РОЗДІЛ 2
АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРИСТРОЇВ ОБМЕЖЕННЯ АМПЛІТУДИ ПЕРЕНАПРУГ НА РЕГУЛЮВАЛЬНІЙ ОБМОТЦІ ВДТ
2.1. Постановка задачі
Аналізуючи ефективність існуючих пристроїв обмеження перенапруг, необхідно виходити з невідповідності умов роботи ВДТ в складі компенсувального пристрою прямого регулювання тим вимогам, згідно яких його проектували. Для ВДТ, враховуючи особливості їх ввімкнення, встановлені особливі випробувальні напруги [71]. Тому для оцінки допустимих перенапруг на його ізоляції будемо орієнтуватися на нормативи [72], на момент випуску яких ВДТ вже отримали широке розповсюдження в експлуатації.
У типовому випадку застосування ВДТ його регулювальна обмотка ввімкнена послідовно зі спільною частиною обмотки (АТ) і захищається нею від дії перенапруг з крутим фронтом. Враховуючи це, рівень поздовжньої ізоляції регулювальної обмотки ВДТ має бути скоординований тільки з розрахунковими перенапругами на нейтралі обмотки АТ з номінальною напругою 220 кВ [72].
Розрахункова грозова перенапруга для ізоляції розземленої нейтралі обмотки приймається у вигляді повної та зрізаної (з крутим спадом напруги) імпульсних хвиль з однаковими амплітудами [71]. ВДТ вважаються обладнанням з класом ізоляції 35 кВ. В експлуатації є велика кількість трансформаторів 110 кВ з РПН в нейтралі обмотки ВН, який виконаний за допомогою апаратури, рівень ізоляції якої відповідає класу напруги 35 кВ. Досвід показав, що розрядники РВС-35 в нейтралях таких трансформаторів надійно захищають ізоляцію нейтралі.
Таким чином, з урахуванням вище наведеного, можна вважати, що рівень ізоляції всієї регулювальної обмотки ВДТ як мінімум достатній для витримування наступних розрахункових дій [71] на нейтралі обмотки ВН трансформаторів класу 110 кВ:
амплітуда внутрішніх перенапруг кВ макс;
амплітуда грозових перенапруг 130 кВ макс.
На ці мінімальні величини слід орієнтуватися аналізуючи ефективність пристроїв обмеження перенапруг, що підтверджується інструкцією завода-виробника, згідно з якою вся регулювальна обмотка має бути зашунтована розрядником РВЭ-25 з імпульсною пробивною напругою 100 кВ та пробивною напругою на частоті 50 Гц - не більше кВ макс, а також тим, що між виводами регулювальної обмотки ВДТ та "землею" має бути встановлений розрядник РВС-35 кВ з імпульсною пробивною напругою 125 кВ макс та пробивною напругою частотою 50 Гц не більш кВ макс. Різниця в параметрах рекомендованих заводом розрядників, напевно, обумовлена різницею в рівнях ізоляції головної та поздовжньої ізоляції регулювальної обмотки ВДТ.
Враховуючи, що номінальна напруга регулювальної обмотки ВДТ для 1-ого та 22-ого положення РПН дорівнює відповідно 38,3 кВ та 40,4 кВ, то можна прийняти, що для вказаних положень РПН розрахунковий рівень ізоляції відповідає класу ізоляції 35 кВ.
Таким чином, пошкодження ВДТ з урахуванням того, що ВДТ був захищений згідно з вимогами заводу-виробника, можна віднести тільки на рахунок специфіки його роботи в складі компенсатора реактивної потужності. Ця специфіка (за відсутності додаткових пристроїв захисту) полягає в можливості дії на ізоляцію регулювальної обмотки ВДТ у початковий момент короткого замикання на шинах підстанції практично прямокутного імпульсу перенапруг з амплітудою, яка перевищує допустиму, та деяким запізненням часу спрацювання вентильного розрядника, який шунтує регулювальну обмотку ВДТ. Запізнення роботи розрядника обумовлене хвильовими процесами, що виникають у регулювальній обмотці ВДТ під час дії на неї напруги, яка є на виводах конденсаторної батареї компенсатора. Кількісний аналіз хвильових процесів у обмотках ВДТ є складною самостійною дослідницькою проблемою, яка виходить за межі даного дослідження, метою якого є звернення уваги на принциповий факт запізнення роботи вентильного розрядника відносно моменту появи перенапруг на регулювальній обмотці ВДТ для довільного положення РПН та необхідність визначення допустимих перенапруг, які діють на ізоляцію ВДТ залежно від положення РПН для розробки додаткових засобів обмеження перенапруг у початковий момент КЗ до рівня допустимих.
Якщо на всю регулювальну обмотку (22 положення РПН) діє прямокутний імпульс напруги U, то закон початкового розподілу напруги вздовж обмотки за умови заземленої нейтралі ВДТ описується рівнянням [73]:
, (2.1)
де x - поточна координата довжини обмотки;
l - повна довжина обмотки;
- коефіцієнт, що характеризує крутизну спаду кривої початкового розподілу. ,
- ємність обмотки на землю, віднесена до одиниці довжини обмотки;
- поздовжня ємність обмотки, віднесена до одиниці довжини обмотки.
Максимальний поздовжній градієнт напруги на обмотці дорівнює [73]:
, (2.2)
тобто він в разів більший, ніж градієнт, який мав би місце при рівномірному розподілі напруги. В сучасних трансформаторах , а його середнє значення . У [74,75] наведені значення ємнісного градієнта для деяких типів трансформаторів.
Конструкція ВДТ така, що зі зміною положення РПН змінюється повна довжина робочої частини обмотки з l до li. При цьому . Тут li - довжина обмотки для i-го положення РПН. Якщо прийняти l=1, то у відносних одиницях можна визначити як співвідношення номінальної напруги для i-ого положення РПН до номінальної напруги всієї регулювальної обмотки, тобто .
Для i-ого положення РПН закон початкового розподілу напруги під час дії прямокутного імпульсу напруги буде виглядати наступним чином:
. (2.3)
Тут xi знаходиться як частина довжини обмотки li .
Якщо бажано оцінити розподіл напруги вздовж обмотки в попередніх координатах (тобто як за (2.1)), то одна і та сама реальна точка обмотки довжиною l за (2.1) та за (2.3) знаходиться згідно співвідношення , а рівняння (2.3) буде мати вигляд
, при . (2.4)
Максимальний градієнт напруги за аналогією з (2.2)
(2.5)
Звідси видно, що початковий градієнт обернено пропорційний до еквівалентної довжини активної обмотки, тому приймаюч