ОБСЛУЖИВАНИЕ ПС (Филатов). Обслуживание электрических подстанций

• Название: Обслуживание электрических подстанций
• Анкор: ОБСЛУЖИВАНИЕ ПС (Филатов).doc
• Дата: 24.04.2017
• Размер: 9.67 Mb.
• Имя файла: ОБСЛУЖИВАНИЕ ПС (Филатов).doc
• Тип: Документы; #3009
• страница: 39 из 44

Глава

10

Предотвращение аварий и отказов в работе оборудования

10.1

Замыкание фазы на землю в сетях, работающих с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов

В трехфазной электрической сети, работающей с изолированной нейтралью, о замыкании фазы на землю узнают по показаниям вольтметров контроля изоляции. Вольтметры подключаются к зажимам основной вторичной обмотки трехфазного трехобмоточного трансформатора напряжения серии НТМИ²⁶, каждая фаза которого имеет отдельный броневой магнитопровод, рассчитанный на длительное повышение индукции. При металлическом замыкании фазы на землю (рис. 10.1, а) обмотка трансформатора напряжения поврежденной фазы сети оказывается замкнутой накоротко и показание ее вольтметра снизится до нуля. Две другие фазы будут находиться под линейным напряжением. Индукция в магнитопроводах этих фаз возрастет в √3 раз, и вольтметры покажут линейные напряжения.

В точке замыкания фазы на землю проходит ток, равный геометрической сумме емкостных токов неповрежденных фаз:



где I_с - ток замыкания на землю, А;

С - емкость сети, Ф;

=2f - угловая частота, с^-1.

Чем протяженнее сеть, тем больше ее емкость и, следовательно, тем больше ток замыкания на землю.

Замыкание фазы на землю не изменяет симметрии линейных напряжений и не нарушает электроснабжения потребителей. Однако опасность замыкания фазы на землю состоит в том, что в месте повреждения обычно возникает перемежающаяся заземляющая дуга, длительное горение которой при большом емкостном токе приводит к тепловому эффекту и значительной ионизации окружающего пространства, что создает благоприятные условия для возникновения междуфазных КЗ. Прерывистый характер горения заземляющей дуги приводит к опасным перенапряжениям (до 3,2U_Ф), распространяющимся по всей сети. Если при этом на отдельных участках сети изоляция окажется пониженной (например, вследствие загрязнения и увлажнения), то дуговые перенапряжения могут привести к междуфазным перекрытиям и аварийным отключениям оборудования. Но даже при отсутствии дуговых перенапряжений само по себе повышение до линейного напряжения двух фаз уже может привести к пробою дефектной изоляции.

Назначение дугогасящих реакторов. Задача эксплуатации состоит в том, чтобы уменьшить ток замыкания на землю и тем самым обеспечить быстрое погасание заземляющей дуги. Для этого необходимо, чтобы емкостные токи замыкания на землю не превышали следующих значений:

Напряжение сети, кВ.......................	6	10	20	35
Емкостный ток, А…………………	30	20	15	10

Эти токи соответствуют требованиям ПТЭ. Однако опыт показывает, что для обеспечения надежного самопогасания дуги в сетях 6 и 10 кВ емкостные токи целесообразно снизить до 20 и 15А соответственно. В случае превышения указанных значений токов в нейтраль обмотки трансформатора включается дугогасящий реактор (рис. 10.1, б), уменьшающий (компенсирующий) емкостный ток через место повреждения до минимальных значений.

Индуктивный ток дугогасящего реактора I_Р возникает в результате воздействия на него напряжения смещения нейтрали U₀=-U_A, появляющегося на нейтрали при замыкании фазы на землю. Ток равен:



где L_P и L_T - индуктивности дугогасящего реактора и трансформатора соответственно, Гн;

U_Ф- фазное напряжение.

С компенсацией емкостных токов воздушные и кабельные сети могут некоторое время работать с замыканием фазы на землю.

Рис. 10.1. Замыкание фазы на землю в сети с изолированной нейтралью (а) и с компенсацией емкостных токов (б):

1 - трансформатор, питающий сеть; 2 - измерительный трансформатор напряжения;

3 - дугогасящий реактор; КV - реле напряжения

Выбор настройки дугогасящих реакторов. При I_P=I_C=0 емкостная составляющая тока в месте замыкания на землю полностью компенсируется индуктивным током реактора - наступает резонанс токов. Дугогасящие реакторы, как правило, имеют резонансную настройку, что облегчает гашение дуги. Отклонение от резонансной настройки называют расстройкой компенсации. На практике допускается настройка с перекомпенсацией (I_P>I_C), если реактивная составляющая тока замыкания на землю не более 5 А, а степень расстройки не превышает 5%. Настройка с недокомпенсацией (I_P<I_C) может применяться в кабельных и воздушных сетях, если любые аварийно возникшие несимметрии емкостей фаз не приводят к появлению напряжения смещения нейтрали, превышающего 0,7U_Ф.

Ток замыкания на землю определяется расстройкой компенсации, активными утечками по изоляции и некомпенсируемыми токами высших гармоник. При резонансной настройке ток замыкания минимален, и, как показывает опыт, перенапряжения в сети не превышают 2,7U_Ф.

При эксплуатации воздушных сетей нередко отступают от резонансной настройки, чтобы устранить искажения фазных напряжений на шинах подстанций, ошибочно принимаемые персоналом за неполные замыкания на землю. Дело в том, что в любой воздушной сети 6-35 кВ всегда имеется несимметрия емкостей фаз относительно земли, которая зависит от расположения проводов на опорах и распределения по фазам конденсаторов связи. Это вызывает появление на нейтрали некоторого напряжения несимметрии U_НС. Степень несимметрии (и₀=U_НС/U_Ф)100 обычно не превышает 1,5%. Для сетей 10 кВ она, например, составляет около 100В и практически в нормальном режиме работы сети не сказывается на показаниях вольтметров, измеряющих напряжения фаз.

Включение в нейтраль дугогасящего реактора существенно изменяет потенциалы нейтрали и проводов сети. На нейтрали появляется напряжение смещения нейтрали U₀, обусловленное наличием в сети несимметрии. Это напряжение будет приложено к выводам дугогасящего реактора. При резонансной настройке напряжение смещения нейтрали может достигнуть значений, соизмеримых с фазным напряжением. Оно приведет к искажению фазных напряжений и даже появлению сигнала "земля в сети", хотя замыкание на землю в это время отсутствует. Расстройкой дугогасящего реактора удается отойти от точки резонанса (колебательный контур образуется индуктивностью реактора и суммарной емкостью фаз сети), снизить напряжение смещения нейтрали и выровнять показания вольтметров. При отсутствии замыкания на землю в сети смещение нейтрали допускается не более 0,15U_Ф. Однако с точки зрения гашения дуги оптимальной все же является резонансная настройка. Всякая расстройка компенсации ведет к увеличению тока, проходящего в месте повреждения в режиме работы сети с замыканием на землю, и поэтому не рекомендуется. При большом смещении нейтрали должны приниматься меры, направленные на снижение несимметрии емкостей в сети. В кабельных сетях применяется исключительно резонансная настройка, так как емкости фаз кабелей симметричны и напряжение несимметрии там практически отсутствует.

Обслуживание дугогасящих реакторов. Ток дугогасящих реакторов различных типов регулируется ручным переключением ответвлений с отключением реактора от сети, плавным изменением зазора в магнитной системе, производимым электродвигательным приводом без отключения реактора от сети, изменением индуктивности реактора подмагничиванием постоянным током без отключения реактора от сети.

В двух последних случаях настройка производится автоматами настройки компенсации (АНК), которые приводят в действие исполнительные элементы регулирования только в нормальном режиме работы, когда в сети отсутствует замыкание на землю.

Автоматизированная нормально компенсированная сеть должна иметь:

- дугогасящие реакторы с ручным переключением ответвлений, предназначенные для компенсации емкостных токов главным образом в базисной части регулирования;

- подстроечные дугогасящие реакторы с плавным изменением тока компенсации без отключения реактора от сети. Регулирование тока должно осуществляться диспетчером с помощью АНК и устройств телемеханики;

- дугогасящие реакторы с автоматическими регуляторами (оптимизаторами) тока компенсации (система АНКЗ), вступающими в работу сразу же после возникновения замыкания на землю и приводящими сеть к режиму резонансной настройки, чтобы ликвидировать дугу в месте повреждения.



Рис. 10.2. Схема подключения дугогасящих реакторов к питающим сеть трансформаторам (а) и к вспомогательным трансформаторам (б)

Перестройка дугогасящих реакторов персоналом подстанций производится по распоряжению диспетчера, выбирающего настройку в связи с предстоящим изменением конфигурации сети. При этом он руководствуется таблицей выбора настройки, составленной для конкретных участков сети на основании результатов измерений токов замыкания на землю, емкостных токов, токов компенсации и напряжений смещения нейтрали сети.

Если реактор перестраивается вручную, то персонал убеждается по сигнальным устройствам в отсутствии замыкания на землю в сети и отключает его разъединителем. После установки и фиксации заданного ответвления реактор подключается разъединителем к сети. Ручное переключение ответвлений без отключения реактора от сети не допускается по условию безопасности, так как в процессе перестройки не исключено возникновение замыкания на землю и появление на реакторе фазного напряжения.



Рис. 10.3. Схема сигнализации замыкания на землю с применением разделительного фильтра (РФ):

1-3 - отходящие кабельные линии

Дугогасящие реакторы устанавливаются на питающих сеть подстанциях и подключаются к нейтралям трансформаторов через разъединители (рис. 10.2, а). При соединении трансформатора по схеме звезда-треугольник реакторы подключают к нейтралям вспомогательных трансформаторов (рис. 10.2, б), в качестве которых наиболее часто используются трансформаторы собственных нужд. Мощность трансформатора собственных нужд выбирается с учетом подключенной к нему нагрузки и индуктивного тока, дополнительно загружающего трансформатор в режиме замыкания сети на землю.

Для перевода реактора с одного трансформатора на другой его сначала отключают разъединителем от нейтрали одного трансформатора, а затем подключают разъединителем к нейтрали другого. Объединять нейтрали трансформаторов через нулевую шину не следует, поскольку при раздельной работе трансформаторов на не связанные между собой участки сети при замыкании на землю в одном из них напряжение на нейтрали U₀ одинаково изменит фазные напряжения на шинах подстанции обоих участков, и установить участок, где произошло замыкание на землю, без отключения трансформатора от сети станет невозможным.

Сигнальные устройства и отыскание замыканий на землю. Выше было указано, что сети с компенсацией емкостных токов могут эксплуатироваться при наличии замыкания на землю. Но так как длительное повышение напряжения на двух фазах и прохождение небольших токов проводимости на землю увеличивают вероятность аварии, а в случае обрыва и падения провода на землю создается опасность для жизни людей и животных, то отыскание и устранение повреждения должны производиться как можно быстрее. О происшедшем в сети замыкании на землю персонал узнает по работе сигнальных устройств, а фаза, получившая соединение с землей, устанавливается по показаниям вольтметров контроля изоляции.

В сигнальном устройстве реле контроля изоляции подключаются к выводам дополнительной вторичной обмотки трансформатора напряжения НТМИ, соединенной по схеме разомкнутого треугольника. При нарушении изоляции фазы на землю на зажимах этой обмотки появляется напряжение нулевой последовательности 3U₀, реле KVсрабатывает и подает сигнал (см. рис. 10.1).

В сетях с компенсацией емкостных токов схемы сигнализации и контроля работы дугогасящих реакторов подключаются либо к трансформатору тока реактора, либо к его сигнальной обмотке.

К сигнальной обмотке реактора подключаются также лампы контроля отсутствия замыкания в сети, устанавливаемые непосредственно у привода разъединителя. Лампы вклю­чаются без предохранителей, и поэтому изоляция их цепей должна обладать достаточной надежностью. Схемы сиг­на­ли­за­ции, как правило, имеют цепи электромагнитной блокировки, запрещающей отключение разъединителей реактора при замыкании на землю.

По полученным сигналам на подстанциях нельзя сразу определить электрическую цепь, на которой произошло замыкание на землю, так как все отходящие линии имеют между собой электрическую связь на шинах. Для определения электрической цепи, имеющей замыкание на землю, пользуются избирательной сигнализацией поврежденных участков, основанной на использовании токов переходного процесса замыкания или токов высших гармоник, источником которых являются нелинейные цепи.

В настоящее время наибольшее распространение на подстанциях, питающих кабельную сеть, получили устройства с разделительным фильтром типов РФ и УСЗ (в стационарном исполнении - УСЗ 2/2; в переносном, применяемом совместно с токоизмерительными клещами, - УСЗ-3). Указанные устройства реагируют на высшие гармоники, содержащиеся в токе 3I₀. Их уровень пропорционален емкостному току сети и в поврежденной линии всегда значительно выше, чем в токах нулевой последовательности неповрежденных. Именно это и служит признаком повреждения на той или другой линии.

Устройство типа РФ работает в диапазоне частот 50 и 150Гц. В компенсированных сетях, как правило, используется диапазон 150Гц. Для контроля уровня высших гармоник на под­станциях для каждой линии составляют таблицы показаний прибора на частоте 150 Гц, снятые в нормальном нагрузочном режиме при отсутствии однофазного замыкания на землю. Эти показания должны систематически про­веряться. С ними сравниваются показания прибора при отыскании поврежденного присоединения. В случае большой недокомпенсации или при отсутствии компенсации в сети прибор переключается на диапазон 50 Гц.

Стационарные устройства устанавливаются на щитах управления или в коридорах распределительных устройств и при помощи кнопок, переключателей или шаговых искателей при появлении в сети замыкания на землю поочередно подключаются персоналом к трансформаторам тока нулевой последовательности (ТТНП), установленным на каждой кабельной линии (рис. 10.3).

Поврежденным считается присоединение, на котором при измерении стрелка прибора отклонится на большее число де­лений, чем при измерениях на всех других присоединениях.

В Мосэнерго разработано и внедрено в эксплуатацию устройство типа КСЗТ-1 (модернизированный вариант КДЗС) автоматического поиска кабельной линии с устойчивым замыканием фазы на землю. Оно путем поочередного измерения на ТТНП определяет кабельную линию с поврежденной изоляцией по максимальному уровню в ней тока высших гармоник. Информация по каналу ТС в виде условного кода передается на диспетчерский пункт, где дешифратором преобразуется в число, составляющее наименование линии.

При отсутствии ТТНП на кабельных линиях для отыскания поврежденного присоединения пользуются токоизмерительными клещами в качестве измерительного трансформатора тока. При замерах устройство УСЗ устанавливается на клещи вместо токосъемного амперметра.

Если устройства избирательной сигнализации на подстанции отсутствуют или не дают желаемых результатов, отыскание поврежденного присоединения производится путем перевода отдельных присоединений с одной системы (сек­ции) шин на другую, работающую без замыкания на землю, или путем деления электрической сети в заранее предусмотренных местах. Эти операции должны производиться таким образом, чтобы при делении сети отдельные ее части были полностью компенсированы. Для отыскания повреждения иногда пользуются поочередным кратковременным отключением линий с включением их в работу от АПВ или вручную.

Одновременно с отысканием места повреждения в сети должны производиться осмотры работающих реакторов и трансформаторов, к нейтралям которых они подключены. Это вызвано тем, что продолжительность непрерывной работы реакторов под током нормируется заводами для отдельных ответвлений от 2 до 8 ч. Если отыскание замыкания на землю затягивается, персонал обязан вести тщательное наблюдение за температурой верхних слоев масла в баке реактора, записывая показания термометра через каждые 30 мин. Максимальное повышение температуры верхних слоев масла при этом допускается до 100°С. Если реакторы установлены на подстанциях, обслуживаемых оперативными выездными бригадами (ОВБ), то после отыскания и отключения повредившейся линии производится осмотр реакторов с записью показаний их термометров и возвращением в исходное положение всех указанных реле и сигнальных устройств.

10.2

Предупреждение отказов в работе выключателей и предотвращение угрозы их повреждения

Выше было сказано, что причинами отказов в работе масляных выключателей часто являются неисправности передаточных механизмов, дефекты приводов и цепей управления, а в работе воздушных выключателей - неисправности клапанных систем, электромагнитов управления и их цепей. Эти повреждения не могут быть выявлены внешним осмотром выключателей без проверки их действия. К сожалению, в последние годы в ряде энергосистем проверке действия приводов не уделяется должного внимания. В результате выключатели долгое время остаются в работе с невыявленными дефектами и в нужный момент отказывают в работе.

В целях профилактики, очевидно, необходимо регулярное опробование работы всех выключателей в межремонтный период путем их однократного дистанционного отключения и включения, а выключателей, находящихся в резерве, - путем дистанционного включения и отключения. Если при дистанционном опробовании будет обнаружен отказ в отключении выключателя, персонал обязан вывести неисправный выключатель в ремонт. Отключение масляного выключателя в этом случае производится вручную воздействием на защелку привода. Если из-за механической неисправности отключение масляного выключателя в распределительном устройстве окажется неуспешным, следует создать схему для разрыва тока в цепи с дефектным выключателем с помощью ШСВ или обходного выключателя.

Аналогичные действия (т.е. создание специальных схем для вывода из работы поврежденного выключателя) должны предприниматься персоналом и при неполнофазном отключении выключателя, а также в том случае, когда отключение выключателя вообще невозможно, например, при пониженном уровне масла в баке масляного выключателя, при повреждении камер воздушного выключателя и т.д. В схемах с двумя системами шин для отключения электрической цепи с помощью ШСВ необходимо снять предохранители в цепи управления выключателя, отключение которого невозможно произвести или нельзя допустить из-за дефекта, включить ШСВ, если он был отключен, перевести все присоединения на одну рабочую систему шин, оставив на другой электрическую цепь с дефектным выключателем, подать на привод ШСВ напряжение оперативного тока и отключить его, отключая тем самым выводимую из работы цепь. После вывода из работы дефектного выключателя отключением его разъединителей в распределительном устройстве восстанавливается нормальная схема.

В схемах с одной или двумя рабочими и обходной системами шин для отключения электрической цепи обходным выключателем необходимо снять предохранители в цепи управления выключателя, отключение которого невозможно произвести или нельзя допустить из-за дефекта, проверить отключенное положение обходного выключателя и включить его разъединители на обходную систему шин, проверить, включены ли шинные разъединители обходного выключателя на ту систему шин, на которую работает электрическая цепь, имеющая дефектный выключатель. В противном случае следует произвести переключение разъединителей обходного выключателя, отключив сначала включенные шинные разъединители, а затем включить его разъединители на другую систему шин, опробовать напряжением обходную систему шин с уставками опробования на защите, отключить обходной выключатель и проверить в распределительном устройстве его отключенное положение, включить разъединители цепи, имеющей дефектный выключатель, на обходную систему шин, включить обходной выключатель и снять с его привода напряжение оперативною тока, проверить включенное положение обходного выключателя и отключить линейные и шинные разъединители цепи с дефектным выключателем.

Затем цепь, выключатель которой выведен из схемы, может быть отключена обходным выключателем или оставлена в работе через обходной выключатель. В последнем случае необходимо после подачи напряжения оперативного тока на привод обходного выключателя включить на нем защиты с уставками, соответствующими уставкам защит данной цепи. Произвести изменения в схеме дифференциальной защиты шин, поскольку обходной выключатель остается в работе вместо выведенного в ремонт выключателя цепи.

В отдельных случаях, например при повреждении фарфоровых деталей или контактной системы воздушного выключателя, когда подача сжатого воздуха в камеру становится невозможной из-за опасности ее разрушения, появляется необходимость вывода из работы воздушного выключателя отключением его линейными и шинными разъединителями, если нет для этого иной возможности. В схемах с двумя системами шин при наличии двух выключателей на цепь вывод из работы поврежденного выключателя может быть произведен при соблюдении следующих условий: приводы разъединителей цепи с поврежденным выключателем должны иметь дистанционное управление, системы шин должны быть соединены развилкой парных выключателей любой другой цепи (лучше двух-трех цепей) помимо развилки цепи, имеющей поврежденный выключатель.

Для вывода выключателя необходимо отключить автоматические выключатели (снять предохранители) в цепи управления поврежденного выключателя, проверить, имеется ли нагрузка на всех фазах неповрежденного выключателя данной электрической цепи, со щита управления дистанционно отключить сначала линейные, а потом шинные разъединители в цепи поврежденного выключателя, снять предохранители в оперативных и силовых цепях приводов отключенных линейных и шинных разъединителей, закрыть вентили в агрегатном шкафу на подаче сжатого воздуха к выключателю и выпустить в атмосферу имеющийся воздух в баках поврежденного выключателя.

Для вывода из работы дефектного выключателя на подстанциях, выполненных по схемам кольцевого типа, необходимо, чтобы кольцо было замкнуто всеми выключателями. Операции отключения разъединителей производятся дистанционно.

Во всех перечисленных выше случаях вывод из схемы выключателей, находящихся во включенном положении, производится отключением разъединителей. Для беспрепятственного проведения таких операций необходимо предварительно выводить из действия оперативную блокировку между выключателем и разъединителями.

10.3

Сокращение числа операций с шинными разъединителями

Опыт эксплуатации показывает, что операции с разъеди­ни­­телями при выполнении переключений являются наиболее от­ветственными. Поломки изоляторов шинных разъединителей приводят к коротким замыканиям с обесточением сборных шин и связаны с опасностью для персонала. Часты полом­ки опорно-стержневых изоляторов серий ОНС. Усиление контроля за состоянием изоляторов, своевременное выявление и незамедлительное принятие мер к замене дефектной изо­ляции наряду с технически обоснованным сокращением чис­ла операций с разъединителями позволяют резко повысить безаварийность работы. Прежде всего, не следует производить операции с разъединителями, имеющими дефекты. При необходимости, в зависимости от характера выявленного дефекта, операции должны выполняться по особому в каждом отдельном случае разрешению главного инженера предприятия электрических сетей (ПЭС).

Для сокращения числа переключений на подстанциях следует заранее планировать выполнение наибольшего объема ремонтных и профилактических работ, которые могут быть выполнены за одно отключение, чтобы избежать повтор­ных отключений оборудования. Необходимо совмещать все виды ремонтных работ на подстанции, линиях электропередачи, в цепях вторичной коммутации. Заявки на вывод в ремонт оборудования и проверку защит должны тщательно прорабатываться, с тем, чтобы уменьшить число операций с шинными разъединителями.

Перед выводом в ремонт сборных шин должны быть выявлены измерениями дефектные изоляторы шинных разъединителей для замены их в предстоящее отключение.

Большое число операций с шинными разъединителями производится при включении под напряжение (или для фазировки) нового и вышедшего из капитального ремонта оборудования. При этом, как правило, освобождается одна система сборных шин путем традиционного перевода электрических цепей при помощи шинных разъединителей. Вместе с тем для такого рода работ бывает достаточным отключение системы шин выключателями работающих на нее электрических цепей и снятие с приводов выключателей оперативного тока, если это допустимо по режиму работы подстанции и электрической сети. Не обязательно при этом отключение и шинных разъединителей ШСВ, если в этом нет необходимости по условию безопасности работ. Например, при фазировке отключенное положение ШСВ достаточно фиксировать снятием напряжения оперативного тока с привода.

Переводы электрических цепей с одной системы шин на дру­гую целесообразно производить с предварительным отклю­­чением выключателей, если это допустимо по режиму работы. После отключения выключателя отключают шинные разъединители электрической цепи с одной системы шин и вклю­чают на другую. В этом случае при поломке шинного разъединителя и возникновении короткого замыкания лишит­ся напряжения лишь одна система шин, другая сохранится в работе.

10.4

Недопустимость схем последовательного соединения делительных конденсаторов воздушных выключателей с трансформаторами напряжения серии НКФ

Феррорезонансный контур. В цепях, содержащих после­довательно включенные емкость и индуктивность со сталью, могут возникнуть феррорезонансные процессы. Рассмот­рим явление феррорезонанса в простейшей схеме на рис. 10.4, а. Зависимость напряжений на элементах схемы от тока пред­ставлена вольтамперными характеристиками на рис. 10.4, б. Вольтамперная характеристика нелинейной индуктив­ности U_L=f(I) изображена кривой А, линейной емкости U_C=(1/c)I - прямой Б и активного сопротивления (U_R=RI) – пря­­мой В. Результирующая вольтамперная характеристика схе­мы изображена кривой Г. Ордината каждой ее точки полу­че­­на геометрическим суммированием ординат кривых А, Б и В. При относительно малом активном сопротивлении в цепи результирующая кривая Г имеет падающий участок 2-3. С уве­личением R этот участок исчезает.

Если в представленном контуре плавно увеличивать напряжение источника ЭДС, начиная с нуля, то каждому значению напряжения U_n на результирующей кривой будет соответствовать своя точка (назовем ее точкой п), которая будет пере­мещаться от точки О к точке 2, соответствующей напряжению U₂ и току I₂. Если и дальше повышать напряжение, точ­ка п, минуя участок кривой 2-3-4, так как он соответствует меньшему значению напряжения, чем U₂, сразу переместится в точку 4, что приведет к скачкообразному повышению тока в це­пи до значения I₄, при этом резко изменится угол сдвига фаз между током и общим напряжением: в точке 2 C_L2>U_C2 и ток отстает от напряжения, в точке 4 U_C4>U_L4 и ток опережает напряжение²⁷. Кроме того, в момент скачка тока сильно возрастает напряжение на емкости и индуктивности.

Если теперь плавно снижать напряжение источника ЭДС, то при достижении им значения U₁ ток в цепи сначала плавно от I₄ до I₃, а затем скачком уменьшится от I₃ до I₁.

Таким образом, в последовательной феррорезонансной цепи может возникнуть явление резкого изменения тока при небольшом изменении напряжения на входе цени, а также при изменении значения емкости или параметров катушки со стальным сердечником.

Образование феррорезонансных схем при переключениях. На подстанциях напряжением 220кВ и выше при опе­ратив­ных переключениях могут образовываться различные последовательные или последовательно-параллельные схе­­мы соединения индуктивности трансформатора напряжения серии НКФ и активного сопротивления его обмоток с емкостью шин и конденсаторов, шунтирующих контактные разры­вы воздушных выключателей серий ВВН, ВВБ, ВНВ, ВВД, ВВ и др. В зависимости от соотношений между реактивными элементами в контуре могут возникнуть опасные феррорезонансные явления, при этом на шинах могут появиться повышенные напряжения, а по обмотке ВН трансформатора напря­жения серии НКФ будут проходить недопустимые по значе­нию токи, что на практике может привести к повреждению изоляции обмотокёи даже пожару трансформаторов напряжения.

Приведем примеры. На подстанции выводилась в ремонт I система сборных шин 220кВ. Когда от этой системы шин с трансформатором напряжения серии НКФ были отключены воздушные выключатели всех электрических цепей и шины остались соединенными с источником питания пятью параллельными емкостными цепочками шунтирующих конденсаторов типа ДМР-55-0,0033, в схеме возник феррорезонанс, при котором напряжение на I системе шин повысилось до 300кВ, а по обмоткам ВН трансформатора напряжения се­рии НКФ в течение нескольких десятков минут проходил опасный ток. Был замечен белый дым, выходивший из трансформатора напряжения. После отключения и вскрытия транс­фор­матора напряжения было обнаружено тепловое разрушение обмоток ВН.

Рис. 10.4. Последовательная феррорезонансная цепь:

а - принципиальная схема;

б - вольтамперные характеристики элементов

Феррорезонансные процессы имели место и при автоматических отключениях, например, при действии УРОВ. На одной подстанции при КЗ на линии и неполнофазном отключении ее воздушного выключателя УРОВ была обесточена система шин 220 кВ с трансформатором напряжения серии НКФ. Через емкостные делители контактных разрывов четырех выключателей (трех типа ВВБ-220 и одного типа ВВН-220) образовалась последовательная цепь из емкостей и индуктивности трансформатора напряжения, в которой возник феррорезонансный процесс, сопровождающийся значительным повышением напряжения на шинах, что было замечено по щитовым приборам. От прохождения опасного тока по обмоткам ВН трансформатора напряжения серии НКФ одна фаза его взорвалась.

Рис. 10.5. Образование феррорезонансного контура при отключении автотрансформатора:

а - положения коммутационных аппаратов; б - электрические элементы контура; в – схема замещения

На подстанциях, имеющих схемы, выполненные много­угольником, также неоднократно наблюдались ферро­резо­нансные явления. Схема подстанции 500 кВ пред­став­ля­ла собой шестиугольник с одной электрической цепью в каждом его узле (рис. 10.5, а). В узле А присоединения авто­транс­фор­ма­тора Т1 был жестко подключен транс­форматор на­пряже­ния типа НКФ-500. Автотрансформатор Т1 был выведен в ре­монт отключением выключателей Q1, Q2 и разъединителей QS3. Трансформатор напряжения в узле А остался под­клю­чен­ным через емкости, шунтирующие разомк­нутые контакты от­делителей воздушных вы­ключа­телей Q1 и Q2 (рис. 10.5, б). По про­шествии некоторого времени было замечено сильное коронирование на трансформаторе напряжения и появление ды­ма из его нижних каскадов. Трансформатор напряжения типа НКФ-500 был выведен в ремонт. При вскрытии нижнего его каскада было обнаружено разрушение витковой и слое­вой изоляции, а также спекание проводов обмотки ВН. Тепловой характер разрушения изоляции свидетельствовал о дли­тельном прохождении тока до 0,3 А, плотность которого в тонкой первичной обмотке трансформатора напряжения пре­высила плотность тока плавления провода.

Последовательность операций, исключающая феррорезонансные процессы. Для предотвращения феррорезонансных явлений в схемах подстанций напряжением 220 кВ и выше оперативные переключения следует производить в такой последовательности, при которой не создавались бы схемы последовательного соединения делительных конденсаторов воздушных выключателей с трансформаторами напряжения серии НКФ. На подстанциях, где трансформаторы напряжения имеют разъединители, при выводе в ремонт системы шин (узла электрической цепи) с трансформатором напряжения серии НКФ его разъединители следует отключать перед отключением выключателя последнего присоединения, питающего шины или узел. При вводе в работу системы шин или узла электрической цепи разъединители трансформатора напряжения следует включать лишь после включения под рабочее напряжение этой системы шин или узла схемы.

На случай отключения выключателей от системы шин с трансформатором напряжения серии НКФ действием УРОВ необходимо предусматривать АПВ одной любой отключен­ной со всех сторон электрической цепи для того, чтобы рас­строить возможный феррорезонансный контур.

Широко практикуется запрет на отключение вы­ключа­теля одного из силовых трансформаторов при срабатывании дифференциальной защиты шин. Ее действием при КЗ на ши­нах высшего напряжения отключаются выключатели транс­форма­тора лишь со стороны среднего и низшего напряжений.

Если трансформатор напряжения серии НКФ не имеет разъединителей, то ввод в работу системы шин, а также вывод из работы системы шин или узла электрической цепи с присоединенным трансформатором напряжения серии НКФ должны производиться шинными или узловыми разъединителями при включенном воздушном выключателе одной из электрических цепей, который соответственно первым включается или последним отключается. При этом необходимо каждый раз деблокировать блокировку между выключателем и разъединителями. Это действие специально оговаривается в местной инструкции по производству переключений. Порядок деблокирования и ввода блокировки в работу указывается в бланке переключений. Последовательность операций при включении всех последующих, а также при отключении предпоследних электрических цепей производится обычным порядком.

Сказанное поясним на примере схемы рис. 10.5 с тем условием, что после вывода автотрансформатора из работы по соображениям надежности замкнем схему шестиугольника. Последовательность операций при выводе из работы автотрансформатора должна быть следующей: после отключения выключателей Т1 со стороны низших напряжений первыми отключают воздушные выключатели Q1, Q2 и разъединители QS1, QS2 и последним QS3. Для замыкания шестиугольника без автотрансформатора сначала включают воздушный выключатель Q1, а затем разъединители QS1 и QS2. Включением воздушного выключателя Q2 замыкают схему шестиугольника.

Последовательность операций при вводе в работу автотрансформатора после ремонта должна быть следующей: отключают воздушный выключатель Q2 (размыкается шестиугольник), отключают разъединители QS2, QS1 и воздушный выключатель Q1, включают разъединители QS3, а затем QS1 и QS2, включают воздушные выключатели Q1 и Q2 (замыкается шестиугольник), далее включают Т1 под нагрузку со стороны низших напряжений.

Смысл указанной последовательности операций очевиден: при отключенных выключателях Q1 и Q2 к узлу А помимо трансформатора напряжения должен быть приключен автотрансформатор, индуктивность которого расстраивает резонансный контур.

В настоящее время ведутся разработки устройств борьбы с феррорезонансом. Так, например, СКТБ ВКТ Мосэнерго разработано и передано в опытную эксплуатацию устройство подавления феррорезонанса типа УПФ-220. Оно подключается к вторичным обмоткам (соединенным по схеме разомкнутого треугольника) трансформатора напряжения серии НКФ и путем кратковременного шунтирования вторичных обмоток с помощью тиристоров в момент появления феррорезонанса изменяет электрические и магнитные параметры трансформатора напряжения, что и приводит к подавлению феррорезонансных явлений. Блоки управления тиристорами вводятся в работу вручную перед началом оперативных переключений в РУ, а также автоматически от выходных реле ДЗШ и УРОВ при их срабатывании.

10.5

Предупреждение аварий по вине оперативного персонала

При переключениях на подстанциях иногда допускаются ошибки по вине оперативного персонала. Ошибки эти нередко приводят к крупным авариям. Те, кто совершает аварии, потом с трудом припоминают мотивы, побудившие их к ошибочным действиям. Однако анализы многих аварий показали, что ошибки возникают вследствие нарушений оперативной дисциплины, а также являются результатом сложной нервной деятельности оперативного персонала, его поведения при работе в особых условиях. Особенность условий работы оперативного персонала заключается в том, что переключения выполняются в электрических распределительных устройствах, где много внешне одинаковых ячеек, оборудование которых может в одно и то же время находиться в работе, в ремонте, в резерве и оставаться при этом полностью или частично под высоким напряжением. При некотором стечении обстоятельств вероятность принять один элемент оборудования за другой очень велика. Поэтому окружающая обстановка и сам характер оперативной работы требуют от персонала осмотрительности, хорошей памяти и безукоризненного соблюдения оперативной дисциплины.

Оперативная дисциплина - это строгое и точное соблюдение персоналом определенного порядка при переключениях и правил поведения на рабочем месте, установленных правилами технической эксплуатации и техники безопасности, должностными положениями и инструкциями. Оперативная дисциплина - одно из непременных условий нормальной работы электроустановок и энергосистем. Благодаря ей, действия персонала при переключениях принимают упорядоченный характер, что обеспечивает нормальное функционирование электроустановок.

Оперативная дисциплина основывается на понимании каждым оперативным работником своего долга и личной ответственности. Когда эти чувства перестают быть внутренними пружинами действий человека, возникают разного рода отклонения в поведении, которые приводят к нарушениям существующих порядков и правил.

К основным нервным (психофизиологическим) факторам, способствующим безошибочной работе оперативного персонала, следует отнести внимание и самонаблюдение.

Внимание - сложное психическое явление, выражающееся в избирательности восприятия, направленности сознания на определенный объект. Оно возникает и развивается в связи с какой-либо деятельностью, проводимой на объекте, и является необходимым условием ее сознательного осуществления. Сосредоточение внимания проявляется в большей или меньшей углубленности в работу. Чем больше концентрируется сознание на главном, чем меньше отвлечение второстепенными деталями, тем меньше допускается ошибок.

Самонаблюдение (или самоконтроль) - это наблюдение, объектом которого являются психическое состояние и действия самого же наблюдающего лица. Оно контролируется сознанием и является одним из условий безошибочной работы. Надо наблюдать за своим поведением, запоминать и оценивать свои действия. Иначе нельзя сдержать себя от ошибки, если не видеть, как выходишь за рамки дозволенных действий.

В практической работе оба эти фактора (внимание и самонаблюдение) часто проявляются совместно. Невнимательность и отсутствие самоконтроля приводят к ошибкам. В качестве примера приведем описание одной из них. На ответвительной двухтрансформаторной подстанции нужно было отключить отделители 110 кВ трансформатора Т1, предварительно отключенного выключателями со стороны обмоток низшего напряжения. Эта операция была выполнена дистанционно поворотом ключа на щите управления. Дня проверки отключенного положения отделителей дежурный пришел на открытую часть. Не обратив внимания на надпись, он ошибочно вошел в ячейку другого трансформатора - Т2. Увидев, что отделители его включены, и не разобравшись, что находится он в ячейке трансформатора Т2, дежурный возвратился на щит управления и ключом попытался повторно подать импульс на отключение отделителей трансформатора Т1.При повторной проверке отключенного положения отделителей трансформатора Т1 на открытой части дежурный опять вошел в ячейку трансформатора Т2. Обнаружив, что отделители трансформатора включены, он нарушил блокировку и с места отключил отделители трансформатора Т2 под нагрузкой!

Нетрудно заметить, что здесь все решали внимание и самоконтроль. Стоило им ослабеть, и оператор совершил оплошность, просчет, которые привели к аварии.

Оперативное действие - это результат проявления физической деятельности и мышления персонала. Объектами действий являются элементы схем первичной и вторичной коммутации - выключатели, разъединители, заземляющие устройства, приводы, аппаратура вторичных цепей и т.д. При переключениях на них направляется содержание мыслей персонала, все его движения, каждое из которых связывается с поставленной задачей в определенной последовательности. Внимание и самонаблюдение играют при этом решающую роль: они организуют и направляют действия персонала, оберегая его от ошибок. Правильные действия (действия, соответствующие установленному порядку) всегда определяются целью и совершаются под контролем сознания, при этом персонал выбирает наиболее целесообразные движения, стремится сократить время и трудоемкость операций. Неосознанные действия в лучшем случае бесполезны, в худшем приводят к ошибкам, являющимся источником аварий и несчастных случаев с людьми.

Оперативные действия - это и реально проводимые операции с оборудованием, и проверки, информирующие персонал о благополучном завершении операций. Необходимость проверок связана с тем, что пока не существует безотказно работающих аппаратов. При неисправностях возможны отказы в четкой работе, как самих аппаратов, так и устройств управления ими. Проверки осуществляются путем непосредственных визуальных наблюдений аппаратов, по показаниям различных сигнальных систем, измерительных приборов и т.д.

Учитывая сказанное, можно прийти к следующему выводу: чтобы избежать ошибок в процессе переключений, оперативному персоналу следует быть дисциплинированным, предельно внимательным, наблюдать за своим поведением и своевременно оценивать свои действия. Необходимо также помнить, что каждая операция, проводимая с оборудованием, и проверка ее исполнения - два понятия, взаимно дополняющие друг друга.