Сверхвысоких напряжениях

С целью передачи электроэнергии в центральные районы страны с меньшими потерями осуществляется строительство уникальных линий электропередачи сверхвысоких напряжений. Так, к концу 80-х годов будет введена в действие первая очередь линии электропередачи постоянного тока напряжением 1500 кВ Сибирь — Казахстан — Урал и линия электропередачи переменного тока напряжением 1150 кВ Экибастуз — Центр.

528. Для измерения сверхвысоких напряжений используется электростатический искровой вольтметр, в котором напряжение подводится к двум металлическим шарам. По расстоянию между шарами, при котором возникает искра, определяют напряжение, причем напряжение возникновения искры прямо пропорционально квадрату расстояния между шарами. На каком расстоянии возникает искра при напряжении 10; 50; 100 кВ, если при напряжении 20 кВ искра возникает на расстоянии 5 мм?

мышленной частоты защищаемых элементов. Иногда, однако, оказывается целесообразным применять электрические величины волновых процессов, гармонические, колебательные (знакопеременные) и апериодические составляющие переходного режима, а также наложенные токи повышенной, пониженной частоты и наложенный постоянный ток. Так, например, для осуществления защиты, линий сверхвысоких напряжений от КЗ в разработках ЭНИН используются электрические величины при волновых процессах, возникающих в момент появления повреждения [59].

может предотвращать возникновение недопустимых внутренних перенапряжений на электропередачах сверхвысоких напряжений.

В системах сверхвысоких напряжений иногда требуется иметь ^«0,06-^0,08 с. При, например, ^в~0,05 с на долю релейной защиты в этих случаях остается f3=0,02-=--i-0,04 с; могут быть целесообразны и меньшие t3, что при современной технике достижимо. В других, менее тяжелых случаях по технико-экономическим соображениям допустимо использовать защиты с большими временами t3. Большое значение имеет также быстрый возврат защит линий, необходимый для обеспечения их готовности к срабатыванию в случае вновь возникшего повреждения.

вопрос о вероятности появления значительных апериодических слагающих, которые могут возникать в цепях с преобладающей индуктивностью только в моменты КЗ с малыми значениями мгновенных напряжений, что в системах сверхвысоких напряжений маловероятно. Следует также Отметить выявившиеся затруднения использования ТА с немагнитным зазором для защит с несколькими группами ТА разного типа (с зазором и без зазора). Поэтому рассматриваемый вопрос требует дальнейшего уточнения. Возможным путем улучшения работы ТА в переходных режимах является использование быстродействующих защит, работающих в самом начале возникновения КЗ в доли четверти периода промышленной частоты, когда электромагнитные ТА работают в линейном режиме (насыщение не началось). Способ был предложен за рубежом применительно к защитам на микроэлектронной элементной базе. У нас пока не реализован.

Оптико-электронные 'ТА. Вариант такого ТА с использованием магнито-оптического эффекта Фарадея [41] был предложен в ВЭИ (Г. В. Голодолинский) еще в начале 60-х годов. Его основу представляет ( 3.13,а) преобразование светового сигнала монохроматического источника света ИС, находящегося на потенциале земли, в новый световой сигнал с помощью магнитооптического модулятора Фарадея MOM. Последний установлен на высоком потенциале провода с током и находится под воздействием магнитного поля последнего. Сигнал от ИС передается на MOM по оптико-волоконному (из стекловолокна) каналу OKI и возвращается обратно на потенциал земли к оптико-электронному преобразователю ОЭП по второму такому же каналу ОК,2. На выходе ОЭП формируется электрический сигнал, несущий информацию о первичном токе, которая может использоваться и для измерительной части защиты. На базе разработок ЛПИ, НИИПТ, завода «Электроаппарат» (г. Ленинград) были в свое время выпущены пробные образцы ТА на рассматриваемом принципе, которые должны были быть конкурентоспособны с громоздким, материалоемким электромагнитным ТА. Однако их весьма ограниченные мощности, сложность выполнения, неподготовленность элементной базы защиты не дали возможности внедрения их в эксплуатацию. В настоящее время, при широком применении микроэлектроники, вопрос о целесообразности для сверхвысоких напряжений использования ОЭТА вновь может оказаться актуальным. При этом внимание разработчиков привлекает другой вариант выполнения таких ТА, в котором источник питания также находится на потенциале провода. Структурная схема такого ТА приведена на 3.13,6. В состав ТА входят ИП тока ИПТ на основе, например, обычного ТА, электрооптический преобразователь ЭОП, оптический канал связи О/С и оптико-

обеспечивает естественную отстройку от апериодических слагающих в токе 1\ и снятие затруднений с выбором сечений соединительных проводов. Однако для высоких и сверхвысоких напряжений TAV распространения не подучили из-за их громоздкости, возможных технологических затруднений в изготовлении и присоединении нескольких нагрузок. Для установок напряжением до 6—10 кВ [43] нашли применение TAV с использованием ферритовых магнитопроводов. Трансформаторы тока, работающие в режиме TAV, применяются для выполнения простых и дешевых магнитных ИП, являющихся разновидностью магнитных зондов.

ются на сборные шины или ошиновки, соединяющие между собой несколько элементов, и применяются одновременно для защит всех их присоединений. Исключением является, например, питание цепей напряжения защит линий сверхвысоких напряжений. Оно осуществляется от емкостных TV, для которых используются конденсаторы связи высокочастотных каналов связи по проводам линий. Очевидно, для защиты необходимо иметь эти емкостные TV на всех трех фазах.

несколько меньшее значение, чем для III ступеней, так как практически отсутствует погрешность в выдержке времени предыдущей защиты, не имеющей выдержки времени. С другой стороны, для сетей с ?/ном^110 кВ часто приходится учитывать typos, на которые (УРОВ) действуют предыдущие защиты. Поэтому tu часто составляет примерно 0,5 с (в сетях сверхвысоких напряжений меньше).

Первая разработанная в СРЗиУ ТЭП (А. Б. Барзамом) схема обеспечивает готовность к повторному действию без замедления после ликвидации причин действия. Однако она может давать защите возможность излишне срабатывать при неуспешном действии АПВ на смежных участках сети (когда повторное включение происходит на неустраненное повреждение) и успевшем к этому моменту возникнуть опасном расхождении фаз ЭДС генераторов. Примеры этому приведены, например, в работах В. А. Семенова (ЦДУ СССР). Поэтому в настоящее время признан более целесообразным вариант схемы, разработанной в том же СРЗиУ ТЭП Г. И. Атабековым и Я- М. Смородин-ским. В этой схеме готовность к повторному действию защиты происходит через время, большее максимальных выдержек времени защит сети (с учетом действия АПВ). Это мероприятие устраняет недостаток первой схемы, но может существенно задержать срабатывание защиты при повторном КЗ уже на защищаемом участке. Этот недостаток считается допустимым, если линия имеет основную быстродействующую защиту, не требующую блокировок от качаний. Так часто и выполняются блокировки дистанционных защит сети с ?/НОм^220 кВ. В новых дистанционных защитах, разработанных ВНИИР для сетей высоких и сверхвысоких напряжений [15], рассмотренный недостаток второго варианта частично устраняется дополнительным, более грубым пусковым органом аварийных слагающих, отстроенным от внешних КЗ. Он разработан и введен в практику ВНИИР [15].

Как уже указывалось выше, на практике, как правило, пока широко применяются электромагнитные ИП — ТА. Они выполняются на все номинальные напряжения, выдают информацию о первичном токе в аналоговой форме, имеют одну первичную и одну, две или более вторичных обмоток, каждая из которых должна располагаться на отдельном магнитопроводе, хотя номинальный коэффициент трансформации у всех у них одинаков. Номинальные вторичные токи — 5 или 1 А (последний — обычно при сверхвысоких напряжениях, когда имеются большие расстояния между местом установки устройств защиты и ИП и необходимо снижение потерь мощности в соединительных проводах, пропорциональных '1\). С той же, в частности, целью в зарубежной практике используются шунты-резисторы, включаемые на зажимы вторичных обмоток ТА, с которых берется часть напряжения, пропорциональная /2, для передачи информации по соединительным проводам. Используются также ТА, встроенные во втулки со стороны высшего напряжения трансформаторов (автотрансформаторов) и во втулки масляных выключателей

Выносные ТА наиболее часто включаются за выключателями в сторону защищаемого элемента ( 3.27,6). Для исключения незащищенных точек дифференциальные защиты секций шин напряжением 6—10 кВ используют ТА, включаемые на стороне вне защищаемой секции ( 3.27, в). Для элементов напряжением НО—220 кВ и особенно при сверхвысоких напряжениях ТА с двух сторон выключателей в целях экономии не устанавливаются. Тогда появляются места, при КЗ в которых защиты данной электроустановки не могут их ликвидировать (см., например, 3.27, г). Ликвидация таких КЗ осуществляется устройствами, работающими при отказах выключателей (УРОВ, см. гл. 15) и выполняющими дополнительно и рассматриваемую задачу.

ствия. Выполнение надежных, чувствительных органов тока встретило ряд затруднений. В основу выпускаемых промышленностью органов тока легла разработка ЭСП (Е. В. Лысенко). Они выпускаются трехфазными для линий, не имеющих однофазного отключения и последующего автоматического включения линии (ОАПВ), или однофазными при наличии последнего, когда защиты линии действуют на отключение через избирательные органы ОАПВ. Для большей надежности при сверхвысоких напряжениях принято применять удвоенное число органов тока, действующих по схеме И. В Советском Союзе основные разработки по УРОВ были выполнены большим коллективом работников СРЗиУ ТЭП и ЭСП. Из зарубежных работ в этом направлении следует назвать работы Варрингтона (Великобритания). В настоящее время промышленностью с учетом приведенных и ряда других соображений (см., например, [70]) выпускаются индивидуальные УРОВ с использованием схемы на 15.3 и централизованные для более низких напряжений с использованием схемы на 15.2.

Электронные вакуумные лампы продолжительное время были практически единственными электронными приборами, позволяющими усиливать электрические сигналы, преобразовывать их из одного вида в другой. В 60-е годы положение изменилось — появились и быстро заняли ведущую роль в электронике разнообразные полупроводниковые приборы, приведшие в 70-е годы к полупроводниковой микроэлектронике. Микроэлектронные функциональные элементы и узлы, выпускаемые в широком ассортименте, сделали нецелесообразным изготовление аппаратуры из отдельных электронных приборов и практически вытеснили их из всех сфер применения, за небольшим исключением: аппаратуру, работающую при больших мощностях, высоких и сверхвысоких напряжениях, больших температурах (выше 300 °С), в условиях повышенной радиации, пока можно выполнять только на электронных лампах.

Как уже отмечалось ранее, сейчас ведутся работы по созданию кабелей с газовой изоляцией под давлением. Принципиально такой кабель устроен следующим образом,. В стальной трубе на распорках из твердого диэлектрика закреплена токоведущая жила (или три жилы). Линия собирается из отрезков таких труб и заполняется высокопрочным газом — элегазом под давлением. Такие кабели имеют ряд преимуществ: сравнительно простую конструкцию; малые диэлектрические потери; характерную для внешней изоляции способность к восстановлению электрической прочности после случайного пробоя; малую емкость на единицу длины. Расчеты показывают, что такие кабели будут особенно эффективны при сверхвысоких напряжениях (750—1150 кВ) и могут оказаться экономически более выгодными, чем воздушные линии электропередачи.

Основными особенностями КЭС являются: удаленность от потребителей электроэнергии, что определяет в основном выдачу мощности на высоких и сверхвысоких напряжениях, и блочный принцип построения электростанции. Мощность современных КЭС обычно такова, что каждая из них может обеспечить электроэнергией крупный район страны. Отсюда еще одно название электростанций этого типа — государственная районная электрическая станция (ГРЭС).

В электрической части ГЭС во многом подобны конденсационным электростанциям. Как и КЭС, гидроэлектростанции обычно удалены от центров потребления, так как место их строительства определяется в основном природными условиями. Поэтому электроэнергия, вырабатываемая ГЭС, выдается на высоких и сверхвысоких напряжениях (110 — 500 кВ). Отличительной особенностью ГЭС является небольшое потребление электроэнергии на собственные нужды, которое обычно в несколько раз меньше, чем на ТЭС. Это объясняется отсутствием на ГЭС крупных механизмов в системе собственных нужд.

конденсационные, снабжающие потребителей только электроэнергией, по принципу работы соответствуют ГРЭС, но удалены от потребителей электроэнергии. Они передают вырабатываемую мощность на высоких и сверхвысоких напряжениях. В отечественной энергетике на долю КЭС приходится до 60% выработки электроэнергии;

Как уже указывалось выше, на практике, как правило, пока широко применяются электромагнитные ИП — ТА. Они выполняются на все номинальные напряжения, выдают информацию о первичном токе в аналоговой форме, имеют одну первичную и одну, две или более вторичных обмоток, каждая из которых должна располагаться на отдельном магнитопроводе, хотя номинальный коэффициент трансформации у всех у них одинаков. Номинальные вторичные токи — 5 или 1 А (последний — обычно при сверхвысоких напряжениях, когда имеются большие расстояния между местом установки устройств защиты и ИП и необходимо снижение потерь мощности в соединительных проводах, пропорциональных l\). С той же, в частности, целью в зарубежной практике используются шунты-резисторы, включаемые на зажимы вторичных обмоток ТА, с которых берется часть напряжения, пропорциональная /2, для передачи информации по соединительным проводам. Используются гакже ТА, встроенные во втулки со стороны высшего напряжения трансформаторов (автотрансформаторов) и во втулки масляных выключателей

Выносные ТА наиболее часто включаются за выключателями в сторону защищаемого элемента ( 3.27,6). Для исключения незащищенных точек дифференциальные защиты секций шин напряжением 6—10 кВ используют ТА, включаемые на стороне вне защищаемой секции ( 3.27, в). Для элементов напряжением ПО—220 кВ и особенно при сверхвысоких напряжениях ТА с двух сторон выключателей в целях экономии не устанавливаются. Тогда появляются места, при КЗ в которых защиты данной электроустановки не могут их ликвидировать (см., например, 3.27, г). Ликвидация таких КЗ осуществляется устройствами, работающими при отказах выключателей (УРОВ, см. гл. 15) и выполняющими дополнительно и рассматриваемую задачу.

ствия. Выполнение надежных, чувствительных органов тока встретило ряд затруднений. В основу выпускаемых промышленностью органов тока легла разработка ЭСП (Е. В. Лысенко). Они выпускаются трехфазными для линий, не имеющих однофазного отключения и последующего автоматического включения линии (ОАПВ), или однофазными при наличии последнего, когда защиты линии действуют на отключение через избирательные органы ОАПВ. Для большей надежности при сверхвысоких напряжениях принято применять удвоенное число органов тока, действующих по схеме И. В Советском Союзе основные разработки по УРОВ были выполнены большим коллективом работников СРЗиУ ТЭП и ЭСП. Из зарубежных работ в этом направлении следует назвать работы Варрингтона (Великобритания). В настоящее время промышленностью с учетом приведенных и ряда других соображений (см., например, [70]) выпускаются индивидуальные УРОВ с использованием схемы на 15.3 и централизованные для более низких напряжений с использованием схемы на 15.2.