Опыт измерений коммутационных перенапряжений в условиях эксплуатации

background image

background image

98

Опыт измерений коммутационных 
перенапряжений в условиях 
эксплуатации

УДК

 621.316.9

Приведены

 

семь

 

случаев

 

широкополосных

 

измерений

 

высокочастотных

 

коммутацион

-

ных

 

перенапряжений

 

в

 

условиях

 

эксплуатации

 

при

 

отсутствии

 

специальных

 

делителей

 

напряжения

В

 

двух

 

случаях

 

с

 

использованием

 

емкостных

 

датчиков

 

в

 

качестве

 

детек

-

торов

 

напряжения

Измерения

 

напряжения

 

на

 

проводе

 

воздушной

 

линии

 

дали

 

ложные

 

результаты

а

 

измерения

 

напряжения

 

на

 

шине

 

подстанции

 

требовали

 

коррекции

Наибо

-

лее

 

достоверными

 

признаны

 

пять

 

случаев

 

измерения

 

перенапряжений

 

при

 

коммутациях

 

силовых

 

трансформаторов

 

и

 

шунтирующих

 

реакторов

в

 

которых

 

в

 

качестве

 

верхнего

 

плеча

 

делителя

 

напряжения

 

использовались

 

емкости

 

основной

 

изоляции

 

вводов

.

Овсянников

 

А

.

Г

., 

д

.

т

.

н

., 

профессор

 

кафедры

 

«

Техника

 

и

 

электрофизика

 

высоких

 

напряжений

» 

ФГБОУ

 

ВО

 «

Новосибирский

 

государственный

 

технический

 

университет

»

Войтович

 

Р

.

А

., 

к

.

т

.

н

., 

доцент

 

кафедры

 

«

Техника

 

и

 

электрофизика

 

высоких

 

напряжений

» 

ФГБОУ

 

ВО

 «

Новосибирский

 

государственный

 

технический

 

университет

»

Лавров

 

Ю

.

А

., 

к

.

т

.

н

., 

доцент

 

кафедры

 

«

Техника

 

и

 

электрофизика

 

высоких

 

напряжений

» 

ФГБОУ

 

ВО

 «

Новосибирский

 

государственный

 

технический

 

университет

»

Шевченко

 

С

.

С

., 

старший

 

преподаватель

 

кафедры

 «

Техника

 

и

 

электрофизика

 

высоких

 

напряжений

» 

ФГБОУ

 

ВО

 «

Новосибирский

 

государственный

 

технический

 

университет

»

Ключевые

 

слова

трансформатор

шунтирующий

 

реактор

управляемый

 

шунтирующий

 

реактор

коммутационное

 

перенапряжение

делитель

 

напряжения

паразитная

 

емкость

ввод

В

 

ряде

 

случаев

  (

выяснение

 

причин

 

повторяющихся

 

перекрытий

 

изоляции

подозрения

 

на

 

неприемлемые

 

уровни

 

перенапряже

-

ний

 

вследствие

 

особенностей

 

оперативной

 

схемы

 

переключе

-

ний

 

или

 

неадекватных

 

характеристик

 

коммутационных

 

и

 

защит

-

ных

 

аппаратов

ложные

 

срабатывания

 

или

 

отказы

 

устройств

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автоматики

возникает

 

потребность

 

в

 

достоверной

 

оценке

 

коммутационных

 

перенапряжений

 

в

 

условиях

 

действующих

 

подстан

-

ций

 (

ПС

).

В

 

лабораторных

 

условиях

 

форму

 

и

 

амплитуду

 

испытательных

 

на

-

пряжений

 

можно

 

измерить

 

с

 

помощью

 

широкополосного

 

емкостно

-

оми

-

ческого

 

делителя

 

напряжения

Приемлемых

 

погрешностей

 

измерений

 

переменных

 

и

 

коммутационных

 

испытательных

 

напряжений

 

можно

 

до

-

биться

 

и

 

при

 

использовании

 

емкостных

 

делителей

 

напряжения

В

 

условиях

 

эксплуатации

 

на

 

подстанциях

 

и

тем

 

более

на

 

воздуш

-

ных

 

линиях

 

электропередачи

 

нет

 

ни

 

первого

ни

 

второго

 

типа

 

делителя

Единственным

 

средством

 

измерения

 

на

 

ПС

 

служит

 

трансформатор

 

на

-

пряжения

 (

электромагнитный

 

или

 

емкостной

), 

способный

 

с

 

заявленной

 

погрешностью

 

измерять

 

только

 

первую

 

гармонику

 

переменного

 

напряже

-

ния

 

промышленной

 

частоты

 

и

 

с

 

ненормированной

 (

но

 

приемлемой

 

для

 

практики

погрешностью

 — 

несколько

 

гармоник

 

сетевого

 

напряжения

.

Однако

 

для

 

исследовательских

 

целей

когда

 

нужно

 

регистрировать

 

все

 

этапы

 

переходного

 

процесса

 

от

 

коротких

  (

десятки

-

сотни

 

наносе

-

кунд

перенапряжений

 

до

 

рабочих

 

переменных

 

напряжений

 

в

 

устано

-

вившемся

 

режиме

требуются

 

широкополосные

 

измерения

 

высоко

-

го

 

напряжения

К

 

сожалению

лабораторные

 

делители

 

напряжения

 

имеют

 

конструктивное

 

исполнение

непригодное

 

для

 

эксплуатации

 

на

 

открытом

 

воздухе

Поэтому

 

на

 

подстанциях

 

и

 

линиях

 

приходится

 

ис

-

пользовать

 

части

 

электроустановок

 

и

 

специальные

 

датчики

Следу

-

ет

 

заметить

что

 

руководящие

 

или

 

методические

 

документы

 

по

 

дан

-

ной

 

теме

 

отсутствуют

Лишь

 

недавно

 

опыт

 

исследователей

 

разных

 

стран

 

был

 

обобщен

 

в

 

брошюре

 

СИГРЭ

 [1]. 

В

 

десятках

 

публикаций

посвященных

 

регистрациям

 

переходных

 

процессов

выделяются

 

два

 

подхода

– 

использование

 

датчиков

 

напряженности

 

электрического

 

поля

 

в

 

виде

 

емкостных

 

зондов

 

на

 

открытом

 

распределительном

 

устройстве

 [2, 3] 

и

 

встроенных

 

в

 

опорный

 

изолятор

 

КРУЭ

 [4] 

или

 

электрооптических

 

датчиков

 

с

 

оптоволоконными

 

линиями

 

связи

 (

ячейки

 

Поккельса

) [5];

– 

использование

 

емкостной

 

связи

 

с

 

шинами

 

подстанции

 

или

 

провода

-

ми

 

линии

 

через

 

основную

 

изоляцию

 

оборудования

в

 

основном

вво

-

ДИАГНОСТИКА 

И МОНИТОРИНГ


background image

99

дов

 

высокого

 

напряжения

  (

трансформаторных

реакторных

) [6–8].

В

 

данной

 

статье

 

приведены

 

примеры

 

регистрации

 

перенапряжений

 

из

 

собственного

 

опыта

 

авторов

В

 

них

 

проявились

 

достоинства

 

и

 

недостатки

 

обоих

 

методических

 

приемов

которые

 

могут

 

служить

 

до

-

полнением

 

к

 

обзору

 

СИГРЭ

 

или

 

послужить

 

созданию

 

в

 

будущем

 

профильного

 

нормативного

 

документа

ИЗМЕРЕНИЕ

 

ФАЗНОГО

 

НАПРЯЖЕНИЯ

 

НА

 

ВОЗДУШНОЙ

 

ЛИНИИ

 110 

КВ

 

В

 

данном

 

случае

 

линия

 

часто

 

отключалась

 

по

 

не

-

известным

 

причинам

которые

 

и

 

требовалось

 

выяс

-

нить

Так

 

как

 

загрязнений

 

линейной

 

изоляции

 

на

 

ли

-

нии

 

не

 

было

то

 

в

 

качестве

 

других

 

возможных

 

причин

 

рассматривались

 

вмешательство

 

птиц

 

и

 

локальные

 

перенапряжения

Для

 

мониторинга

 

возможных

 

пере

-

напряжений

 

в

 

середине

 

линии

 

и

 

в

 

середине

 

пролета

 

под

 

линией

точнее

немного

 

сбоку

 

от

 

проекции

 

край

-

него

 

фазного

 

провода

 

на

 

землю

устанавливался

 

автомобиль

 

на

 

площадке

изолированной

 

от

 

земли

 

полимерной

 

пленкой

показанной

 

серым

 

цветом

 

на

 

рисунке

 1. 

Автомобиль

 

играл

 

роль

 

емкостного

 

зонда

 

или

 

электрода

 

нижнего

 

плеча

 

емкостного

 

делителя

 

на

-

пряжения

Относительно

 

большая

 

площадь

 

крыши

 

и

 

боков

 

автомашины

 

увеличивала

 

насколько

 

воз

-

можно

 

площадь

 

и

 

величину

 

емкости

 

C

В

 

между

 

про

-

водом

 

и

 

машиной

.

Емкость

 

нижнего

 

плеча

 

C

Н

кроме

 

емкости

 

самой

 

машины

была

 

увеличена

 

дополнительным

 

включе

-

нием

 

на

 

землю

 

конденсатора

 

с

 

емкостью

 0,2 

мкФ

Осциллограф

 

и

 

источник

 

бесперебойного

 

питания

 

размещались

 

в

 

кузове

 

автомобиля

 

и

 

были

 

экра

-

нированы

 

им

 

как

 

клеткой

 

Фарадея

Длительность

 

развертки

 

выбиралась

 

очень

 

медленной

, 20 

с

/

дел

., 

или

 2000 

с

 

на

 

экран

а

 

емкость

 

памяти

 

выбиралась

 

равной

 10 

М

 (10

6

 

точек

). 

Соответственно

интервал

 

дискретизации

 

составлял

 0,2 

мс

Через

 

каждые

 

пол

-

часа

 

информация

 

с

 

осциллографа

 

переписывалась

 

на

 

флэш

-

карту

после

 

чего

 

развертка

 

осциллографа

 

запускалась

 

снова

.

На

 

одной

 

из

 

записей

 

осциллограммы

 

сигнала

 

на

 

нижнем

 

плече

 

делителя

  (

рисунок

 2) 

видно

что

 

на

 

Рис

. 2. 

Запись

 

осциллограммы

 

переменного

 

напряжения

 

линии

а

в

 

течение

 2000 

секунд

б

фрагмент

 

с

 

импульсным

 

перенапряжением

 

400 

800 

1200 

1600           

t

, c

40

20

0

–20

–40

–60

–80

–100

U

мВ

217,2 

217,24 

217,28           

t

, c

20

0

–20

–40

–80

U

мВ

а

)

б

)

почти

 

неизменный

 

по

 

амплитуде

 

сигнал

пропорцио

-

нальный

 

фазному

 

напряжению

 

линии

в

 

некоторые

 

моменты

 

времени

 

накладывался

 

импульс

в

 

три

 

раза

 

превышающий

 

амплитуду

 

рабочего

 

напряжения

В

 

этот

 

период

 

времени

 

около

 

автомобиля

 

не

 

было

 

никого

то

 

есть

 

трудно

 

было

 

заподозрить

 

элек

-

тростатическое

 

влияние

 

людей

 

на

 

делитель

 

напря

-

жения

осадков

 

тоже

 

не

 

было

Какие

-

либо

 

разумные

 

объяснения

 

импульсным

 

перенапряжениям

 

найдены

 

не

 

были

и

 

они

 

были

 

признаны

 

ложными

 

сигналами

связанными

скорее

 

всего

со

 

случайными

 

вспышка

-

ми

 

короны

 

на

 

проводе

 

линии

ИЗМЕРЕНИЕ

 

С

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

 

ЕМКОСТНОЙ

 

СВЯЗИ

 

С

 

ШИНОЙ

Измерения

 

напряжения

 

на

 

шине

 

при

 

коммутациях

 

разъединителем

 

производилось

 

на

 

открытом

 

рас

-

пределительном

 

устройстве

 

подстанции

 500 

кВ

 [9]. 

Емкостью

 

верхнего

 

плеча

 

делителя

 

напряжения

 

слу

-

жила

 

емкость

 

шинной

 

перемычки

 

между

 

разъедини

-

телем

 

и

 

трансформатором

 

тока

 (

ТТ

с

 

экранами

 

обо

-

их

 

аппаратов

 

относительно

 

плоского

 

измерительного

 

электрода

 (

около

 10 

пФ

на

 

заземленном

 

металличе

-

ском

 

корпусе

в

 

котором

 

размещались

 

осциллограф

 

и

 

источник

 

бесперебойного

 

питания

.

На

 

рисунке

 3 

приведены

 

осциллограммы

 

напря

-

жения

 

при

 

включении

 

разъединителя

 

в

 

двух

 

времен

-

ных

 

масштабах

На

 

длинных

 

развертках

 (

рисунок

 3

а

Рис

. 1. 

Устройство

 

контроля

 

напряжения

 

на

 

фазном

 

проводе

 

ВЛ

 110 

кВ

C

В

 

и

 

C

Н

 — 

емкости

 

верхнего

 

и

 

нижне

-

го

 

плеча

 

делителя

 

напряжения

C

В

Провод

 

ВЛ

C

H

V

 2 (71) 2022


background image

100

ДИАГНОСТИКА 

И МОНИТОРИНГ

Рис

. 3. 

Осциллограммы

 

при

 

включении

 

разъединителя

а

напряжение

масштаб

 

по

 

оси

 

Х

 — 2,5 

мс

/

дел

.; 

б

напряже

-

ние

 (

верхний

 

луч

и

 

ток

 (

нижний

 

луч

), 

масштаб

 

по

 

оси

 X — 1 

мкс

/

дел

.

б

)

a)

виден

 

характерный

 

для

 

коммутаций

 

разъедините

-

лем

 

ступенчатый

 

характер

 

напряжения

Каждая

 

сту

-

пень

 

напряжения

 

соответствует

 

очередному

 

пробою

 

межконтактного

 

промежутка

 

разъединителя

при

 

ко

-

тором

 

напряжение

 

на

 

ТТ

 

изменяется

 

скачком

 

от

 

неко

-

торого

 

начального

 

значения

 

до

 

мгновенного

 

значения

 

напряжения

 

на

 

шинах

 

ПС

при

 

котором

 

произошел

 

пробой

На

 

быстрой

 

развертке

  (

рисунок

  3

б

верхний

 

луч

просматриваются

 

колебания

 

с

 

двумя

 

частотами

характерными

 

для

 

волновых

 

процессов

 

в

 

коммути

-

руемых

 

участках

 

шин

Колебательный

 

процесс

 

вы

-

ражен

 

слабо

амплитуда

 

колебаний

 

не

 

превышает

 

10…15% 

от

 

U

ф

 

макс

а

 

частота

 

колебаний

 

составляет

 

500…700 

кГц

.

Резкие

 

ступенчатые

 

изменения

 

напряжения

 

на

 

ТТ

 

при

 

коммутации

 

разъединителя

 

сопровождаются

 

протеканием

 

импульсного

 

тока

 

в

 

цепи

 

заземления

 

нулевой

 

обкладки

амплитуда

 

которого

 

может

 

до

-

стигать

 1300÷1500 

А

Ток

 

измерялся

 

с

 

помощью

 

по

-

яса

 

Роговского

охватывавшего

 

один

 

из

 4-

х

 

уголков

 

подножника

 

под

 

трансформатором

 

тока

В

 

осцилло

-

грамме

 

тока

  (

рисунок

  3

б

нижний

 

луч

проявлялась

 

резонансная

 

частота

 

трансформатора

 

тока

 

и

таким

 

образом

недостаточно

 

строго

 

выполнялось

 

второе

 

требование

 

к

 

тракту

 

измерений

Результаты

 

изме

-

рений

 

потребовали

 

коррекции

 

на

 

влияние

 

частотной

 

характеристики

 

трансформатора

 

тока

.

ИЗМЕРЕНИЯ

 

С

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ЕМКОСТИ

 

ИЗОЛЯЦИИ

 

ВВОДОВ

 

В

 

остальных

 

приведенных

 

ниже

 

примерах

 

для

 

ре

-

гистрации

 

фазных

 

напряжений

 

на

 

оборудовании

 

класса

 

напряжения

 500 

кВ

 

и

 220 

кВ

 

использовались

 

трансформаторные

 

и

 

реакторные

 

вводы

и

 

резуль

-

таты

 

регистраций

 

были

 

признаны

 

достоверными

Регистрации

 

коммутационных

 

перенапряжений

 

про

-

водились

 

в

 

рамках

 

расследования

 

того

 

или

 

иного

 

технологического

 

нарушения

связанного

 

с

 

работой

 

трансформаторного

 

оборудования

или

 

для

 

исследо

-

ваний

 

реакции

 

прилегающего

 

участка

 

электрической

 

сети

.

Измерения

 

перенапряжений

 

на

 

стороне

 

высоко

-

го

 

напряжения

  (

ВН

производились

 

при

 

включении

 

через

 

кабельную

 

вставку

 

блочного

 

трансформатора

 

ГЭС

 [10] 

в

 

нижнем

 

бьефе

 

со

 

стороны

 

КРУЭ

 500 

кВ

 

в

 

верхнем

 

бьефе

В

 

качестве

 

верхнего

 

плеча

 

дели

-

теля

 

напряжения

 

использовалась

 

емкость

 

основной

 

изоляции

 

трансформаторного

 

ввода

 

C

1

К

 

измери

-

тельному

 

выводу

 

ввода

 

подключался

 

датчик

внутри

 

которого

 

на

  «

землю

» 

включался

 

дополнительный

 

конденсатор

 

C

д

 

с

 

емкостью

 1 

мкФ

который

 

образо

-

вывал

 

емкость

 

нижнего

 

плеча

 

делителя

 

напряжения

 

в

 

сумме

 

с

 

емкостью

 

C

3

 

последней

 

обкладки

 

ввода

 

на

 

землю

Коэффициент

 

деления

 

напряжения

 

образован

-

ного

 

таким

 

образом

 

емкостного

 

делителя

 

составлял

 

примерно

 2000, 

а

 

ожидаемое

 

напряжение

 

на

 

вы

-

ходе

 

датчика

  (

нижнем

 

плече

 

емкостного

 

делителя

составляло

 

около

 250–400 

В

Для

 

согласования

 

ем

-

кости

 

делителя

 

последовательно

 

с

 

измерительным

 

кабелем

 

включался

 

резистор

 51 

Ом

.

Кабели

 

длиной

 15 

метров

 

с

 

каждой

 

фазы

 

транс

-

форматора

 

спускались

 

на

 

поверхность

 

земли

 

и

 

под

-

ключались

 

к

 

проходным

 

коаксиальным

 

разъемам

 

в

 

стенке

 

металлического

 

ящика

Внутри

 

него

 

раз

-

мещался

 4-

канальный

 

цифровой

 

осциллограф

 (

ЦО

типа

 DPO 3014 

и

 

источник

 

бесперебойного

 

питания

 

(

ИБП

). 

Там

 

же

 

размещалась

 

плата

 

с

 

резисторным

 

де

-

лителем

 

напряжения

имевшем

 

коэффициент

 

деле

-

ния

 

около

 1:20. 

В

 

целом

коаксиальная

 

конструкция

 

изоляции

 

ввода

 

и

 

схема

 

двойного

 

деления

 

напряже

-

ния

  (

рисунок

 4), 

а

 

также

 

экранирование

 

и

 

автоном

-

ное

 

питание

 

измерительной

 

аппаратуры

 

обеспечи

-

Ввод

 

ВН

47

ИВ

СД

мк

м

47 

к

РК

ИБП

ЦО

Датчик

493 

п

36,6 

н

C

1

U

ф

R

1

R

2

R

3

C

3

Рис

. 4. 

Схема

 

двойного

 

деления

 

измеряемого

 

высокого

 

напряжения

 

U

ф

C

1

 

и

 

С

3

 — 

емкости

 

основной

 

изоляции

 

и

 

последней

 

обкладки

 

ввода

C

д

 — 

дополнительная

 

емкость

 (

конденсатор

 1 

мкФ

); 

R

1

 — 

согласующее

 

сопро

-

тивление

R

2

 

и

 

R

3

 — 

сопротивления

 

активного

 

делите

-

ля

 

напряжения

РК

 — 

радиочастотный

 

кабель

 

РК

 50; 

ИПП

 — 

источник

 

бесперебойного

 

питания

ЦО

 — 

цифровой

 

осциллограф


background image

101

вали

 

максимальную

 

защиту

 

от

 

помех

 

и

 

достаточно

 

широкую

 

полосу

 

частот

 

измерения

 

высокого

 

напря

-

жения

Результаты

 

измерений

 

были

 

признаны

 

весьма

 

информативными

На

 

осциллограммах

  (

рисунок

 5) 

были

 

хорошо

 

видны

 

очередность

 

моментов

 

включе

-

ния

 

фаз

 

трансформатора

 

и

 «

звон

» 

кабельной

 

встав

-

ки

 

между

 

КРУЭ

 

и

 

трансформатором

.

Согласно

 

осциллограмме

 

напряжения

 

фазы

 

B

 

(

рис

. 5

б

можно

 

выделить

 

три

 

этапа

 

переходного

 

процесса

характеризующиеся

 

своими

 

амплитуда

-

ми

 

и

 

частотным

 

спектром

Здесь

 

важен

 

тот

 

факт

что

 

процесс

 

окончательного

 

включения

 

фазы

 

В

 

кабель

-

ной

 

вставки

 

с

 

трансформатором

 

к

 

КРУЭ

-500 

проис

-

ходил

 

не

 

мгновенно

а

 

через

 

некоторое

 

время

  (

за

 

точкой

 3 

на

 

рисунке

 5

б

). 

В

 

качестве

 

основной

 

версии

 

появления

 

характер

-

ных

 

участков

 

на

 

кривой

 

перенапряжения

 

было

 

пред

-

положено

 

возникновение

 

нескольких

 

предпробоев

 

элегазового

 

промежутка

 

при

 

сближении

 

контактов

 

выключателя

Возможность

 

их

 

формирования

 

не

 

про

-

тиворечит

 

физическим

 

представлениям

 

о

 

работе

 

эле

-

газового

 

выключателя

В

 

каждом

 

предпробое

 

между

 

сближающимися

 

контактами

 

выключателя

 

зажигается

 

дуга

и

 

в

 

схеме

 

возникает

 

затухающий

 

переходный

 

процесс

 

с

 

частотой

 

колебаний

 

f

 = 46,6 

кГц

определя

-

емой

 

параметрами

 

контура

 «

емкость

 

КРУЭ

-500 — 

ем

-

кость

 

кабельной

 

вставки

 — 

индуктивность

 

холостого

 

трансформатора

».

Примерно

 

через

 0,2 

мс

 

ток

 

через

 

выключатель

 

снижается

 

от

 

переходного

 

до

 

установившегося

 

зна

-

чения

ионизация

 

канала

 

дуги

 

уменьшается

и

 

в

 

кон

-

тактной

 

системе

 

создаются

 

условия

 

для

 

его

 

гаше

-

ния

Канал

 

первого

 

предпробоя

 

гаснет

и

 

напряжение

 

между

 

контактами

 

выключателя

 

начинает

 

восстанав

-

ливаться

Время

 

восстановления

 

напряжения

 

в

 

ин

-

тервале

 

между

 

концом

 

участка

 1 

и

 

началом

 

участ

-

ка

 2 

составляло

 

примерно

 1 

мс

 (

рисунок

 5

а

).

Форму

 

осциллограмм

 (

рисунок

 6) 

при

 

отключении

 

холостого

 

трансформатора

 

элегазовым

 

выключате

-

лем

 

в

 

КРУЭ

 500 

кВ

 

можно

 

объяснить

 

следующим

 

об

-

разом

После

 

отключения

 

выключателя

 

образуется

 

кон

-

тур

содержащий

 

нелинейную

 

индуктивность

 

сило

-

вого

 

трансформатора

 

и

 

емкость

 

кабельной

 

встав

-

ки

соединяющей

 

трансформатор

 

с

 

КРУЭ

 500 

кВ

 

на

 

верхнем

 

бьефе

Значительная

 

энергия

запасенная

 

в

 

емкости

 

кабельной

 

вставки

 

и

 

в

 

магнитопроводе

 

трансформатора

будет

 

постепенно

 

расходоваться

 

на

 

активные

 

потери

 

в

 

нем

При

 

этом

если

 

бы

 

индук

-

тивность

 

трансформатора

 

была

 

линейной

то

 

имел

 

бы

 

место

 

известный

 

процесс

 

разряда

 

в

 RLC-

контуре

Однако

вследствие

 

нелинейности

 

индуктивности

 

силового

 

трансформатора

а

 

также

 

из

-

за

 

нелинейной

 

зависимости

 

активных

 

потерь

 

в

 

магнитопроводе

 

от

 

остаточной

 

индукции

процесс

 

саморазряда

 

емкости

 

обмоток

 

ВН

 

трансформатора

 

отличается

 

от

 

синусо

-

идального

но

 

также

 

имеет

 

затухающий

 

колебатель

-

ный

 

характер

Регистрации

 

коммутационных

 

процессов

 

прово

-

дились

 

в

 

шунтирующих

 

реакторах

 (

ШР

), 

в

 

том

 

числе

 

управляемых

 (

УШР

): 

0 10 20 

 

t

м

c

400

200

0

–200

–400

U

кВ

а

)

Рис

. 5. 

Осциллограммы

 

фазных

 

напряжений

а

при

 

вклю

-

чении

 

блочного

 

трансформатора

 500 

кВ

б

их

 

фраг

-

мент

 

 1 (

фаза

 

А

 

обозначена

 

желтым

 

цветом

B

 — 

зеленым

C

 — 

красным

цифрами

 1, 2 

и

 3 

обозначены

 

моменты

 

предпробоев

 

межконтактного

 

промежут

-

ка

 

выключателя

 

фазы

 

B

; 4 — 

момент

 

включения

 

фа

-

зы

 

C

)

Рис

. 6. 

Осциллограммы

 

фазных

 

напряжений

 

при

 

отклю

-

чении

 

трансформаторов

 (

фаза

 

A

 

обозначена

 

желтым

 

цветом

B

 — 

зеленым

C

 — 

красным

)

0 20 40 

 

 

t

м

c

400

200

0

–200

–400

U

кВ

–8 –6 –4  –2 

 

t

м

c

400

200

0

–200

б

)

U

кВ

3

1

2

 2 (71) 2022


background image

102

ДИАГНОСТИКА 

И МОНИТОРИНГ

Рис

. 8. 

Осциллограммы

 

фазных

 

напряжений

а

при

 

управляемом

 

включении

 

реактора

б

фрагмент

 

напря

-

жения

 

на

 

фазе

 

B

 (

фаза

 

A

 

обозначена

 

желтым

 

цветом

B

 — 

зеленым

C

 — 

красным

)

Рис

. 7. 

Осциллограммы

 

фазных

 

напряжений

 

шунтирую

-

щих

 

реакторов

 

при

 

управляемом

а

включении

б

выключении

 (

фаза

 

A

 

обозначена

 

зеленым

 

цветом

B

 — 

синим

C

 — 

красным

). 

Масштаб

 

по

 

оси

 

Х

 — 

10 

мс

/

дел

.

б

)

а

)

– 

группа

 

ШР

 

типа

 

РОМБС

 (

М

) 60000/500 (

коммути

-

ровалась

 

элегазовым

 

выключателем

 

типа

 HPB 

550 Br 

фирмы

 ABB);

– 

группа

 

ШР

 

типа

 

РОДЦ

-60000/500 (

коммутирова

-

лась

 

элегазовым

 

выключателем

 

типа

 FXT-17 

ком

-

пании

 Alstom); 

– 

УШР

 

типа

 

РТУ

-180000/500 (

группа

 

из

 

трех

 

одно

-

фазных

 

реакторов

 

типа

 

РОДУ

-60000/500);

– 

УШР

 

типа

 

РТУ

-100000/220.

Рассмотрим

 

каждый

 

случай

 

более

 

подробно

.

Эксперименты

 

проводились

 

в

 

рамках

 

расследо

-

вания

 

возможных

 

причин

 

виткового

 

замыкания

 

в

 

од

-

ной

 

из

 

фаз

 

ШР

 [11]. 

Среди

 

прочих

 

рассматривалась

 

и

 

гипотеза

 

о

 

пробое

 

изоляции

 

вследствие

 

большой

 

крутизны

 

воздействующих

 

перенапряжений

Для

 

регистрации

 

перенапряжений

 

в

 

качестве

 

верхнего

 

плеча

 

делителя

 

напряжения

 

использовалась

 

ем

-

кость

 

основной

 

изоляции

 

ввода

 

C

1

К

 

измерительным

 

выводам

 

вводов

 

трех

 

фаз

 

реактора

 

подключались

 

дополнительные

 

емкости

 

для

 

снижения

 

величин

 

на

-

пряжений

 

до

 

уровня

приемлемого

 

для

 

буферных

 

усилителей

которые

 

включались

 

для

 

согласования

 

с

 

волновыми

 

сопротивлениями

 

коаксиальных

 

кабе

-

лей

 

и

 

входных

 

сопротивлений

 

цифрового

 

осцилло

-

графа

 Tektronix DPO 3014. 

Коэффициент

 

передачи

 

усилителей

 

был

 

равен

 1, 

полоса

 

частот

 — 100 

МГц

входное

 

сопротивление

 — 1 

МОм

выходное

 — 

50 

Ом

Точное

 

определение

 

коэффициента

 

деления

 

производилось

 

при

 

измерениях

 

установившихся

 

на

-

пряжений

 

на

 

фазах

 

реактора

.

Измеренные

 

амплитуды

 

перенапряжений

 

незна

-

чительно

 

превышали

 

номинальное

 

напряжение

 

и

 

со

-

ставляли

:

– 

при

 

управляемом

 

включении

  (

с

 

синхронизато

-

ром

) — 520…550 

кВ

;

– 

при

 

включении

 

без

 

синхронизатора

 — 650 

кВ

;

– 

при

 

отключении

 — 550…660 

кВ

.

Указанные

 

амплитуды

 

были

 

значительно

 

меньше

 

стандартных

 

испытательных

 

воздействий

однако

 

форма

 

перенапряжений

 

значительно

 

отличалась

 

от

 

формы

 

стандартного

 

коммутационного

 

импульса

В

 

данном

 

случае

 

при

 

включении

 

на

 

обмотку

 

реакто

-

ра

 

воздействовали

 

колебания

 

напряжения

 

с

 

фрон

-

том

 

около

 30 

мкс

 

и

 

частотой

 12,5 

кГц

Эти

 

различия

 

затрудняют

 

оценку

 

опасности

 

эксплуатационных

 

воз

-

действий

На

 

рисунке

 7 

приведены

 

типичные

 

осциллограм

-

мы

 

коммутационных

 

перенапряжений

Измерения

 

фазных

 

напряжений

 

реакторной

 

груп

-

пы

 

проводились

 

в

 

рамках

 

расследования

 

причин

 

неоднократного

 

срабатывания

 

защитного

 

аппарата

 

ОПН

-500 

кВ

 

на

 

фазе

 

B

На

 

осциллограммах

 

включе

-

ния

 (

рисунок

 8) 

видно

что

 

первой

 

включается

 

фаза

 

B

 

в

 

момент

 

максимума

 

напряжения

При

 

этом

 

возника

-

ет

 

высокочастотный

 

переходной

 

процесс

 

с

 

частотой

 

примерно

 240–250 

кГц

  (

рисунок

  8

б

). 

На

 

соседние

еще

 

не

 

включенные

 

фазы

при

 

этом

 

за

 

счет

 

электро

-

магнитной

 

связи

 

наводится

 

напряжение

 

амплитудой

 

около

 20 

кВ

с

 

частотой

 1150 

Гц

соответствующей

 

собственной

 

частоте

 

реактора

Следующей

 

включается

 

фаза

 

A

 

реактора

когда

 

напряжение

 

на

 

ней

 

достигает

 

амплитудного

 

зна

-

500

0

–500

U

кВ

мс

/

деление

а

)

t

–300

–320

–340

–360

–380

–400

U

кВ

t

0,01 

мс

/

деление

б

)


background image

103

чения

Происходит

 

еще

 

один

 

переходный

 

процесс

 

с

 

частотой

 

около

 250 

кГц

При

 

этом

 

на

 

оставшейся

 

не

 

включенной

 

фазе

 

C

 

напряжение

 

немного

 

умень

-

шается

так

 

как

 

в

 

первое

 

время

 

напряжения

 

Ua

 

и

 

Ub

 

находятся

 

в

 

противофазе

.

Последней

 

включается

 

фаза

 

C

 

также

 

в

 

момент

 

перехода

 

напряжения

 

на

 

ней

 

через

 

максимум

Про

-

исходит

 

третий

 

переходный

 

процесс

 

длительностью

 

около

 0,1 

мс

После

 

его

 

затухания

 

процесс

 

комму

-

тации

 

завершается

 

и

 

устанавливается

 

нормальный

 

режим

.

Максимальное

 

напряжение

 

при

 

включении

 

реак

-

тора

 

с

 

синхронизирующим

 

устройством

 

составило

 

540 

кВ

что

 

составляет

 1,26·

U

HP

.

При

 

отключении

 

реакторной

 

группы

 

из

-

за

 

среза

 

тока

 

в

 

выключателе

 

наблюдается

 

переходный

 

про

-

цесс

 

с

 

частотой

 1130 

Гц

что

 

довольно

 

близко

 

к

 

соб

-

ственной

 

частоте

 

реактора

 (

рисунок

 9).

О

 

том

что

 

срез

 

тока

 

происходит

свидетельствует

 

наличие

 

первого

 

пика

 

в

 

кривой

 

напряжения

 

каждой

 

фазы

 

реактора

По

 

амплитуде

 

пика

 

можно

 

косвенно

 

судить

 

о

 

величине

 

тока

 

среза

 

данного

 

выключателя

Форма

 

кривых

 

напряжений

 

имеет

 

характерный

 

вид

 

биений

который

 

возникает

 

из

-

за

 

некоторого

 

разли

-

чия

 

в

 

параметрах

 

фаз

 

реактора

 

и

 

ошиновки

.

Принципиально

 

отличаются

 

от

 

описанных

 

процес

-

сы

 

при

 

неуправляемых

 

коммутациях

 

реактора

Так

 

при

 

включении

 

на

 

осциллограммах

 

отчетливо

 

видны

 

моменты

 

предпробоев

 

межконтактного

 

промежутка

 

выключателя

Такие

 

предпробои

 

мы

 

уже

 

наблюдали

 

при

 

включениях

 

ненагруженных

 

трансформаторов

 

(

рисунок

 5). 

Следует

 

отметить

что

 

количество

 

пред

-

пробоев

 

зависит

 

от

 

конфигурации

 

схемы

от

 

типа

 

выключателя

 

и

 

от

 

момента

 

начала

 

схождения

 

кон

-

тактов

.

При

 

одном

 

из

 

отключений

 

реактора

 

наблюдалась

 

следующая

 

последовательность

 

процессов

Фаза

 

B

 

реактора

 

отключилась

 

в

 

момент

 

времени

 1 (

нумера

-

ция

 

на

 

рисунке

 10) 

с

 

небольшим

 

срезом

 

тока

о

 

чем

 

свидетельствует

 

незначительный

 

первый

 

пик

 

на

 

кри

-

вой

 

напряжения

). 

При

 

этом

 

напряжение

 

между

 

контактами

 

вы

-

ключателя

 

начало

 

восстанавливаться

В

 

некоторый

 

момент

 

времени

 

оно

 

превысило

 

прочность

 

межкон

-

Рис

. 9. 

Осциллограммы

 

фазных

 

напряжений

а

при

 

от

-

ключении

 

реактора

б

фрагмент

 (

фаза

 

A

 

обозначена

 

желтым

 

цветом

B

 — 

зеленым

— 

красным

)

U

кВ

а

)

t

мс

/

деление

400

200

0

–200

–400

–600

U

кВ

б

)

t

мс

/

деление

500

–500

Рис

. 10. 

Осциллограммы

 

напряжений

 

на

 

фазах

 

A

 

и

 

B

а

при

 

отключении

 

шунтирующего

 

реактора

б

при

 

повторном

 

пробое

 

дугогасительной

 

камеры

 

выключателя

 

фазы

 

B

 (

фаза

 

B

 

обозначена

 

зеленым

 

цветом

A

 — 

желтым

а

)

U

кВ

t

, c

500

–500

0 0,01 0,02

3

2

4

1

б

)

U

кВ

0,5 

мс

/

деление

t

400

200

0

–200

–400

3

2

1

 2 (71) 2022


background image

104

тактного

 

промежутка

и

 

возник

 

повторный

 

пробой

 

(

момент

 

времени

 2). 

Напряжение

 

на

 

реакторе

 

прак

-

тически

 

скачком

 

изменилось

 

от

 

точки

 2 

до

 

точки

 3 (

на

 

860 

кВ

). 

Загоревшаяся

 

дуга

 

в

 

выключателе

 

привела

 

к

 

появлению

 

электрической

 

связи

 

между

 

контакта

-

ми

и

 

напряжение

 

на

 

реакторе

 

начало

 

изменяться

 

так

 

же

как

 

напряжение

 

промышленной

 

частоты

 

на

 

шине

 (

эквидистантно

 

этому

 

напряжению

). 

Повторно

 

дуга

 

погасла

 

уже

 

в

 

точке

 4 

с

 

более

 

высокими

 

перена

-

пряжениями

и

 

начался

 

переходный

 

процесс

 

отклю

-

чения

.

Все

 

время

пока

 

была

 

связь

 

между

 

контактами

 

(

время

 

между

 

точками

 3 

и

 4), 

в

 

выключателе

 

горе

-

ла

 

дуга

Это

 

время

 

составило

 9 

мс

то

 

есть

 

почти

 

половину

 

периода

Дуга

 

не

 

могла

 

погаснуть

 

сразу

скорее

 

всего

из

-

за

 

наличия

 

большой

 

апериодиче

-

ской

 

составляющей

 

тока

  (

при

 

коротком

 

времени

 

развертки

 

апериодический

 

компонент

 

на

 

осцил

-

лограмме

 

не

 

виден

), 

при

 

этом

 

ток

 

не

 

проходил

 

че

-

рез

 

ноль

и

 

условия

 

для

 

гашения

 

дуги

 

не

 

создава

-

лись

.

Во

 

время

 

проведения

 

сетевых

 

испытаний

 

по

 

отра

-

ботке

 

алгоритмов

 

включения

 

управляемого

 

шунтиру

-

ющего

 

реактора

 

УШР

 500 

кВ

 

как

 

линейного

 

реактора

 

произошло

 

его

 

аварийное

 

отключение

 

из

-

за

 

повреж

-

дения

 

полупроводникового

 

преобразователя

  (

ПП

фазы

 

A

После

 

проверок

 

выяснилось

что

 

один

 

из

 

си

-

ловых

 

тиристоров

 

ПП

 

оказался

 

пробитым

Это

 

могло

 

ДИАГНОСТИКА 

И МОНИТОРИНГ

0 5 10 15 20 25 30

U

кВ

600

400

200

0

–200

–400

–600

–800

t

м

c

U

кВ

400

200

0

–200

–400

20 40  60  80

t

м

c

Рис

. 11. 

Осциллограммы

 

фазных

 

напряжений

 

в

 

момент

 

включения

 

в

 

сеть

но

 

в

 

отсутствие

 

токов

 

в

 

обмотках

 

управления

 (

фаза

 

A

 

обозначена

 

желтым

 

цветом

B

 — 

зеленым

C

 — 

красным

)

Рис

. 12. 

Осциллограммы

 

фазных

 

напряжений

 (

фаза

 

A

 

обозначена

 

желтым

 

цветом

B

 — 

зеленым

C

 — 

крас

-

ным

в

 

процессе

 

включения

 

реактора

 

и

 

в

 

момент

 

подачи

 

напряжений

 

на

 

обмотки

 

управления

 (

синим

 

цветом

)

Рис

. 13. 

Осциллограммы

 

фазных

 

напряжений

 

при

 

двух

 

включениях

 

управляемого

 

шунтирующего

 

реактора

 220 

кВ

 

(

фаза

 

A

 

обозначена

 

желтым

 

цветом

B

 — 

зеленым

C

 — 

красным

)

мс

/

деление

t

 

мс

/

деление

t

U

кВ

U

кВ

200

100

0

–100

–200

200

100

0

–100

–200

б

)

a)


background image

105

произойти

 

при

 

возникновении

 

высокочастотных

 

со

-

ставляющих

 

фазных

 

напряжений

 

реактора

 

при

 

его

 

включениях

 

или

 

вследствие

 

перегрузки

 

тиристора

 

по

 

току

Выяснение

 

причин

 

отказа

 

тиристорного

 

блока

 

и

 

исследования

 

реакции

 

сети

 

при

 

различных

 

режи

-

мах

 

работы

 

реактора

 

мотивировали

 

испытания

в

 

ко

-

торых

 

было

 

проведено

 

несколько

 

включений

 

УШР

 

с

 

измерениями

 

напряжений

 

и

 

токов

 (

в

 

том

 

числе

 

под

 

потенциалом

 35 

кВ

).

На

 

рисунках

 11 

и

 12 

приведены

 

осциллограммы

 

фазных

 

напряжений

измеренные

 

с

 

помощью

 

тех

 

же

 

датчиков

 

на

 

измерительных

 

выводах

 

вводов

 500 

кВ

 

в

 

одном

 

из

 

опытов

 

включения

 

реакторной

 

группы

Высокочастотных

 

перенапряжений

 

опасных

 

уровней

 

зафиксировано

 

не

 

было

.

Измерения

 

параметров

 

переходного

 

процес

-

са

 

при

 

коммутациях

 

УШР

 220 

кВ

 [12, 13] 

проводи

-

лись

 

с

 

использованием

 

вводов

 220 

кВ

которые

как

 

и

 

вводы

 500 

кВ

имели

 

емкости

 

основной

 

изоляции

 

в

 

несколько

 

сотен

 

пикофарад

На

 

рисунке

 13

а

 

при

-

ведена

 

осциллограмма

 

процесса

 

включения

 

УШР

на

 

которой

 

виден

 

разброс

 

в

 

срабатывании

 

полюсов

 

выключателя

 

длительностью

 

примерно

 2 

мсек

Пер

-

вой

 

включается

 

фаза

 

В

при

 

этом

 

на

 

не

 

включенных

 

фазах

 

A

 

и

 

C

 

наводится

 

напряжение

 

за

 

счет

 

электро

-

магнитной

 

связи

При

 

этом

 

амплитуда

 

наведенного

 

напряжения

 

составляет

 1,03 

U

ф

 

макс

.

В

 

отдельных

 

случаях

 (

например

в

 

режиме

 

холо

-

стого

 

хода

 

обмотки

 

управления

может

 

возникнуть

 

эскалация

 

перенапряжения

Так

 

на

 

рисунке

 13

б

 

при

 

возникновении

 

второй

 

предпробойной

 

искры

 

на

 

фазе

 

A

 

в

 

момент

 

времени

 

чуть

 

более

 2 

мс

 

напря

-

жение

 

на

 

фазе

 

С

 

было

 

около

 50 

кВ

Возникший

 

по

-

вторно

 

феррорезонансный

 

процесс

 

привел

 

к

 

повы

-

шению

 

напряжения

 

на

 

этой

 

фазе

 

до

 

уровня

 250 

кВ

 

(1,4 

U

ф

 

макс

). 

Таким

 

образом

при

 

включении

 

УШР

 

принципи

-

ально

 

возможно

 

возникновение

 

феррорезонансно

-

го

 

процесса

Кратность

 

перенапряжений

 

зависит

 

от

 

режима

 

работы

 

реактора

 

и

 

параметров

 

сети

на

-

пример

от

 

длины

 

ошиновки

 

до

 

выключателя

В

 

нор

-

мальном

 

режиме

 

опасность

 

феррорезонанса

 

неве

-

лика

так

 

как

 

его

 

длительность

 

ограничена

 

временем

 

разброса

 

срабатывания

 

полюсов

 

выключателя

В

 

та

-

ких

 

условиях

 

защитный

 

аппарат

  (

ОПН

достаточно

 

эффективно

 

ограничит

 

опасные

 

перенапряжения

Однако

 

в

 

аварийном

 

неполнофазном

 

режиме

на

-

пример

при

 

несрабатывании

 

полюса

 

выключателя

перенапряжения

 

будут

 

квазистационарными

В

 

этом

 

случае

 

ОПН

 

не

 

защитит

 

реактор

а

 

разрушится

 

сам

так

 

как

 

не

 

расчитан

 

на

 

длительное

 

протекание

 

тока

.

ОБСУЖДЕНИЕ

 

ПОЛУЧЕННЫХ

 

РЕЗУЛЬТАТОВ

Одно

 

из

 

основных

 

требований

 

к

 

измерениям

 

на

-

пряжений

 

в

 

переходном

 

процессе

 

состоит

 

в

 

том

чтобы

 

коэффициент

 

деления

 

не

 

зависел

 

от

 

часто

-

ты

 

и

 

величины

 

измеряемого

 

напряжения

 

в

 

ожи

-

даемых

 

диапазонах

 

их

 

изменения

При

 

этом

 

тре

-

бования

 

к

 

погрешности

 

измерений

 

амплитуды

 

достаточно

  «

мягкие

» (

несколько

 

процентов

по

 

сравнению

 

с

 

требованиями

 

к

 

лабораторными

 

уста

-

новкам

 

на

 

основе

 

делителей

 

напряжения

Однако

чтобы

 

обеспечить

 

и

 

эти

 «

мягкие

» 

требования

 

к

 

по

-

грешности

 

измерений

необходимо

 

исключить

 

вли

-

яние

 

на

 

коэффициент

 

деления

 

внешних

 

электро

-

статических

 

и

 

электромагнитных

 

полей

короны

 

и

 

токов

 

утечки

 

по

 

изоляционной

 

конструкции

 

де

-

лителя

Наиболее

 

уязвимы

 

к

 

этим

 

влияниям

 

оказывают

-

ся

 

емкостные

 

зонды

В

 [2, 3] 

влияние

 

на

 

открытые

 

емкостные

 

зонды

 

электрического

 

поля

 

напряжений

 

других

 

фаз

 

на

 

шинах

 

распределительного

 

устрой

-

ства

 

корректируются

 

с

 

учетом

 

потенциальных

 

ко

-

эффициентов

 

связи

Показания

 

встроенных

 

датчи

-

ков

 

поля

 [4] 

не

 

требовали

 

подобной

 

корректировки

 

вследствие

 

однофазного

 

исполнения

 

КРУЭ

Одна

-

ко

 

один

 

из

 

важных

 

аспектов

 

преобразования

 

напря

-

женности

 

поля

 

в

 

напряжение

 

не

 

нашел

 

отражения

 

в

 

указанных

 

публикациях

Речь

 

идет

 

об

 

искажении

 

картины

 

электрического

 

поля

 

объемными

 

зарядами

 

короны

 

и

 

других

 

разрядных

 

процессов

когда

 

гармо

-

ническое

  (

Лапласово

поле

 

перестает

 

быть

 

тако

-

вым

Именно

 

это

по

-

видимому

и

 

произошло

 

в

 

на

-

шем

 

эксперименте

 

с

 

измерениями

 

напряжения

 

на

 

проводе

 

линии

 

электропередачи

Действительно

принимая

 

емкость

 

верхнего

 

плеча

 

C

в

 = 0,06 

пФ

 

и

 

по

-

тенциал

 

провода

 103 

кВ

  (

амплитудное

 

значение

 

наибольшего

 

рабочего

 

напряжения

), 

получим

 

заряд

 

верхнего

 

плеча

 

около

 6 

нКл

Вспышка

 

короны

 

име

-

ла

 

сопоставимый

 

заряд

к

 

тому

 

же

 

влияние

 

заряда

 

усиливалось

 

увеличением

 

эквивалентного

 

разме

-

ра

 

коронирующего

 

провода

Нереально

 

большой

 

«

выброс

 

напряжения

», 

зарегистрированный

 

осцил

-

лографом

подтвердил

 

опасения

 

относительно

 

ра

-

ботоспособности

 

зондового

 

метода

 

измерений

 

при

 

внедрении

 

в

 

промежуток

 

между

 

зондом

 (

автомоби

-

лем

и

 

проводом

 

линии

 

объемных

 

зарядов

 

короны

Представляется

 

очевидным

что

 

для

 

преодоления

 

данного

 

недостатка

емкость

 

верхнего

 

плеча

 

дели

-

теля

  (

емкость

 

между

 

проводом

 

и

 

зондом

должна

 

обеспечивать

 

при

 

максимальной

 

ожидаемой

 

ам

-

плитуде

 

перенапряжений

 

запасенный

 

заряд

 

на

 

не

-

сколько

 

порядков

 

больше

 

заряда

 

помех

в

 

первую

 

очередь

импульсной

 

короны

вспыхивающей

 

на

 

контролируемом

 

оборудовании

 

или

 

близких

 

к

 

нему

 

проводах

 

и

 

шинах

Еще

 

одной

 

трудностью

 

является

 

обеспечение

 

нижней

 

границы

 

полосы

 

частот

 

измерений

Для

 

ре

-

гистрации

 

окончания

 

переходного

 

процесса

 

при

 

включении

 

оборудования

 

нужно

чтобы

 

постоянная

 

времени

 

нижнего

 

плеча

 

делителя

     

была

 

намного

 

больше

 

периода

 

переменного

 

напряжения

Так

 

как

 

входное

 

сопротивление

 

осциллографа

 

обычно

 

со

-

ставляет

 1 

МОм

то

 

приходится

 

увеличивать

 

емкость

 

нижнего

 

плеча

что

 

приводит

 

к

 

снижению

 

уровня

 

сигнала

 

и

 

отношения

  «

сигнал

-

шум

». 

Поэтому

 

в

 

на

-

 2 (71) 2022


background image

106

шем

 

эксперименте

 

с

 

линией

 

требование

 

к

 

нижней

 

границе

 

частотного

 

диапазона

 

выполнялось

 

по

 

ми

-

нимуму

так

 

как

 

постоянная

 

времени

 

нижнего

 

плеча

 

(0,2 

мкФ

 × 1 

МОм

 = 0,2 

с

была

 

только

 

на

 

порядок

 

больше

 

длительности

 

периода

 

переменного

 

напря

-

жения

 (20 

мс

). 

Из

 

фрагмента

 

на

 

рисунке

 2

б

 

синусои

-

да

 

фазного

 

напряжения

 

видна

 

достаточно

 

отчетливо

хотя

 

она

 

немного

 

искажалась

 

высшими

 

гармоника

-

ми

что

 

говорит

 

о

 

некотором

 

дифференцировании

 

сигнала

.

При

 

измерениях

 

напряжений

 

с

 

помощью

 

изоля

-

ции

 

вводов

 

высокого

 

напряжения

 

проблема

 

влияния

 

зарядов

 

короны

 

на

 

результат

 

измерений

 

автомати

-

чески

 

исчезает

 

благодаря

 

большей

 

емкости

 

изоля

-

ции

 

вводов

 (300–600 

пФ

). 

Значительно

 

облегчается

 

и

 

решение

 

вопроса

 

о

 

нижней

 

границе

 

полосы

 

частот

 

измерений

Наиболее

 

эффективными

 

средствами

 

защиты

 

от

 

воздействия

 

внешних

 

электромагнитных

 

помех

 

яв

-

ляются

 

экранирование

 

измерительных

 

цепей

 

и

 

ап

-

паратуры

 

и

 

преобразование

 

электрических

 

сигналов

 

в

 

оптические

 [5].

Гальванические

 

развязки

 

эффективны

 

при

 

разни

-

це

 

потенциалов

 

между

 

точками

 

заземления

 

контро

-

лируемого

 

оборудования

 

и

 

измерительной

 

аппара

-

туры

Ту

 

же

 

цель

 

преследует

 

и

 

поэтапное

 

деление

 

измеряемых

 

сигналов

которое

 

широко

 

применя

-

ется

 

в

 

электрофизических

 

экспериментах

 

с

 

боль

-

шими

 

импульсными

 

токами

 

и

 

напряжениями

Для

 

реализации

 

данного

 

методического

 

приема

 

увели

-

чения

 

отношения

  «

сигнал

-

шум

» 

нами

 

были

 

пред

-

приняты

 

изменения

 

в

 

схеме

 

датчиков

 

напряжения

В

 

итоге

 

наши

 

результаты

 

подтвердили

 

эффектив

-

ность

 

технического

 

решения

 

о

 

двойном

 

делении

 

измеряемого

 

напряжения

которое

 

было

 

принято

 

и

 

в

 [6]. 

Наиболее

 

трудными

 

следует

 

считать

 

измере

-

ния

 

напряжений

 

на

 

выходе

 

из

 

КРУЭ

Известно

что

 

спектр

 

частот

 

напряжения

 

на

 

выходе

 

из

 

КРУЭ

 

перекрывает

 

несколько

 

мегагерц

Поэтому

 

для

 

корректного

 

измерения

 

датчиками

 

важное

 

значе

-

ние

 

имеет

 

частотная

 

зависимость

 

коэффициента

 

передачи

  (

деления

используемого

 

для

 

этой

 

цели

 

оборудования

  (

например

ввода

). 

Согласно

 

из

-

вестным

 

данным

в

 

том

 

числе

 

полученным

 

в

 

цити

-

руемых

 

публикациях

вводы

 

классов

 

напряжения

 

110–245 

кВ

 

имеют

 

резонансные

 

частоты

 10–8 

МГц

вводы

 500 

кВ

 — 

около

 3 

МГц

а

 

вводы

 750 

кВ

 — 

око

-

ло

 1 

МГц

Понятно

что

 

с

 

коррекцией

 

на

 

частотные

 

характеристики

 

вводов

 

их

 

можно

 

использовать

 

для

 

измерений

 

высокочастотных

 

составляющих

 

на

-

пряжения

 

на

 

выходе

 

из

 

КРУЭ

 

с

 

приемлемой

 

погреш

-

ностью

.

Принципиально

 

подобные

 

возможности

 

доступны

 

и

 

с

 

применением

 

измерительных

 

трансформаторов

 

тока

точнее

 

говоря

емкости

 

их

 

основной

 

изоляции

 

в

 

качестве

 

верхнего

 

плеча

 

делителя

 

напряжения

На

-

верное

в

 

качестве

 

делителей

 

можно

 

использовать

 

и

 

трансформаторы

 

напряжения

 

емкостного

 

типа

Но

 

и

 

в

 

том

и

 

в

 

другом

 

случае

 

результаты

 

измерений

 

в

 

области

 

частот

 

близких

 

или

 

более

 1 

МГц

 

потребуют

 

корректировки

 

на

 

влияние

 

частотных

 

характеристик

 

этих

 

аппаратов

.

ВЫВОДЫ

Некоторые

 

выводы

 

по

 

результатам

 

исследований

 

переходных

 

процессов

 

при

 

коммутациях

 

ШР

 

можно

 

сформулировать

 

следующим

 

образом

.

1. 

Применение

 

для

 

регистрации

 

напряжений

 

датчи

-

ков

 

электрического

 

поля

 

возможно

 

исключитель

-

но

 

в

 

гармонических

 (

Лапласовых

полях

то

 

есть

 

в

 

отсутствие

 

разрядных

 

явлений

 

и

 

внедрения

 

ими

 

объемных

 

зарядов

искажающих

 

картину

 

поля

.

2. 

Амплитуда

 

напряжения

 

при

 

коммутациях

 

сило

-

вых

 

трансформаторов

 

ШР

 

элегазовыми

 

выключа

-

телями

как

 

правило

незначительно

 

превышает

 

амплитудное

 

значение

 

фазного

 

напряжения

 

про

-

мышленной

 

частоты

 

U

ф

макс

Однако

 

высокая

 

кру

-

тизна

 

фронта

 

и

 

последующие

 

колебания

 

высокой

 

(

до

 

десятков

 

килогерц

частоты

 

могут

 

приводить

 

к

 

ускоренному

 

старению

 

изоляции

 

оборудова

-

ния

Известно

что

 

в

 

трансформаторах

 

и

 

шунти

-

рующих

 

реакторах

 

высокие

 

частоты

 

или

 

большая

 

крутизна

 

напряжения

 

приводят

 

к

 

неравномерно

-

му

 

распределению

 

напряжения

 

по

 

длине

 

обмот

-

ки

 

и

 

даже

 

возникновению

 

внутренних

 

резонансов

 

напряжения

В

 

изоляции

 

других

 

аппаратов

 

по

-

вышенная

 

частота

 

напряжения

 

приводит

 

к

 

росту

 

диэлектрических

 

потерь

 

и

 

усилению

 

деструкции

 

под

 

действием

 

частичных

 

разрядов

Данный

 

факт

 

снова

 

возвращает

 

исследователей

 

к

 

вопросу

 

об

 

обоснованности

 

формы

 

и

 

амплитуды

 

испытатель

-

ных

 

напряжений

 

в

 

приемо

-

сдаточных

 

испытаниях

 

оборудования

.

3. 

Применение

 

устройств

 

управляемой

 

коммутации

 

позволяет

 

значительно

 

снизить

 

амплитуду

 

пере

-

напряжений

 

сетевого

 

оборудования

.

4. 

Появление

 

предпробоев

 

межконтактного

 

проме

-

жутка

 

при

 

включении

 

и

 

повторных

 

пробоев

 

при

 

отключении

 

приводит

 

к

 

заметному

 

утяжелению

 

переходного

 

процесса

 

включения

 

оборудования

 

в

 

работу

.

5. 

Процесс

 

коммутации

 

управляемых

 

шунтирующих

 

реакторов

 

имеет

 

ряд

 

особенностей

 

и

 

напоминает

 

процесс

 

коммутации

 

силового

 

трансформатора

 

с

 

обмоткой

 

НН

 

на

 

холостом

 

ходу

ЛИТЕРАТУРА

 / REFERENCES

1.  Measuring techniques and charac-

teristics of fast and very fast tran-
sient overvoltages in substations 
and converter stations. CIGRE 

Technical Brochure 836, 2021. 
URL: https://electra.cigre.org/317-
august-2021/technical-brochures/
measuring-techniques-and-char-

acteristics-of-fast-and-very-fast-
transient- over voltages - in - sub -
stations-and-converter-stations.
html.

ДИАГНОСТИКА 

И МОНИТОРИНГ


background image

107

2.  Bianchi R., Barbieri B., et al. Voltage 

transient measurements using elec-
tric 

fi

 eld sensors and ATP model-

ling of a 500 kV GIS station. CIGRÉ 
Session paper, 2018. Paper C4-205. 
URL: https://eepir.ru/new/otkryta-
registraciya-na-47-yu-sessiyu-sigre/.

3.  Barakou F., Wouters P.A.A.F., et al. 

Merits and Challenges of a Differ-
entiating-Integrating Measurement 
Methodology with Air Capacitors for 
High-Frequency Transients. CIGRÉ 
Session paper, 2018. Paper C4-203. 
URL: https://eepir.ru/new/otkryta-
registraciya-na-47-yu-sessiyu-sigre/.

4.  Takami J., Okabe S. Characteristics 

of Direct Lightning Strokes to Phase 
Conductors of UHV Transmission 
Lines. IEEE Trans. Power Delivery, 
2007, vol. 22, no. 1, pp. 537-546. 

5.  Xie S., Zhang Yu., et al. Application 

of Integrated Optical Electric-Field 
Sensor on the Measurements of 
Transient Voltages in AC High-Volt-
age Power Grids. Appl. Sci., 2019, 
no. 9(9), p. 1951.

6.  Malewski R., Douville J., Lavallee L. 

Measurement of switching transients 
in 735 kV substations and assess-
ment of their severity for transformer 

insulation. IEEE Trans. Power Del, 
1988, vol. 3, no. 4, pp. 1380-1390.

7. Johansson K., Gäfvert U., et al. 

Modeling and Measurements of VFT 
Properties of a Transformer to GIS 
Bushing. Proc. of 43rd CIGRE Ses-
sion, Paris, 2010. Paper A2-302.

8.  Ma G-M., Li Ch-R., et al. Measure-

ment of VFTO Based on the Trans-
former Bushing Sensor. IEEE Trans. 
on Power Delivery, 2011, vol. 26, is-
sue 2, pp. 684-692.

9.  Ovsyannikov A., Tsarikovsky A. The 

in

fl

 uence of high frequency over-

voltages on current transformers. 
Proceedings of 14th International 
Symposium on High Voltage Engi-
neering, Beijing, 2005. Paper B-41. 
URL: https://www.gbv.de/dms/tib-ub-
hannover/521383617.pdf.

10. 

Лавров

 

Ю

.

А

., 

Овсянников

 

А

.

Г

., 

Шевченко

 

С

.

С

., 

Шиллер

 

О

.

Ю

Перенапряжения

 

при

 

коммутации

 

блочного

 

трансформатора

 500 

кВ

 

элегазовым

 

выключателем

 // 

Элек

-

тро

, 2010, 

 6. 

С

. 24–27 / Lavrov 

Yu.A., Ovsyannikov A.G., Shevchen-
ko S.S., Shiller O.Yu. Voltage surges 
in a 500 kV unit transformer in con-
ditions of SF6 breaker-controlled 

switching // 

Elektro

 [Electro], 2010, 

no. 6, pp. 24–27. (In Russian)

11. 

Овсянников

 

А

.

Г

., 

Шиллер

 

О

.

Ю

Ис

-

следование

 

перенапряжений

 

при

 

коммутации

 

силовых

 

шунтирую

-

щих

 

реакторов

 // 

Электро

, 2011, 

 2. 

С

. 11–14 / Ovsyannikov A.G., 

Shiller O.Yu. Voltage surge study in 
conditions of power shunting reactor 
switching // 

Elektro

 [Electro], 2011, 

no. 2, pp. 11–14. (In Russian)

12. 

Овсянников

 

А

.

Г

., 

Шиллер

 

О

.

Ю

Управляемое

 

включение

 

шунтиру

-

ющих

 

реакторов

 // 

Электро

, 2012, 

 4. 

С

. 21–25 / Ovsyannikov A.G., 

Shiller O.Yu. Controlled switching of 
shunting reactors // 

Elektro

 [Electro], 

2012, no. 4, pp. 21–25. (In Russian)

13. 

Овсянников

 

А

.

Г

., 

Шиллер

 

О

.

Ю

., 

Шевченко

 

С

.

С

Феррорезонансные

 

процессы

 

при

 

включении

 

управ

-

ляемых

 

шунтирующих

 

реакторов

 

// 

Главный

 

энергетик

, 2014, 

 4. 

С

. 50–54 / Ovsyannikov A.G., Shiller 

O.Yu., Shevchenko S.S. Ferro-reso-
nance processes during switching of 
controlled shunting reactors // 

Glav-

ny

 

energetik 

[Chief power engineer], 

2014, no. 4, pp. 50–54. (In Rus-
sian)

 2 (71) 2022


Оригинал статьи: Опыт измерений коммутационных перенапряжений в условиях эксплуатации

Ключевые слова: трансформатор, шунтирующий реактор, управляемый шунтирующий реактор, коммутационное перенапряжение, делитель напряжения, паразитная емкость, ввод

Читать онлайн

Приведены семь случаев широкополосных измерений высокочастотных коммутационных перенапряжений в условиях эксплуатации при отсутствии специальных делителей напряжения. В двух случаях с использованием емкостных датчиков в качестве детекторов напряжения. Измерения напряжения на проводе воздушной линии дали ложные результаты, а измерения напряжения на шине подстанции требовали коррекции. Наиболее достоверными признаны пять случаев измерения перенапряжений при коммутациях силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов, в которых в качестве верхнего плеча делителя напряжения использовались емкости основной изоляции вводов.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 2(83), март-апрель 2024

Анализ нагрузочных режимов и регулировочной способности по напряжению распредсети при оптимизации секционирования на ее участках

Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция Диагностика и мониторинг
Яхин Ш.Р. Пигалин А.А. Галиев И.Ф. Маклецов А.М.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»