htm

The principal limited overvoltage scheme in neutral point nets is suggested. The scheme works by means of transmittig net in the solid short-circuit mode if there is ground arcting short-circuit. This process decreases probability of equipment damage in other modes and increases net work reliability.

       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 [1,2] 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 [3] показали, что отмеченным выше директивным решениям [1,2] 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 [4]. 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, согласно [4] 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, описанной в [5].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.

Выводы:

1.Предлагаемая схема ограничения перенапряжений путем перевода сети собственных нужд в режим глухого замыкания фазы на землю исключает длительные дуговые замыкания и повышает надежность работы сети.
2.Для реализации предлагаемой схемы ограничения перенапряжений используется серийно выпускаемое оборудование (вакуумные контакторы, ОПН) и исключается дополнительная установка присоединительных трансформаторов и громоздких бетэловых резисторов.

ЛИТЕРАТУРА

       1.Циркуляр Ц-01-88. О повышении надежности сетей 6кВ собственных нужд энергоблоков АЭС.-М., 1988.
       2.Циркуляр Ц-01-97. О повышении надежности сетей 6кВ собственных нужд энергоблоков АЭС.-М., 1997.
       3.Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Махинда Сильва . Анализ процессов дуговых замыканий на землю в сетях собственных нужд ТЭС и АЭС.-Сб.научн.трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, вып.17:-Донецк: ДонГТУ, 2000,с.129-133.
       4.Подъячев В.Н., Плессер М.А., Беляков Н.Н., Кузьмичева К.И. Глубокое ограничение перенапряжений при замыканиях на землю в сети собственных нужд ТЭС.-Энергетик, 1999, №2, с.20-21.
       5.Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Махинда Сильва . Математическая модель для исследования переходных процессов при замыкании фазы на землю в сетях 6-10 кВ. -Сб.научн.трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, вып.4:-Донецк: ДонГТУ,1999,с.221-226.