Переходные процессы на КЛ 110–500 кВ c реакторами

Page 1
background image

Page 2
background image

102

КАБЕЛЬНЫЕ 

ЛИНИИ

Переходные процессы
на КЛ 110–500 кВ c реакторами

УДК 621.315.21

После

 

повреждения

 

на

 

воздушных

 

линиях

 

с

 

шунтирующими

 

реакторами

 

нескольких

 

элегазовых

 

выключателей

 500 

и

 750 

кВ

произошедших

 

из

-

за

 

наличия

 

в

 

токе

 

апериоди

-

ческой

 

составляющей

ОАО

 «

ФСК

 

ЕЭС

» 

в

 2012 

году

 

выпустило

 

распоряжение

 

 838

р

регламентирующее

 

расчеты

 

процессов

 

на

 

линиях

 

с

 

реакторами

 

и

 

основные

 

способы

 

защиты

 

выключателей

Формально

 

данное

 

распоряжение

 

относится

 

не

 

только

 

к

 

воздуш

-

ным

но

 

и

 

к

 

кабельным

 

линиям

однако

 

с

 

последними

 

возникает

 

ряд

 

вопросов

ставших

 

поводом

 

для

 

данной

 

статьи

.

Дмитриев

 

М

.

В

.,

к.т.н., доцент Санкт-

Петербургского 

политехнического 

университета

Ключевые

 

слова

:

реактивная мощность, 

компенсация мощ-

ности, однофазный 

кабель, емкость 

кабеля

ВВЕДЕНИЕ

Методика [1], разработанная ОАО «ФСК 

ЕЭС», скорее всего, была ориентирова-

на в первую очередь на вопросы комму-

тации воздушных линий (ВЛ) с шунтиру-

ющими  реакторами  (ШР),  а  кабельные 

линии  (КЛ)  были  включены  туда  «по 

остаточному  принципу».  В  этом  нет  ни-

чего странного, ведь все аварии элегазо-

вых выключателей 500 и 750 кВ, произо-

шедшие  к  2012  году,  случились  именно 

на ВЛ. Что же касается КЛ с ШР, то таких 

объектов в России было мало.

Постепенно  ситуация  изменяется: 

в  стране  появляются  и  новые  КЛ  с  ШР, 

и  новые  кабельно-воздушные  линии 

(КВЛ) с ШР.

В ходе проектирования и проведения 

расчетов  переходных  процессов  на  КЛ 

с  ШР  (рисунок  1)  был  выявлен  ряд  по-

ложений  методики  [1],  которые  требуют 

обсуждения.

Первое, на что хотелось бы обратить 

внимание, — в [1] встречается упомина-

ние исключительно о подстанциях (ПС), 

а про электрические станции нет ни сло-

ва. Зачем так сделано — не очень понят-

но, поскольку методы расчета процессов 

не  зависят  от  того,  подается  ли  напря-

жение на линию по стороны ПС или же 

со  стороны  станции.  Линии  330  кВ  (КЛ 

и КВЛ), которые были построены в Санкт-

Петербурге,  как  раз  относятся  к  схеме 

выдачи  мощности  ленинградской  атом-

ной  станции  (ЛАЭС),  и  если  подойти 

к делу формально, то проектировщик не 

мог здесь использовать методику [1].

Второй и очень важный момент заклю-

чается в том, что [1] предлагает исполь-

зовать  в  расчетах  активное  и  индуктив-

ное  сопротивление  КЛ,  а  также  емкость 

КЛ, которую необходимо «взять из спра-

вочника»  (см.  п.  3.5  из  [1]).  Существен-

ная  проблема  здесь  заключается  в  том, 

что  в  настоящее  время  в  нашей  стране 

нет справочника, где были бы корректно 

представлены  параметры  КЛ  с  изоляци-

ей  из  сшитого  полиэтилена.  Кроме  того, 

даже  в  каталогах  самих  производителей 

кабелей  не  найти  необходимой  инфор-

мации, чему была посвящена отдельная 

статья [2]. 

Третье.  В  п.  3.5  из  [1]  утверждается, 

что включение КЛ на короткое замыкание 

(КЗ) является маловероятным (в отличие 

от КВЛ и ВЛ), и в расчетах его можно не 

рассматривать — поэтому среди расчет-

ных случаев (таблица 6.3 из [1]) включе-

ние КЛ на КЗ отсутствует. Вместе с тем, 

накопленный  опыт  эксплуатации  новых 

отечественных КЛ 110–500 кВ свидетель-

ствует, что КЗ на КЛ редкостью не являет-

ся, в том числе и при включении КЛ под 

напряжение сети.

Четвертое. Согласно таблице 6.3 из [1]

расчетным  случаем  является  включе-

ние  под  напряжение  КЛ,  имеющей  оста-

точный  заряд,  хотя,  по  всей  видимости, 

длительное  сохранение  заряда  на  КЛ 

с СПЭ-изоляцией едва ли возможно. По-

сле  отключения  от  сети  КЛ  время  само-

разряда емкости КЛ зависит от 

tg

 и для 

СПЭ составляет не более 10 сек, а если 

же  учесть  наличие  на  КЛ  реакторов,  то 

и того меньше. Поскольку на КЛ запреще-

но автоматическое повторное включение 

(АПВ), то после отключения КЛ ее новое 

включение  под  напряжение  навряд  ли 

произойдет через несколько секунд — это 

означает, что к моменту включения КЛ ем-

кость  успеет  разрядиться,  и  остаточного 

заряда на ней не будет.

КЛ

РУ-1

Ш Р

1

РУ-2

2

t

ВКЛ

Рис

. 1. 

КЛ

 

с

 

подключенным

 

реактором


Page 3
background image

103

включения коэффициент 

K

 = 0,6 попадает в зону под 

красной кривой, где опасных апериодических токов 

не возникает (точка 3 на рисунке 2). 

Если бы линия имела 

K

 = 0,9, то согласно рисунку 2 

при точности УК, отвечающей 



 = 1 мс, этот коэффи-

циент оказался бы в зоне над красной кривой (точка 4), 

где точности УК не достаточно для ограничения токов 

до безопасных уровней. В таком случае использование 

УК неэффективно, и приходится выбирать между при-

менением резисторов или отключением ШР.

Если бы линия имела 

K

 = 2, то согласно рисунку 2 

точность УК вновь оказалась бы достаточной для за-

щиты выключателя (точка 5), и тогда не потребова-

лись бы никакие мероприятия вроде резисторов или 

отключения ШР. 

Итак, с помощью рисунка 2 показано, что величи-

на коэффициента компенсации 

K

 существенно вли-

яет на выводы об опасности/безопасности переход-

ных процессов на линии, и на выбор защитных мер. 

Возможные  неточности  при  определении 

K

  могут 

привести к тому, что линия будет неверно отнесена 

в ту или иную область диаграммы рисунка 2 с соот-

ветствующими последствиями. Поэтому, говоря о КЛ, 

особое внимание следует уделять ее полной емко-

сти 

C

КЛ

, вычисляемой на основе погонной 

C

*

КЛ

.

ЕМКОСТЬ

 

КЛ

В расчетах коммутационных переходных процессов 

КЛ  можно  представить  или  как  линию  с  распреде-

ленными параметрами, или как линию с сосредото-

ченными (П-схема замещения вида рисунка 3). Для 

Перечисленные  аргументы  (и  некоторые  другие) 

склоняют в пользу того, что в вопросах расчета пере-

ходных процессов на КЛ с реакторами еще рано ста-

вить  точку,  и  методику  [1],  хорошо  зарекомендовав-

шую себя для расчета ВЛ, в части КЛ было бы полезно 

обсудить и, возможно, несколько скорректировать. 

КОЭФФИЦИЕНТ

 

КОМПЕНСАЦИИ

 

K

Для  КЛ  с  ШР  коэффициент  компенсации  зарядной 

мощности можно найти как отношение мощности ре-

актора 

Q

ШР 

 к зарядной мощности линии 

Q

КЛ

:

K

 = 

Q

ШР 

/

Q

КЛ

.

Если мощность 

Q

ШР 

 известна и указана в паспор-

те  на  ШР,  то  вот  мощность 

Q

КЛ

  необходимо  вычис-

лить через ее емкость:

C

КЛ

 = 

C

*

КЛ

 ∙ 

l

КЛ

,

где 

C

*

КЛ

 — погонная емкость КЛ, 

l

КЛ

 — длина КЛ.

В статье [3] было показано, что коэффициент 

K

 

позволяет достаточно быстро (без проведения ком-

пьютерного  моделирования  процессов)  оценить, 

представляет ли опасность для выключателя линии 

(ВЛ,  КЛ,  КВЛ)  ее  включение  под  напряжение  сети, 

и какие способы защиты выключателя от апериоди-

ческой составляющей тока лучше применить. На ри-

сунке 2 дана заимствованная из [3] кривая, удобная 

для проведения таких оценок. 

Положим, что линия включается так, что синусои-

дальное  напряжение  в  одной  из  фаз  сети  имеет  на 

момент  коммутации  минимальное  значение.  Тогда 

в этой фазе в токе выключателя линии появится наи-

большая  апериодическая  составляющая 

тока  (этот  случай  на  рисунке  2  соответ-

ствует 



 = 5 мс). Если линия такова, что 

у нее 

K

 < 0,5, то апериодическая состав-

ляющая безопасна для выключателя (точ-

ка 1 на рисунке 2), а если 

K

 > 0,5, то уже 

опасна (точка 2 на рисунке 2), и требуется 

выполнить защиту выключателя одним из 

способов, указанных, например, в [1]: 

 

– оснащение  выключателя  линии 

устройством  управляемой  коммута-

ции УК (этим достигается 



≈ 1 мс, 

то есть линия включается вблизи от 

максимума  синусоиды  напряжения, 

что  обеспечивает  минимум  аперио-

дической составляющей тока);

 

– оснащение  выключателя  линии  пред-

включаемыми  резисторами  (дают 

быстрое  затухание  апериодической 

составляющей тока);

 

– отключение  от  линии  ШР  перед  ее 

постановкой  под  напряжение  сети 

(снижение  коэффициента  компенса-

ции 

K

 до безопасных значений 

K

 < 0,5).

Пусть линия имеет 

K

 = 0,6 и, следова-

тельно, требуются мероприятия по защи-

те выключателя, среди которых выбрали 

устройство УК, обеспечивающее включе-

ние линии вблизи от максимального зна-

чения  синусоиды  сетевого  напряжения 

с ошибкой 



 = 1 мс. При такой точности 

Рис

. 2. 

Зависимость

 

необходимой

 

точности

 

управляемой

 

коммута

-

ции

 (

УК

от

 

коэффициента

 

компенсации

 K

Рис

. 3. 

П

-

схема

 

замещения

 

КЛ

0

1

2

3

4

5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

K

, о

'<

, мс

.е.

Мероприятия

не требуются

УК неэффективна.

Требуются резисторы

или отключение ШР

УК

эффективна

УК

эффек-

тивна

5

4

3

1

2

L

КЛ

R

КЛ

C

КЛ

/2

G

КЛ

/2

C

КЛ

/2

G

КЛ

/2

 1 (52) 2019


Page 4
background image

104

использования  П-схемы  необходимы 

следующие  параметры  КЛ,  на  вычисле-

нии которых остановимся подробнее:

 

– емкость 

C

КЛ

;

 

– активная проводимость 

G

КЛ

;

 

– продольная индуктивность 

L

КЛ

;

 

– продольное активное сопротивление 

R

КЛ

.

В конструкции современного однофазного кабеля 

110–500 кВ выделяют четыре наиболее важных эле-

мента (рисунок 4):

 

– алюминиевая или медная жила (Ж);

 

– изоляция из сшитого полиэтилена (И);

 

– медный проволочный экран (Э);

 

– внешняя оболочка (О).

Погонную  емкость  однофазного  кабеля  (Ф/м) 

обычно вычисляют как:
 

2

 ∙ 

 ∙ 

0

C

*

КЛ

 = —,

 

ln

 

d

/

 

d

1

где 

  —  относительная  диэлектрическая  проницае-

мость СПЭ-изоляции, о.е.; 

0

 = 8,85 ∙ 10

-12

 Ф/м — аб-

солютная диэлектрическая проницаемость вакуума; 

d

1

 и 

d

2

 — диаметры по жиле и по изоляции, мм.

Диаметры 

d

1

 и 

d

2

 можно найти в каталоге на ка-

бель. Также там обычно дается и итоговое значение 

погонной емкости 

C

*

КЛ

, выраженной в мкФ/км (вместо 

Ф/м). Для примера в таблице 1 для разных сечений 

жилы 

F

Ж

 кабеля 220 кВ приведены величины 

d

1

d

2

C

*

КЛ

, заимствованные из каталога фирмы АВВ. У ряда 

других заводов (в частности, у NEXANS) принципи-

альных отличий от АВВ не замечено.

Перепроверим  заводские  значения  таблицы  1, 

для  чего  в  формулу 

C

*

КЛ

  подставим 

d

1

  и 

d

2

,  а  также 

проницаемость 

  =  2,4  о.е.  (она  получена  усредне-

нием диапазона 

 = 2,3÷2,5 о.е., декларируемого для 

СПЭ). Результаты вычислений размещены в двух по-

следних столбцах таблицы 1.

Сравнение  расчетного  и  каталожного  значений 

C

*

КЛ

  указывает  на  их  различие  в  среднем  на  15%. 

Следовательно, в зависимости от используемой ем-

кости 

C

*

КЛ

, для КЛ с ШР на 15% могут отличаться и ко-

эффициенты  компенсации 

K

,  порождая  тем  самым 

значительную неопределенность в выборе способов 

защиты выключателя.

Интересно, что емкость из каталога больше най-

денной  по  формуле,  а  для  того,  чтобы  формула 

дала такую же емкость, как в каталоге, в нее необ-

ходимо подставлять вовсе не 

 = 2,4 о.е., а значение 



≈ 2,8 о.е., невозможное для сшитого полиэтилена. 

Почему так происходит и как выйти из сложившейся 

ситуации — автору не ясно, хотя, не исключено, что 

у специалистов кабельных заводов на это уже давно 

есть ответ. 

Казалось бы, зачем разбираться в причинах рас-

хождения двух емкостей 

C

*

КЛ

, ведь в расчеты лучше 

закладывать  емкость  из  каталога,  которую  заводы, 

скорее всего, не вычисляют, а получают путем пря-

мых измерений на кабельных барабанах. Однако та-

кой ответ не устроит тех, кто занимается моделиро-

ванием переходных процессов, и вот почему.

Согласно [1] (и во многих других случаях) при про-

ектировании  КЛ  требуется  проведение  подробного 

компьютерного моделирования процессов, выполня-

емого в программах вроде канадской EMTP и ее ана-

логов.  Задание  кабеля  в  таких  программах  проис-

ходит путем указания, в частности, диаметров 

d

1

d

2

 

и др. (радиусов 

r

1

r

2

 и др.), а также диэлектрической 

проницаемости 

, на основе которых компьютер вы-

числяет погонную емкость КЛ по известной во всем 

мире  приведенной  выше  классической  формуле. 

Если пользователь укажет каталожные 

d

1

d

2

 и типо-

вое значение 

 = 2,4, то емкость 

C

*

КЛ

 смоделирован-

ного  таким  образом  кабеля  окажется  в  среднем  на 

15% меньше реальной (см. таблицу 1) с соответству-

ющими последствиями для коэффициента 

K

 и пред-

лагаемых в проектной документации заключений. 

Можно  рекомендовать  пользователям  EMTP 

и других программ задавать 

 = 2,8 вместо 

 = 2,4, 

однако  здесь  надо  быть  осторожнее,  ведь  это  из-

менит скорость распространения волны вдоль ка-

беля 

, которая в некоторых случаях играет важную 

роль (

 = 

0

/√

, где 

0

 = 3 ∙ 10

8

 м/с — скорость волны 

в вакууме). Вместе с тем, есть основания полагать, 

что  при  моделировании  переходных  процессов 

включения  КЛ  под  напряжение  сети  и  при  оценке 

степени опасности апериодической составляющей 

тока все же вполне допустимо использовать в ком-

пьютерной  модели  корректировку 

  до  значений, 

обеспечивающих достижение кабелем каталожной 

емкости (



≈ 2,8).

Строго говоря, сама по себе каталожная емкость 

C

*

КЛ

 едва ли является очень уж надежным ориенти-

ром,  а  лучше  опираться  на  значения  емкости,  по-

лученные  при  заводских  измерениях  каждого  кон-

кретного барабана с готовым кабелем. Дело в том, 

d

1

d

2

Ж

И

Э

О

Рис

. 4. 

Конструкция

 

однофазного

 

кабеля

Табл.1. Погонная емкость однофазного кабеля 220 кВ

F

Ж

, мм

2

Каталог

Расчет при 

 = 2,4 о.е.

d

1

, мм

d

2

, мм

C

*

КЛ

, мкФ/км

C

*

КЛ

, мкФ/км ошибка, %

630

30,2

78

0,16

0,141

14

800

33,7

81,9

0,17

0,150

13

1000

37,9

86,1

0,18

0,163

11

1200

44

94

0,21

0,176

19

1400

49

99

0,22

0,190

16

1600

52

102

0,23

0,198

16

2000

56

106

0,24

0,209

15

2500

66

116

0,27

0,237

14

3000

72

122

0,29

0,253

15

КАБЕЛЬНЫЕ 

ЛИНИИ


Page 5
background image

105

что при производстве кабеля могут использоваться 

различные партии полиэтилена, имеющие проница-

емость в диапазоне 

 = 2,3÷2,5 о.е., а тогда кабели 

с  изоляцией  из 

  =  2,5  автоматически  будут  иметь 

емкость на 8–9% выше, чем кабели с изоляцией из 

  =  2,3.  В  каталогах,  вероятно,  указано  некоторое 

среднее значение емкости 

C

*

КЛ

, но тем, кто моделиру-

ет процессы в КЛ, приходится использовать именно 

его, ведь на стадии проектирования и расчетов еще 

нет никаких барабанов с готовым кабелем.

 

АКТИВНАЯ

 

ПРОВОДИМОСТЬ

 

КЛ

В вопросах коммутаций КЛ проводимость 

G

КЛ

 игра-

ет  важную  роль,  поскольку  от  нее  зависит  время 

саморазряда  линии.  После  отключения  КЛ  от  сети 

на емкости 

C

КЛ

 остается заряд, который постепенно 

стекает  в  землю  (рисунок  5).  Быстрое  стекание  за-

ряда позволяет гарантировать, что к моменту вклю-

чения КЛ ее емкость полностью разряжена, а значит 

переходные  процессы  не  будут  интенсивными,  что 

положительно  сказывается  и  на  величине  перена-

пряжений на изоляции КЛ, и на токах выключателя. 

Оценим время саморазряда емкости КЛ.

Процесс  разряда  емкости  КЛ  и  снижения  ее  на-

пряжения описывается выражением:

u

(

t

) = 

E

m

 ∙ 

exp

(– 

t

 

/

 

),

где 

E

m

 — амплитуда фазного напряжения сети, 

 — 

эквивалентная  постоянная  времени  разряда,  кото-

рая может быть найдена как:

 = 

C

КЛ 

/

 

G

КЛ

  = 1

 

/

 

(

 ∙ 

tg

),

где 

  =  2

f

  —  круговая  частота  сети,  рад/сек; 

f

 = 50 Гц — частота сети.

Для  СПЭ-изоляции,  которая  применяется  для 

современных  кабелей  110–500  кВ,  справедливо 

tg



≈ 0,001, и тогда постоянная будет:

 

1

 = — ≈ — = 3 сек.

 ∙ 

tg



314 ∙ 0.001

Саморазряд КЛ до напряжения 

u

(

t

) = 0,05 ∙ 

E

m

, то 

есть почти до 0, происходит за время 

t

 = 3



≈ 10 сек. 

Если учесть, что емкость КЛ может разряжаться так-

же и через реакторы, имеющиеся на линии, то время 

окажется еще меньше. 

На чисто кабельных линиях АПВ не применяется, 

и после отключения КЛ от сети ее повторное включе-

ние едва ли произойдет быстрее чем через 10 сек. 

Поэтому можно утверждать, что к моменту включе-

ния  КЛ  на  ней  не  будет  остаточного  заряда.  Таким 

образом, требование [1] проводить расчеты включе-

ния КЛ, где на жилах есть остаточный заряд, по всей 

видимости, желательно уточнить.

ИНДУКТИВНОСТЬ

 

КЛ

 

И

 

АКТИВНОЕ

 

СОПРОТИВЛЕНИЕ

 

КЛ

Методика  [1]  требует  использовать  в  расчетах  кор-

ректные значения 

L

КЛ

 и 

R

КЛ

, принимая их по справоч-

нику или по данным каталога. В статье [2] уже было 

показано, что верных значений 

L

КЛ

 и 

R

КЛ

, учитываю-

щих последовательность (прямая, нулевая) и схему 

заземления экранов (одностороннее, двустороннее, 

транспозиция экранов), в справочниках и каталогах 

нет. Поэтому здесь рекомендуется доверять компью-

терной  программе  EMTP  (и  аналогам),  которая  са-

мостоятельно  определяет  все  необходимые  актив-

но-индуктивные  параметры  КЛ  на  основе  заданной 

пользователем  геометрии  фазы  кабеля,  взаимного 

расположения трех фаз (А, В, С), схемы заземления 

экранов.

Нельзя  не  отметить,  что  при  изучении  переход-

ных процессов включения КЛ под напряжение сети 

(на холостой ход) принципиальное значение имеют 

поперечные  параметры  КЛ,  такие  как  емкость 

C

КЛ

 

и  проводимость 

G

КЛ

,  а  вот  индуктивность 

L

КЛ

  и  со-

противление 

R

КЛ

 на результаты расчетов влияния, по 

сути, не оказывают, что будет продемонстрировано 

далее  на  конкретном  примере  расчета.  Следова-

тельно,  в  рассматриваемом  круге  задач  внимание 

следует  обращать  на  точность  задания 

C

КЛ

  и 

G

КЛ

а вот к параметрам 

L

КЛ

 и 

R

КЛ

 все же не стоит отно-

ситься так серьезно.

ПРИМЕР

 

МОДЕЛИРОВАНИЯ

Рассмотрим  пример  расчета  переходного  процесса 

включения КЛ 220 кВ под напряжение сети. Пусть КЛ 

выполнена тремя однофазными кабелями с медной 

жилой  1600  мм

2

  и  медным  экраном  185  мм

2

,  пусть 

напряжение  на  КЛ  подается  со  стороны  распреде-

лительного устройства РУ-1 выключателем 1, а ре-

актор мощностью 50 Мвар подключен на свободном 

конце КЛ (схема рисунка 1).

Расчеты  проведены  в  EMTP,  куда  были  заложе-

ны  диаметры  кабеля  из  таблицы  1,  и  где  была  за-

дана  скорректированная  проницаемость  изоляции 

 = 2,79, позволившая выйти на значение погонной 

емкости, отвечающее каталожному 

C

*

КЛ

 = 0,23 мкФ/км.

При напряжении 220 кВ такая емкость соответствует 

емкостному току на фазу 9,2 А/км.

Мощность  реактора  50  Мвар  достигается  при 

его рабочем напряжении 242 кВ, а при напряжении 

220 кВ потребляемая мощность меньше и отвечает 

индуктивному  току  108  А.  Тогда  коэффициент  ком-

пенсации КЛ может быть оценен по отношению токов 

реактора 

I

ШР 

 и кабеля 

I

КЛ 

 по формуле:

 

Q

ШР

 

I

ШР

 

108 А 

11,7 км

K

 = 

 

— = 

 

— = 

  

— = 

 

—.

 

Q

КЛ 

I

КЛ 

9,2А/км ∙ 

l

КЛ

 [км] 

l

КЛ

 [км]

Видно, что в условиях задачи при длине 

l

КЛ

 = 12 км 

достигается практически полная компенсация заряд-

ной мощности линии 

K

 ≈ 1,0. 

На  рисунке  6  даны  осциллограммы  тока  одной 

из  фаз  включателя  КЛ,  полученные  в  схеме  рисун-

ка 1, где для примера принято, что активное сопро-

тивление сети составляет 

R

C

 = 0,5 Ом, а индуктив-

ное сопротивление сети на промышленной частоте 

Рис

. 5. 

Схема

 

саморазряда

 

отключенной

 

КЛ

КЛ

C

КЛ

G

КЛ

 1 (52) 2019


Page 6
background image

106

X

C

 = 12,7 Ом (это отвечает току КЗ от шин РУ-1, рав-

ному 10 кА). Видно, что ток выключателя содержит:

 

– затухающую высокочастотную составляющую;

 

– затухающую апериодическую составляющую;

 

– периодическую составляющую частоты 50 Гц.

По  мере  затухания  апериодической  составля-

ющей  суммарный  ток  получает  нулевые  значе-

ния, что очень важно, если вслед за включением 

КЛ  вдруг  потребуется  ее  быстрое  отключение. 

Согласно  п.  4.10.3–4.10.4  методики  [1]  успешным 

отключение  будет,  только  если  после  включения 

суммарный  ток  получил  нулевые  значения  бы-

стрее  суммы  минимального  времени  срабаты-

вания  защит  и  минимального  собственного  вре-

мени  отключения  выключателя.  Опираясь  на  это 

условие,  обычно  получается,  что  после  включе-

ния  КЛ  первые  нулевые  значения  тока  выключа-

теля  должны  появляться  не  позднее,  чем  через

30–50 мс с момента коммутации КЛ. Следователь-

но, в условиях рисунка 6 успешное отключение КЛ 

и отсутствие риска повреждения выключателя бу-

дут лишь в случае 

l

КЛ

  =  24 км (

K

 ≈ 0.5), что полно-

стью отвечает соображениям рисунка 2.

Хотя  при  включении  КЛ  ток  выключателя  име-

ет  сразу  три  составляющие,  в  [1]  подразумевались 

лишь последние две (апериодическая и 50 Гц), и ус-

ловия перехода суммарного тока через нулевое зна-

чение необходимо проверять именно по ним. Тем не 

менее, к сожалению, прямых указаний о неучете вы-

сокочастотной составляющей тока в [1] нет, что чре-

вато ошибочными техническими решениями. 

Наличие  высокочастотной  составляющей  тока 

выключателя зависит от многих факторов, среди ко-

торых и параметры КЛ, и параметры сети, и способ 

моделирования  кабелей  и  сети.  Известны  случаи, 

где в расчетах инженеры получали осциллограммы 

тока  с  очень  высоким  содержанием  высокочастот-

ной  составляющей,  обеспечивавшей  переход  сум-

марного тока выключателя через нулевое значение 

в  широком  диапазоне  коэффициентов 

K

  (даже  при 

K

 > 0,7÷0,8), что приводило к выводу об отсутствии 

опасности  повреждения  выключателя,  едва  ли  за-

служивающему доверия. Учитывая изложенное, в [1] 

следует  добавить  положения,  которые  разъясня-

ют, нужно или нет принимать во внимание наличие 

в токе составляющих высокой частоты и связанных 

с ними «быстрых» переходов тока через ноль (счита-

ется,  что  вакуумные  выключатели  способны  гасить 

дугу в ноль высокочастотного тока, но вот элегазо-

вым это дается сложнее).

ВЛИЯЮЩИЕ

 

ФАКТОРЫ

При  расчете  процессов  включения  КЛ  и  анализе 

токов  выключателя  главным  является  коэффици-

ент компенсации 

K

, определяемый емкостью линии 

(ее зарядной мощностью) и мощностью подключен-

ных к линии ШР — это показано на рисунке 2. Что 

касается  других  факторов,  то  многие  из  них,  хотя 

и упомянуты в [1], принципиальной роли не играют, 

что продемонстрировано на рисунках 7 и 8.

Из  рисунка  7а  следует,  что  взаимное  располо-

жение фаз, влияющее, в частности, на продольную 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

50

100

150

200

250

300

i

(

t

), А

t

, мс

а)

6 км (K=2,0)
9 км (K=1,3)

12 км (K=1,0)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

50

100

150

200

250

300

i

(

t

), А

t

, мс

сомк.треуг.

ряд 

S

=0.5м

а)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

50

100

150

200

250

300

t

, мс

i

(

t

), А

б)

12 км (

K

=1,0)

18 км (

K

=0,7)

24 км (

K

=0,5)

 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

50

100

150

200

250

300

одностороннее

двустороннее
транспозиция

i

(

t

), А

t

, мс

б)

Рис

. 6. 

Ток

 

выключателя

 

КЛ

 

в

 

схеме

 

рисунка

 1. 

Варьируется

 

длина

 

КЛ

а

менее

 12 

км

 (

> 1); 

б

более

 12 

км

 (

< 1)

Рис

. 7. 

Ток

 

выключателя

 

КЛ

 

в

 

схеме

 

рисунка

 1. 

Варьируется

а

взаимное

 

расположение

 

трех

 

фаз

 

КЛ

б

схема

 

заземления

 

экранов

 

КЛ

КАБЕЛЬНЫЕ 

ЛИНИИ


Page 7
background image

107

индуктивность 

L

КЛ

 [2], не изменяет апериодическую 

составляющую и составляющую 50 Гц. Также на ос-

циллограммы не влияет и схема заземления экранов 

кабелей (рисунок 7б), хотя от нее зависит активное 

сопротивление 

R

КЛ

 [2].

Согласно  рисунку  8  ничего  не  поменяет  и  сме-

на  расположения  ШР  на  линии.  Иногда  полагают, 

что если ШР подключен в конце КЛ, то апериоди-

ческая составляющая тока проходит из сети в ре-

актор вдоль всей трассы линии, и тем самым под-

вергается  дополнительному  затуханию  за  счет 

действия  сопротивления  линии 

R

КЛ

.  Однако  из-за 

большого сечения медной жилы КЛ, сопротивление 

R

КЛ

 в разы меньше активного сопротивления фазы 

реактора, и поэтому затухание апериодической со-

ставляющей определяется самим реактором, а не 

активным сопротивлением КЛ. В частности, на это 

желательно  обратить  внимание  тем,  кто  пытается 

расставлять реакторы на КЛ, руководствуясь п. 5.2 

методики  [1],  где  как  раз  рекомендуется  включать 

линию под напряжение сети таким образом, чтобы 

ШР оказался в ее конце. Данный пункт имеет отно-

шение только лишь к ВЛ, ведь у ВЛ (по сравнению 

с КЛ) в разы выше активное сопротивление (как из-

за материала проводов и их сечения, так и по при-

чине большой протяженности ВЛ, достигающей де-

сятков и сотен км). 

Один  из  факторов,  который  действительно  ока-

зал  бы  влияние  на  получаемые  осциллограммы  — 

это наличие на КЛ короткого замыкания (рисунок 9). 

К  сожалению,  в  существующей  редакции  [1]  такой 

случай для КЛ не является расчетным, хотя согласно 

опыту эксплуатации, накопленному в России за по-

следние годы, включение КЛ 110–500 кВ на КЗ впол-

не возможно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В сетях 110–500 кВ России постепенно расчет чис-

ло протяженных КЛ, а также КЛ, выполняемых сразу 

2–3 кабелями на фазу. Для подобных объектов вста-

ет  вопрос  о  необходимости  компенсации  зарядной 

мощности за счет шунтирующих реакторов. 

В ряде публикаций показано, что в режимах одно-

стороннего  питания  КЛ  от  сети  на  изоляции  КЛ  не 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

50

100

150

200

250

300

ШР в конце

ШР в начале

i

(

t

), А

t

, мс

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

50

100

150

200

250

300

нет КЗ

одноф.КЗ

i

(

t

), А

t

, мс

Рис

. 8. 

Ток

 

выключателя

 

КЛ

 

в

 

схеме

 

рисунка

 1. 

Варьиру

-

ется

 

место

 

подключения

 

ШР

Рис

. 9. 

Ток

 

выключателя

 

КЛ

 

в

 

схеме

 

рисунка

 1. 

Рассмо

-

трен

 

случай

 

без

 

КЗ

 

на

 

КЛ

 

и

 

с

 

ним

возникает  опасных  повышений  напряжения  50  Гц, 

и поэтому размещение реакторов достаточно выпол-

нить  на  шинах  РУ,  а  подключение  реакторов  непо-

средственно к линии не требуется. 

Если  реакторы  все  же  планируется  подключить 

именно к КЛ, а не к шинам, то согласно распоряже-

нию  [1]  следует  провести  серию  расчетов  переход-

ных  процессов,  возникающих  при  коммутациях  КЛ 

с реакторами. При выполнении таких расчетов реко-

мендуется  обратить  внимание  на  соображения,  из-

ложенные в статье. Возможно, некоторые из них по-

сле обсуждения было бы полезно отразить в новой 

редакции методики [1].  

ЛИТЕРАТУРА
1.  Методика  расчета  и  выбора 

средств,  обеспечивающих  от-

ключение  элегазовых  выключа-

телей  при  коммутациях  линий 

электропередачи и сборных шин, 

оснащенных  шунтирующими  ре-

акторами  //  Москва,  ОАО  «ФСК 

ЕЭС», введена приказом № 838р 

в 2012 г.

2.  Дмитриев М.В. Продольные пара-

метры кабельных линий 6–500 кВ 

с однофазными кабелями // ЭЛЕК-

ТРОЭНЕРГИЯ.  Передача  и  рас-

пределение»,  2018,  №  1(46). 

С. 84–90.

3.  Дмитриев  М.В.  Методика  выбо-

ра мероприятий по борьбе с апе-

риодическими  токами  //  Новости 

Электротехники,  2012,  №  5(77). 

С. 62–64.

REFERENCES
1.  The  method  of  calculating  and  se-

lecting  means  to  ensure  gas-insu-

lated circuit breakers opening when 

switching  power  transmission  lines 

and busbars equipped with shunt re-

actors.  Moscow, "FGC UES" PJSC 

Publ., 2012. (in Russian)

2.  Dmitriev M.V. Direct-axis parameters 

of 6-500 kV single-phase cable lines. 

ELEKTROENERGIYa: peredacha 
i raspredelenie 

[ELECTRIC  POW-

ER:  Transmission  and  Distribution], 

2018, no. 1(46), pp. 84-90. (in Rus-

sian)

3.  Dmitriev  M.V.  Methods  for  select-

ing  measures  to  control  aperiodic 

component of current. 

Novosti Elek-

trotekhniki

  [Electrical  engineering 

news],  2012,  no.  5(77),  pp.  62–64. 

(in Russian)

 1 (52) 2019


Читать онлайн

После повреждения на воздушных линиях с шунтирующими реакторами нескольких элегазовых выключателей 500 и 750 кВ, произошедших из-за наличия в токе апериодической составляющей, ПАО «ФСК» в 2012 году выпустило распоряжение № 838р, регламентирующее расчеты процессов на линиях с реакторами и основные способы защиты выключателей. Формально данное распоряжение относится не только к воздушным, но и к кабельным линиям, однако с последними возникает ряд вопросов, ставших поводом для новой статьи.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»