Методика проведення операцій при резонансі PT у 500кВ ГІС станції перетворення

1. Причини резонансу

Підстанція GIS напруги 500 кВ спроектована згідно з принципом “примітивного обладнання із інтелектом та вторинного обладнання у мережі”. Високовольтна сторона PT не має відсічника і безпосередньо підʼєднана до шини GIS. За аналізом діаграм запису аварій, коли відкривається випадковий вимикач 5021, ємність розриву та PT утворюють серійну схему. Крім того, напруга шини, паралельно підʼєднана до індуктивності PT, показує індуктивні характеристики. Ємність стає збудженою, що спричиняє резонанс.

Насичений струм триває більше 1 години 40 хвилин, що призводить до нагріву PT та ризику пошкодження. Еквівалентна схема включає напругу живлення (Es), вимикач (CB), ємність градації розриву (Cs), ємність між шиною та землею (Ce) та опір та індуктивність первинної обмотки PT (Re, Lcu).

Для дослідження причини друга лінія була відключена. Перевірка опору ізоляції PT, опору постійного струму та тиску газу SF₆ не показала аномалій. Оскільки електромагнітний PT є нелінійним індуктором з залізним сердечником, а компоненти обладнання GIS мають ємність, у певних сценаріях LC-серійна схема задовольняє умови резонансу, що призводить до тривалого резонансу.

2. Наукові методи подолання
2.1 Пропозиція рішення

Резонанс PT є типовим для підстанцій GIS напруги 500 кВ. Магнітна проникність феромагнітних матеріалів змінюється разом з зовнішнім магнітним полем: зі збільшенням магнітного поля → зростає магнітна індукція. Після насичення магнітна проникність досягає максимального значення. З подальшим збільшенням магнітна проникність зменшується. Згідно з формулою індукції катушки:

(N — число витків, μ — магнітна проникність, S — еквівалентна площа перерізу магнітного контуру, і l_m — еквівалентна довжина магнітного контуру), число витків та параметри магнітного контуру електромагнітного PT є сталими, і індуктивність має лінійну залежність від магнітної проникності; коли сердечник насичений, магнітна проникність різко знижується, індуктивність стає меншою, показуючи нелінійні характеристики. Якщо в цепі зʼявляється низькочастотна напруга, сердечник PT насичується, еквівалентна індуктивність зменшується, а струм запалювання обмотки зростає на сотні разів, що призводить до резонансного нагріву.

Для резонансу пропонуються наступні рішення:

• Змінити послідовність увімкнення/вимкнення: Коли відключається шина, спочатку відключити PT, а потім шину; при живленні, спочатку зарядити шину, а потім ввести PT в роботу. Це може порушити умови резонансу, але потребує коригування послідовності операцій, і PT повинен бути оснащений відсічником.

• Вилучити ємність розриву вимикача: Це може усунути умови резонансу, але знизить здатність вимикача до переривання.

• Підʼєднати опір демпфування: враховуючи реальні умови, підʼєднати опір демпфування до залишкового набору кабелів PT шини, щоб придуширити наднапругу та надструм резонансу.

2.2 Обробка аварій

PT вхідної лінії підстанції GIS напруги 500 кВ неодноразово відчував резонанс під час відключення, що пошкодило PT та вплинуло на роботу обладнання. Під час відключення вхідної лінії (перехід у теплу резерву → холодну резерву тощо), PT все ще відчував резонанс. Тому були розраховані параметри PT, налаштовано число витків первинної/вторинної обмоток, щоб знизити густину магнітного потоку та змінити індуктивність; було встановлено катушку протирезонансу, та замінено новий PT та PT вхідної лінії. Після спостереження та статистики, резонанс не відчувався на підстанції, і обладнання працювало нормально.

3. Профілактична міра: Встановлення автоматичного обладнання для усунення резонансу

Коли PT шини безпосередньо підʼєднаний до шини GIS, опір PT та опір між шиною та землею не враховуються. Нехай індуктивність PT буде L, а ємність між шиною та землею C; два ці паралельно утворюють імпеданс Z, і формула розрахунку є

Шляхом встановлення автоматичного обладнання для усунення резонансу, резонанс може бути придушений на основі характеристик імпедансу.

Для зменшення впливу резонансу PT на PT вхідної лінії 500 кВ GIS, до залишкових обмоток PT додаються повітряні вимикачі та нелінійні резистори (через координацію з виробниками під час повного відключення) для автоматичного усунення резонансу. Необхіден план надзвичайних ситуацій для аварій резонансу на безнавантажених шинах.

Шини 500 кВ GIS використовують відкрите встановлення; інші пристрої є ізольовані SF₆ (малий простір, висока надійність, інтервали обслуговування понад 20 років, як у проекті Трьох Гірок). Надійні автоматичні устрійства для усунення резонансу (наприклад, LXQ-тип з SiC, компактні та легкі для встановлення; WXZ196 на базі мікропроцесора, високоінтегровані для реального видалення гармонік) можуть запобігти резонансу.

3.2 Вдосконалення правил експлуатації

Для експлуатації 500 кВ GIS:

• Переданаліз: Визначити ризики резонансу PT; прояснити ролі операторів електростанцій та NCS.

• Керування пристроєм: перед вимкненням останнього вимикача, розділити шину. Закрити K1/K2 у коробці PT; на вході станції активувати устрійство усунення резонансу шини (закрити K3, підготувати резистори).

• Спостереження в реальному часі: NCS відстежує вимикачі та напругу шин. Нульова напруга = немає резонансу; коливання напруги = виявлений резонанс.

• Відповідь: Для резонансу закрити K3, щоб включити резистори. Якщо неефективно, відкрити відсічники вимикачів для ручного усунення.

4. Висновок

Під час проектування 500 кВ GIS, моделюйте резонанс PT шин, щоб вибрати стійкі PT (запобігти насиченню сердечника під час комутації). Для існуючого резонансу прийміть цілеспрямовані дії (наприклад, заміна шин та PT), щоб забезпечити безпечну роботу. Ця система “профілактика-експлуатація-проектування” підвищує здатність до протидії резонансу.