Методы снижения коммутационных перенапряжений в ЭСН

Быстрое подключение шунтирующих реакторов

Цель:

Шунтирующие реакторы主要用于补偿长输电线路的电容效应，这可能导致过电压和无功功率问题。它们在连接时还具有减少切换过电压的次要好处，但这通常不是公用事业安装它们的主要原因。并联电抗器的主要目标包括：

• Компенсация емкости: Длинные линии передачи имеют значительную емкость, особенно на уровнях сверхвысокого напряжения (СВН). Эта емкость может вызывать перенапряжения, особенно при небольших нагрузках или когда линия открыта. Шунтирующие реакторы помогают уменьшить эти перенапряжения, предоставляя реактивную нагрузку, которая противодействует емкостным эффектам.

• Уменьшение перенапряжений при коммутации: Хотя это и не основная цель, шунтирующие реакторы также могут уменьшать перенапряжения при коммутации. Когда выключатель открывается или закрывается, могут возникать переходные перенапряжения. Шунтирующие реакторы могут поглощать часть этих переходных процессов, тем самым снижая величину перенапряжений.

Применение:

• Шунтирующие реакторы обычно устанавливаются на подстанциях вдоль длинных линий передачи, особенно в системах СВН, где эффект емкости более выражен.

• Их обычно не добавляют только для уменьшения перенапряжений при коммутации, так как другие меры (например, резисторы при закрытии или управляемое закрытие) более эффективны для этой конкретной цели.

Резисторы при закрытии

Цель:

Резисторы при закрытии используются для ограничения повышения напряжения на приемном конце линии передачи, когда она подключается к сети. Основная цель - поддерживать напряжение в допустимых пределах, обычно около 2 единицы (ед.), чтобы предотвратить повреждение оборудования и обеспечить стабильность системы.

Функционирование:

• При подключении линии передачи внезапный скачок тока может вызвать значительное повышение напряжения на приемном конце, что приводит к условиям перенапряжения.

• Резисторы временно подключаются последовательно с выключателем во время операции закрытия. Они ограничивают начальный скачок тока и гасят любые возникающие переходные процессы, тем самым предотвращая превышение напряжения 2 ед.

• После того, как переходные процессы затухнут, резисторы обходятся, и линия работает нормально.

Преимущества:

• Ограничение напряжения: Поддерживает напряжение на приемном конце в безопасных пределах, защищая оборудование и обеспечивая стабильную работу.

• Подавление переходных процессов: Уменьшает величину перенапряжений при коммутации, что особенно важно в системах СВН.

Последовательное закрытие фаз

Принцип:

Последовательное закрытие фаз включает закрытие отдельных фаз трехфазного выключателя с интервалом в половину периода. Идея состоит в том, чтобы позволить переходным процессам первой фазы затухнуть, прежде чем будет закрыта следующая фаза, тем самым снижая вероятность сильных перенапряжений.

Функционирование:

• В трехфазной системе каждая фаза закрывается последовательно, с задержкой в половину периода (10 мс при 50 Гц или 8,33 мс при 60 Гц) между каждой фазой.

• Посредством последовательного закрытия переходные процессы, генерируемые первой фазой, успевают затухнуть, прежде чем будет подключена следующая фаза. Это уменьшает кумулятивный эффект переходных процессов и минимизирует риск событий перенапряжения.

Преимущества:

• Затухание переходных процессов: Позволяет переходным процессам первой фазы рассеяться, прежде чем будет закрыта следующая фаза, что уменьшает общую степень перенапряжений.

• Упрощенная реализация: Не требует сложных систем управления, что делает его относительно простым и экономически эффективным методом для смягчения перенапряжений.

Арресторы на концах линии

Цель:

Арресторы на концах линии устанавливаются на концах линий передачи для защиты от перенапряжений, вызванных ударом молнии или коммутационными операциями. Они ограничивают перенапряжения в точках, где они установлены, до защитного уровня аррестора.

Функционирование:

• Арресторы предназначены для отвода избыточной энергии от системы, когда перенапряжения превышают определенный порог. Они ограничивают напряжение до безопасного уровня, предотвращая повреждение оборудования и обеспечивая целостность системы передачи.

• Обычно арресторы устанавливаются на обоих концах линии передачи (на отправляющем и приемном терминалах). Однако они ограничивают перенапряжения только в этих конкретных местах и не обеспечивают защиту по всей длине линии.

Преимущества:

• Защита от перенапряжений: Эффективно защищает оборудование на концах линии от перенапряжений, вызванных ударом молнии или коммутацией.

• Целенаправленная защита: Предоставляет фокусированную защиту в критических точках системы без необходимости дополнительного оборудования по всей длине линии.

Управляемое закрытие

Принцип:

Управляемое закрытие - это продвинутая мера по смягчению, которая использует динамический контроллер для анализа дифференциального напряжения на выключателе, прогнозирования будущих минимальных значений напряжения и закрытия выключателя в оптимальный момент, чтобы минимизировать перенапряжения. Весь процесс должен быть завершен менее чем за 0,5 секунды, чтобы быть эффективным.

Функционирование:

• Динамический контроллер постоянно мониторит разницу напряжения на выключателе.

• Он определяет точки минимального напряжения и прогнозирует, когда произойдут будущие минимумы.

• Затем контроллер закрывает выключатель в предсказанной точке минимального напряжения, обеспечивая, чтобы закрытие происходило в период низкого напряжения и минимизируя риск перенапряжения.

• Этот метод требует быстрых и точных алгоритмов управления, а также точного времени, чтобы обеспечить закрытие выключателя в оптимальный момент.

Преимущества:

• Минимизация перенапряжений: Закрывая выключатель в оптимальной точке напряжения, управляемое закрытие значительно уменьшает величину перенапряжений.

• Улучшение стабильности системы: Помогает поддерживать стабильность системы, предотвращая чрезмерные скачки напряжения при подключении линии.

• Продвинутые технологии: Предлагает более сложное и эффективное решение по сравнению с традиционными методами, такими как последовательное закрытие фаз или резисторы при закрытии.

Профиль перенапряжений на длинных линиях СВН

На графике, показывающем профиль перенапряжений на длинной линии СВН, демонстрируется эффективность различных вариантов ограничения перенапряжений. Каждый метод имеет свое влияние на уровни перенапряжений, и выбор метода зависит от конкретных требований системы.

• Быстрое подключение шунтирующих реакторов: Уменьшает перенапряжения, вызванные емкостью линии, и обеспечивает некоторое уменьшение перенапряжений при коммутации.

• Резисторы при закрытии: Ограничивает напряжение на приемном конце до 2 ед., эффективно контролируя перенапряжения при подключении линии.

• Последовательное закрытие фаз: Уменьшает кумулятивный эффект переходных процессов, позволяя им затухать между закрытиями фаз.

• Арресторы на концах линии: Защищает концы линии от перенапряжений, но не обеспечивает защиту по всей длине линии.

• Управляемое закрытие: Минимизирует перенапряжения, закрывая выключатель в оптимальной точке напряжения, предлагая наиболее эффективный контроль над переходными перенапряжениями.

Каждый из этих методов можно использовать индивидуально или в комбинации, чтобы достичь желаемого смягчения перенапряжений на длинных линиях СВН, в зависимости от конкретных потребностей и ограничений системы.