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 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.