Как устроены и работают токоограничивающие и дугогасящие реакторы в энергетике

Современные автоматические выключатели ликвидируют токи коротких замыканий с минимально возможной выдержкой времени. Но, они не могут противостоять действию электродинамических сил, которые развиваются в первоначальный момент аварии. Для ликвидации их ударного проявления используются другие технические решения, основанные на работе реакторов.

Термин «Реактор» используется для обозначения устройств, работающих за счет проявления сил различных реакций, когда создается ответное воздействие на протекание какого-то определенного процесса, например, биологического, химического, электрического. механического…

Если совершается какое-то действие (обозначаемое корнем слова «акция»), то техническое устройство контролирует этот процесс и осуществляет противодействие его развитию (определяется предлогом «ре»). Название «Реактор» обозначается термином, состоящим из этого корня и предлога. А его окончание завершает определение технического устройства.

Наиболее широко используются сухие реакторы в сетях 6 и 10 кВ. Они выполняются в виде обмотки из изолированного провода, закрепленной на бетонных колоннах. Монтируются с вертикальным, горизонтальным или ступенчатым расположением фаз, в отдельных камерах распределительного устройства. В сетях более высоких напряжений применяются реакторы с масляной изоляцией, с каркасом стержневой или тороидальной формы из изоляционного материала и стальным баком.

Реакторы различают: по исполнению — одинарные и сдвоенные, по месту включения — секционные и линейные, по характеристикам — с линейной или нелинейной характеристикой, управляемые и неуправляемые. Сухие бетонные реакторы относятся к неуправляемым реакторам с линейной характеристикой.

Виды реакторов в энергетике

В высоковольтных электрических системах реакторы работают на принципе контроля и ограничения аварийных токов, стихийно возникающих на оборудовании схемы.

По назначению конструкции они подразделяются на два вида:

1. уменьшающие величины токов коротких замыканий — токоограничивающие;

2. снижающих возникающую электрическую дугу — дугогасящие.

Первый вид электротехнических аппаратов создается для устранения действия ударного тока, образуемого при возникновении короткого замыкания.

Второй — дугогасящие реакторы увеличивают индуктивное сопротивление, противодействующее развитию дуги при аварийной ситуации, связанной с образованием однофазного замыкания на контур земли в сетях, использующих глухоизолированную нейтраль.

Оба вида этих электротехнических устройств при номинальном режиме работы оборудования вносят небольшую погрешность в выходные характеристики системы, но она лежит в пределах рабочих нормативов, вполне допустима.

Что такое ударный ток короткого замыкания

При номинальном режиме высоковольтная энергия питания расходуется на преодоление полного сопротивления подключенной электрической схемы, состоящего из активной и реактивной нагрузки с индуктивными и емкостными связями. При этом создается рабочий ток, сбалансированный приложенной мощностью, напряжением, полным сопротивлением цепи.

Во время короткого замыкания происходит шунтирование огромной мощности источника случайным подключением нагрузки с маленьким активным сопротивлением, характерным для металлов. В ней отсутствует реактивная составляющая.

Это КЗ устраняет созданное равновесие в рабочей схеме, формирует новые виды токов. При этом переход источника напряжения на режим короткого замыкания происходит не мгновенно, а слегка растянут по времени. Такой кратковременный период называют переходным. При его протекании токи нагрузки изменяют форму и величину от значения гармоничной синусоиды номинального режима до характеристик установившегося подключения к «металлическому замыканию».

В ходе протекания переходных процессов полный ток от КЗ представляет собой вид сложной формы, которую для упрощения расчетов и анализа разделяют минимум на две составляющие:

1. вынужденную периодическую;

2. свободную апериодическую.

Первая часть повторяет форму питающего напряжения, а вторая возникает скачком и постепенно убывает по величине. Она формируется за счет емкостной нагрузки номинального режима, который рассматривается как холостой ход для последующего короткого замыкания.

Обе составляющие, складываясь вместе, создают ток, изменяющийся во времени сложным видом. Его необходимо учитывать при создании защит для принятия действенных мер.

За основу расчета выбирается величина с максимальным мгновенным значением апериодической составляющей. Его и называют ударным током.

Как работает токоограничивающий реактор

Основу конструкции составляет обмотка катушки, обладающей индуктивным сопротивлением, включенным в разрыв основной цепи питания. Ее параметры подбирают таким образом, чтобы при нормальных условиях эксплуатации падение напряжения на ней не превышало четырех процентов от общей величины.

При возникновении аварийной ситуации в защищаемой схеме эта индуктивность гасит большую часть приложенного высоковольтного напряжения и таким образом ограничивает действие ударного тока.

Токоограничивающий реактор рассчитывают по величине максимального тока аварии Im, которому он может противостоять по выражению:

В формуле Iн обозначает значение номинального тока, а Xр — величину реактивного сопротивления обмотки.

Приведенная закономерность наглядно показывает, что увеличение индуктивности катушки ведет к уменьшению ударного тока.

Реактивные свойства обмоток обычно повышают подключением магнитопровода из стальных пластин. В конструкциях подобных реакторов при протекании больших токов по виткам происходит насыщение материала сердечника, что ведет к потере его токоограничивающих свойств. Поэтому от таких конструкций в большинстве случаев отказываются.

Токоограничивающие реакторы, как правило, изготавливают без использования стальных сердечников. Из-за необходимости достижения требуемой индуктивности они обладают повышенными габаритами и весом.

Конструкции токоограничивающих реакторов

По внутреннему исполнению они бывают:

Реакторы из бетонных блоков

Такие конструкции эксплуатируются довольно долгое время в сетях с напряжением до 35 кВ. Их обмотку делают из эластичных проводов, демпфирующих динамические и температурные нагрузки несколькими параллельными цепочками, равномерно распределяющими токи. Этим способом разгружают механическое воздействие на стационарную бетонную конструкцию.

Витки обмоток подобных реакторов выполнены многожильными проводами круглого сечения с изоляцией. Их заливают специальным сортом высокопрочного бетона, смонтированного в вертикальные колонки. При необходимости дополнения в конструкцию металлических частей используют исключительно немагнитные материалы.

Способ включения фазных катушек выбирают таким, что бы магнитные поля от них направлялись встречно. Этим приемом ослабляют динамические усилия при ударных токах КЗ.

Открытое расположение обмоток в пространстве позволяет обеспечивать хорошие условия для естественного охлаждения атмосферным воздухом. Когда тепловые нагрузки при номинальном режиме или коротких замыканиях способны превысить допустимые пределы нагрева обмоток, то применяют принудительный обдув вентиляторами.

При эксплуатации следует учитывать, что при сырой погоде бетон накапливает влажность из воздуха.

Подобные устройства до сих пор массово работают в высоковольтных сетях энергетики, успешно справляются с аварийными ситуациями, но считаются уже морально устаревшими.

Реакторы сухого типа

Они стали появляться благодаря разработке новых изоляционных материалов, основанных на кремнийорганической структуре. Она позволяет создавать изделия, успешно работающие на электрооборудовании до 220 кВ включительно.

Катушка обмотки наматывается прямоугольным многожильным кабелем повышенной прочности и покрывается слоем кремнийорганического лака. Дополнительные эксплуатационные преимущества обеспечивает покрытие кремнийорганической силиконовой изоляцией.

В результате этих доработок сухие токоограничивающие реакторы по сравнению с бетонными аналогами обладают:

меньшими габаритами и весом;

повышенной механической прочностью;

бо́льшим ресурсом работы.

У них медная обмотка проводников изолируется пропитанной кабельной бумагой и монтируется на изоляционных цилиндрах, помещенных в емкость с маслом либо другим жидким диэлектриком, одновременно выполняющим функцию отвода тепла.

Чтобы исключить нагрев металлического корпуса емкости от протекающего по виткам обмотки переменного поля промышленной частоты в подобную конструкцию включают магнитные шунты или электромагнитные экраны.

Магнитный шунт создают из магнитомягких листов стали. размещенных внутри масляной емкости около ее стенок. Образованный таким методом внутренний магнитопровод замыкает на себя магнитный поток, создаваемый обмоткой.

Электромагнитные экраны изготавливают в виде алюминиевых либо медных короткозамкнутых витков, смонтированных у стенок бака. В них индуцируется встречное электромагнитное поле, снижающее действие основного.

Создаются с сердечником. Учитывая возможность насыщения магнитопровода, такие изделия требуют точного расчета и тщательного анализа условий эксплуатации.

Броневые сердечники из электротехнических сортов стали позволяют снижать габариты и вес подобных конструкций реакторов, а заодно и стоимость.

Но при их использовании требуется обязательно учитывать то обстоятельство, чтобы ударный ток не превышал максимального возможного значения для этого типа устройств.

Защищают кабельную ЛЭП по другому принципу, чем их токоограничивающие аналоги.

Об опасности однофазных замыканий на контур земли в схеме с изолированной нейтралью

Энергетические сети с рабочим напряжением 6÷35 кВ создаются для работы на линиях электропередач с нейтралью, изолированной от земли. В этом случае между всеми проводниками образуется емкостное сопротивление, а они сами работают так же, как обкладки конденсатора, то есть накапливают заряды.

При нарушении изоляции любой из фаз на контур земли создается замкнутая электрическая цепочка, через которую начинает стекать только емкостной ток. Он не создает короткое замыкание. Поэтому подобную неисправность допускается действующими документами устранять не мгновенно, а с выдержкой времени до двух часов. Она необходима оперативному персоналу как резерв на изменение схемы питания потребителей поврежденной линии без перерыва их электроснабжения.

С этой целью релейные защиты ЛЭП настраиваются в работу на сигнал, а не на отключение питания. Однако в такой ситуации проявляется двойная опасность:

1. попадания человека под действие шагового напряжения, оказавшегося в случайном месте возникновения неисправности;

2. возникновения электрической дуги, когда емкостной ток станет превышать величину в 20 ампер.

Горение дуги разрушает изоляцию проводов и кабелей, переводит однофазное замыкание в двух- или трехфазное КЗ со всеми негативными последствиями. Ее действие ограничивают защитными устройствами.

Назначение дугогасящих реакторов

Обмотка катушки L включается между нейтралью генератора и контуром земли. Она обладает индуктивным сопротивлением, которое можно регулировать посредством переключения числа витков. Измерительный трансформатор ТА позволяет контролировать проходящий ток для принятия действенных мер.

Такой способ подключения обмотки катушки позволяет создавать последовательную цепочку, состоящую из емкости и индуктивности, к которой приложено напряжение источника фазы с поврежденной изоляцией.

Емкостной и индуктивный токи находятся в противофазе, сдвинуты на общий угол 180 градусов. Действие емкостного тока ограничивается индуктивным, направленным встречно. В итоге суммарная величина, проходящая через поврежденную изоляцию, значительно уменьшается.

Дугогасящие реакторы могут создаваться под индивидуальные условия эксплуатации, не требующие специальных настроек для линий ограниченной длины или изготавливаться с возможностью регулировки индуктивного сопротивления катушки:

В первом случае изменение индуктивности осуществляется за счет переключения числа обмоток, подключенных к отпайкам.

Плавную регулировку выполняют:

плунжерные конструкции, регулирующие воздушный зазор магнитопровода;

реакторы с подмагничиванием постоянным током, использующие принципы магнитных усилителей.

Дугогасящие реакторы постоянной индуктивности создаются без систем управления.

Для регулирования индуктивности используются конструкции с:

ручным переключением числа работающих витков. Этот процесс не только трудоемкий, но и требует снятия напряжения с реактора;

приводом, работающим автоматически под нагрузкой сети;

измерителем емкости, позволяющим автоматически подстраивать индуктивность под результат замера за счет плавного регулирования тока.

Современные конструкции дугогасящих реакторов в управлении используют микропроцессорные технологии, облегчающие возможности эксплуатации предоставлением обслуживающему персоналу расширенной информации по статистике замыканий, поиску повреждений и другим полезным функциям.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Список принятых сокращений в энергетике

АВР — автоматическое включение резерва
АД — асинхронный двигатель
АИ — автономный инвертор
АИН — автономный инвертор напряжения
АИТ — автономный инвертор тока
БУ — блок управления
ВЛ — воздушная линия электропередачи
ВП — вентильный преобразователь
ГПП — главная понизительная подстанция
ЗРУ — закрытое распределительное устройство
ИП — источник питания
КВПП — комплектная выпрямительная преобразовательная подстанция
КЗ — короткое замыкание
КЛЭП — кабельная линия электропередачи
КПП — комплектная преобразовательная подстанция
КРМ — компенсация реактивной мощности
КРУ — комплектное распределительное устройство
КРУЭ — герметизированное комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией
КТП — комплектная трансформаторная подстанция
КУ — компенсирующее устройство
ЛЭП — линия электропередачи
НПЧ — непосредственный преобразователь частоты
ОП — опорная подстанция
ОРУ — открытое распределительное устройство
ПГВ — подстанция глубокого ввода
ПП — преобразовательная подстанция
ППР — система планово-предупредительного ремонта
ПЧ — преобразователь частоты
РИН — резонансные инверторы напряжения
РП — распределительная подстанция
РУ — распределительное устройство
СД — синхронный двигатель
СКВ — статический компенсационный выпрямитель
СКП — симметричный компенсированный преобразователь
СНП — симметричный некомпенсированный преобразователь
ТП — трансформаторная подстанция
ТЭО — технико-экономическое обоснование
ТЭС — тепловая электрическая станция
ТЭЦ — теплоэлектроцентраль
УРП — узловая (районная) распределительная подстанция
ЦРП — центральная распределительная подстанция
ШР — шкаф распределительный
ЩСУ — щит станций управления
ЭС — электростанция
ЯЧЭЛ — унифицированная ячейка системы электроснабжения малого предприятия

С 2012 года наша компания приступила к разработке проектной документации марки ЭОМ (электрооборудование и электроосвещение) 2-х этажного Салона Красоты на проспекте Маршала Жукова д.78.

Компанией ООО «Бюро «ЭлектроСтройПроект» была оформлена техническая документация –это разрешение на присоединение мощности в ОАО «МОЭСК», оформлен Акт разграничения балансовой принадлежности и ответственности сторон, а также был разработан электропроект слаботочных сетей Клиники вспомогательных репродуктивных технологий «Дети из пробирки».

Компанией ООО «Бюро «ЭлектроСтройПроект» был разработан проект наружных сетей по прокладке кабельной линии для механизации строительства двухпутного железнодорожного путепровода через МКАД, Заказчик ООО ФСК «Мостоотряд-47».

© Copyright «БЮРО СтройЭлектроПроект» 2021
статьи

Источник

Устройство противоаварийной автоматики «ИЦ «Бреслер»

ООО «Исследовательский центр «Бреслер» («ИЦ «Бреслер») разработало комплекс устройств локальной противоаварийной автоматики (ПА).

Разработаны модификации шкафа (рис. 1) для типичных применений (рис. 2); они могут быть адаптированы к требованиям заказчика.

АЛАР селективно определяет наличие двухмашинного асинхронного режима (АР) на воздушных линиях (ВЛ) напряжением 110‑220 кВ, протяженностью до 250 километров без промежуточного отбора мощности или с промежуточным отбором мощности (до половины передаваемой по ВЛ) на нескольких проходных подстанциях (ПС).

АЛАР правильно функционирует при АР со скольжением до 8 Гц в конце первого цикла и до 12 Гц в конце четвертого цикла, фиксирует наличие электрического центра качаний на контролируемом участке энергосистемы и выдает воздействия для ликвидации АР с учетом знака скольжения несинхронно движущихся частей энергосистемы.

Автоматика выполнена трехступенчатой. Первая ступень определяет знак скольжения в контролируемом сечении и работает на первом цикле асинхронного хода. Вторая и третья ступени срабатывают при достижении заданного числа циклов АР.

Устройство использует косвенный признак фиксации наличия АР по углу сдвига фаз между ЭДС примыкающих к ВЛ электростанций. Угол сдвига фаз определяется путем анализа поведения в комплексной плоскости сопротивлений годографа сопротивления на зажимах устройства АЛАР.

Измерительные органы АЛАР выполнены на дистанционном принципе.

Принцип работы первой ступени основан на выявлении сопротивления, при котором угол между векторами сопротивлений по концам защищаемого участка больше критического.

Принцип работы второй и третьей ступеней основан на подсчете циклов АР с помощью реле мощности. Для отстройки от качаний используется контроль длительности цикла АР.

Для выбора уставок ИО АЛАР разработано руководство по выбору уставок, в соответствии с которым не требуется никаких дополнительных расчетов, кроме параметров схемы замещения.

Кроме того, в терминале предусмотрен резервный комплект АЛАР, основанный на токовом принципе работы. Резервный токовый комплект позволяет реализовать АЛАР, реагирующую на:
• циклические срабатывания реле максимального фазного тока, сопровождающиеся срабатыванием реле направления мощности;
• последовательные срабатывания грубого и возвраты чувствительного реле максимального фазного тока с контролем длительности асинхронного режима.

Устройство АЛАР ООО «ИЦ «Бреслер» предназначено для применения как на новых объектах, так и для замены находящихся в эксплуатации панелей типа ЭПО, разработанных институтом «Энергосетьпроект» и поставленных «ЧЭАЗ» в течение последних тридцати лет. Обеспечивается совместимость принципа действия и уставок с панелями типа ЭПО.

АОСЧ предназначена для обеспечения живучести энергосистемы при возникновении значительного дефицита активной мощности в отдельных ее частях с их аварийным отделением и глубоким снижением частоты, создающих угрозу повреждения оборудования электростанций, безопасности работы АЭС, нарушения нормальной работы потребителей, а также возникновения лавины частоты и напряжения с полным прекращением электроснабжения. АОСЧ обеспечивает отключение мощности с дальнейшим прекращением процесса аварийного снижения частоты, а также частичное или полное восстановление питания отключенной нагрузки потребителей при нормализации частоты.

АОСЧ содержит до пятнадцати одинаковых очередей АЧР-ЧАПВ, каждая из которых обеспечивает подачу одного сигнала на отключение и одного – на включение одного или нескольких потребителей одновременно. Каждая очередь контролирует частоту, скорость ее снижения и величину напряжения, обеспечивающие работоспособность при относительно медленном и относительно быстром изменении частоты, а также при лавине частоты.

Комплект АЧР может блокироваться по минимальному напряжению и по скорости снижения частоты (блокировка при выбеге синхронных двигателей).

АОПЧ предназначена для ограничения частоты генераторов с контролем величины изменения частоты и скорости изменения частоты на шинах 110‑220 кВ.

Устройство имеет три ступени разгрузки при увеличении частоты, три ступени разгрузки по скорости увеличения частоты, а также блокировку ступеней по скорости снижения частоты при качаниях и АР.

Устройство АОПЧ имеет несколько групп уставок по частоте и скорости изменения частоты.

АОСН предназначена для ограничения снижения напряжения, происходящего вследствие возникновения дефицита мощности и при лавине напряжения.

АОСН может содержать от одной до трех ступеней. Каждая ступень содержит ИО минимального напряжения, осуществляющий контроль понижения напряжения с последующим отключением нагрузки, а также ИО максимального напряжения, контролирующий восстановление напряжения до уровня, при котором возможно АПВ отключенных присоединений.

Контроль понижения и повышения напряжения осуществляется во всех трех фазах на основной частоте сети.

Для предотвращения повторного неоднократного отключения одной и той же нагрузки каждая ступень АОСН производит контроль числа разрешенных отключений нагрузки.

АОПН предназначена для ограничения повышения напряжения сверх допустимого уровня на контролируемом участке энергосистемы, которое может возникнуть при одностороннем отключении линии, а также при резонансных явлениях.

АОПН «ИЦ «Бреслер» соответствует по алгоритму и по вольт-секундным характеристикам требованиям ГОСТ 1516.3‑96 «Электрооборудование переменного тока на напряжение от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции».

АОПН выполняется трехступенчатой с порогами срабатывания 1,1; 1,25 и 1,9 по отношению к номинальному напряжению электрооборудования данного класса напряжения.

ИО максимального напряжения каждой ступени реагируют на наибольшие фазные истинные действующие и мгновенные значения напряжения. Основная погрешность ИО максимального напряжения всех ступеней АОПН не более 1 процента от значения уставки.

Первая ступень АОПН имеет порог срабатывания 1,1U* и контролирует продолжительность повышения напряжения от 20 секунд до 20 минут.

Для выявления ВЛ, являющейся источником перенапряжения, применяется селективный измерительный орган, представляющий собой реле реактивной мощности с торможением от модуля активной мощности. Селективный ИО имеет пофазное исполнение.

При срабатывании второй ступени АОПН с порогом 1,25U* и длительностью от 1 до 20 секунд и разрешении селективного ИО включается реактор поперечной компенсации ВЛ и выдается сигнал об исчерпании ресурса изоляции. Срок восстановления изоляции – 1 сутки, после чего сигнал об исчерпании ресурса снимается.

При срабатывании третьей ступени АОПН с порогом 1,9U* и временем повышения напряжения от 0,1 до 1 секунды данная ВЛ отключается.

ФОЛ применяется в качестве пускового органа для устройств автоматики предупреждения нарушения устойчивости (АПНУ) и источника дополнительной информации о режиме работы линии.

Автоматика ФОЛ выполняет следующие функции:
• фиксация отключения линии. Производится при размыкании контактов выключателей и линейных разъединителей с обоих концов ВЛ;
• фиксация включения линии. Включенное положение линии со своей стороны фиксируется при включении одного из выключателей и включенном линейном разъединителе;
• фиксация ремонта линии. При приеме сигналов фиксации ремонта линии со своей и противоположной стороны происходит фиксация вывода в ремонт ВЛ с обеих сторон.

АРПТ предназначена для ликвидации возможных перегрузок ВЛ по току.

АРПТ содержит три направленных токовых ступени и одну ненаправленную токовую ступень. Все ступени действуют на отключение и на сигнал. Направленность обеспечивается измерительным органом направления мощности прямой последовательности. Максимальные токовые измерительные органы имеются в каждой фазе.

Ввод в работу ненаправленной токовой ступени осуществляется пользователем с помощью накладки.

АРПМ предназначена для ликвидации возможных перегрузок ВЛ по активной мощности. АРПМ содержит три ступени, каждая из которых может действовать на отключение и на сигнал, и одну ступень ускорения отключения. ИО ступеней измеряют величину и направление активной трехфазной мощности по основной гармонике. ИО ступени с ускорением измеряет величину тока и скорость изменения активной мощности.

Схема АРПМ предусматривает возможность работы устройства по величине мощности в предшествующем режиме. При приеме внешнего сигнала «Контроль предшествующего режима» значение мощности в предшествующем режиме запоминается на время до 30 секунд.

Разработанное ООО «ИЦ «Бреслер» устройство ПА реализует полный комплекс функций локальной противоаварийной автоматики, отвечает требованиям стандартов СО ЕЭС.

Источник