Линейная автоматика

1. Линейная Автоматика

1

2. Автоматическое повторное включение (АПВ)

ТАПВ – Трехфазное АПВ
ОАПВ – Однофазное АПВ
БАПВ – Быстродействующее АПВ
АПВНН – с проверкой наличия напряжения
АПВОС – с ожиданием синхронизма
АПВУС – с улавливанием синхронизма
и т.д. …
2

3. Схема

570; 68,4
3*АС-500
Братский ПП
500кВ
IV
II
3*АС-330;255,7,5;2*АС-500;1,5
ДЗШ
ДЗШТ
VI
571
ДЗШ
ДЗШТ
570
571; 257,2; *
ДЗШ
ДЗШТ
ДЗШ
ДЗШТ
БРАТСКАЯ ГЭС
4500
II
2Р/3х60
АЛАРр
501
АЛАРо
АЛАРр
АЛАРд
560
502
572
АЛАРо
АЛАРр
АЛАРд
АЛАРо
АЛАРд
ДЗШ
ДЗШТ
ДЗШ
ДЗШТ
562
АЛАРд
ДЗШ
ДЗШТ
III
I
569
569; 71,1
3*АС-500
569
570
V
572; 256; *
3*АС-330;254,5;2*АС-500;1,5
УСТЬ-ИЛИМСКАЯ ГЭС
3840
571
572
Р-571/
3х60
АЛАРр
АЛАРд
1Р/3х60
АЛАРо
АЛАРр
АЛАРд
I
ДЗШ
ДЗШТ
Эквивалент
БПП
~
ДЗШ
ДЗШТ
ДЗШ
ДЗШТ
ДЗШ
ДЗШТ
IV
III
~
II
I
Эквивалент
БГЭС
ДЗШ
ДЗШТ
Эквивалент
У-ИГЭС
3
561
~

4. Алгоритм ОАПВ

ОАПВ на ВЛ-500 кВ Усть-Илимская ГЭС – Братский ПП (№572):
–
–
–
–
Момент времени t=0.1 сек. Момент возникновения КЗ.
Одновременно по сигналу избирателя фаз подается команда на
отключение линейных выключателей поврежденной фазы ВЛ-572 с
двух сторон (со стороны Усть-Илимской ГЭС и со стороны
Братского ПП).
Момент времени t+0.12 сек. Отключение выключателей
поврежденной фазы ВЛ с двух сторон (со стороны УстьИлимской ГЭС и со стороны Братского ПП), где 0,12 сек. –
гарантированное время отключения выключателей с обеих сторон.
Момент времени t+0.12+0.8=t+0.92 сек. По истечении бестоковой
паузы ОАПВ включается линейный выключатель поврежденной фазы
со стороны ПП Братского ПП.
Момент времени t+0.12+0.9=t+1.2 сек. С задержкой порядка 100 мс.
включается линейный выключатель поврежденной фазы со стороны
Усть-Илимской ГЭС.
Усть-Илимская
ГЭС
500kV
Братский
ПП
4

5. Алгоритм ТАПВ

• ТАПВ на ВЛ-500 кВ Усть-Илимская ГЭС – Братский ПП
(№572):
–
–
–
–
Момент времени t=0.1 сек.. По факту возникновения КЗ,
подается команда на отключение линейных выключателей ВЛ572 с двух сторон (со стороны Усть-Илимской ГЭС и со
стороны Братского ПП).
Момент времени t+0.12 сек. Отключение выключателей ВЛ с
двух сторон (со стороны Усть-Илимской ГЭС и со стороны
Братского ПП), где 0,12 сек. – гарантированное время
отключения выключателей с обеих сторон.
Момент времени t+0.12+0.5= t+0.62 сек. По истечении
бестоковой паузы ТАПВ включается линейный выключатель со
стороны Братского ПП.
Момент времени t+0.12+0.6=t+0.72 сек. С задержкой порядка
100 мс. включается линейный выключатель со стороны УстьИлимской ГЭС.
Усть-Илимская
ГЭС
500kV
Братский
ПП
5

6. С какой стороны выполнять опробование ВЛ?

Усть-Илимская
ГЭС
500kV
Братский
ПП
6

7. Чем определяется выдержка времени АПВ?

• Больше времени готовности привода
• Больше времени деионизации (погасания
дуги) и времени срабатывания РЗ
– Необходима отстройка от действия РЗ (вплоть до
третьей ступени токовой направленной защиты).
• Необходимо учитывать требования
обеспечения устойчивости параллельной
работы генераторов.
• Выбор времени бестоковой паузы – это
всегда конфликт интересов релейщиков и
противоаварийщиков.
7

8. Крупные системные аварии и АПВ

• Причины возникновения каскадного
отключения линий?
• Почему не действовало АПВ на линиях?
8

9. Время погасания дуги для ТАПВ

• Опытным путем было установлено, что
минимальное время деионизации
электрической дуги в цикле бестоковой паузы
ТАПВ для ВЛ 500кВ составляет 0.35 – 0.5 сек.
Поэтому повторное включение линии под
напряжение должно производиться не ранее
указанного времени.
9

10. Цикл ТАПВ на ВЛ У-ИГЭС - БПП

КЗ
1000
Погасание дуги
UA
UB
UC
Повторное включение
800
600
400
200
0
-200
-400
-600
-800
-1000
0
4
Напряжения на ВЛ-572, кВ
КЗ
0.5
Погасание дуги
1
1.5
IA
IB
IC
Повторное включение
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
Токи линии ВЛ-572, кА
0
0.5
1
1.5
Время, сек./ Замеры со стороны У-ИГЭС
КЗ
800
Погасание дуги
Повторное включение
600
400
200
0
-200
UA
UB
UC
-400
-600
-800
0
30
Напряжения на ВЛ-572, кВ
КЗ
0.5
Погасание дуги
1
1.5
Повторное включение
20
10
0
-10
IA
IB
IC
-20
• Реализация
вышеприведенного
алгоритма ТАПВ на
ВЛ-572. Двухфазное
КЗ на землю на ВЛ-572
вблизи Братского ПП.
Включение
выключателей трех
фаз по истечению
бестоковой паузы
ТАПВ со стороны
Братского ПП.
-30
-40
Токи линии ВЛ-572, кА
0
0.5
1
1.5
Время, сек. / Замеры со стороны БПП
10

11. Погасание дуги в цикле ОАПВ ЦЕЛЫЙ НОВЫЙ МИР!!! В цикле бестоковой паузы поврежденная фаза взаимодействует с двумя неповрежденными, получая

Погасание дуги в цикле ОАПВ
ЦЕЛЫЙ НОВЫЙ МИР!!!
В цикле бестоковой паузы поврежденная
фаза взаимодействует с двумя
неповрежденными, получая от них энергию
через емкостные и индуктивные связи.
11

12. Резонанс токов и напряжений

• Резонанс напряжений возникает в
последовательной RLC цепи
• Максимальный ток +
перенапряжения!!!
• Резонанс токов возникает в параллельно
соединенными катушкой, резистором и
конденсатором
• Теоретически
бесконечное
индуктивное
сопротивление!!!
12

13. Компенсация реактивной мощности линии

• Компенсация реактивной мощности,
генерируемой емкостью линии. Сколько?
• Хотелось бы скомпенсировать полностью,
чтобы не гонять лишнюю реактивную
мощность по системе. Но!!! это приводит к
резонансной настройке.
A.
13

14. Погасание дуги в цикле ОАПВ

• В настоящее время возможность
осуществления ОАПВ рассматривают исходя
из установившегося тока подпитки и
возвращающегося напряжения
(установившееся значение напряжения на
дуговом промежутке после погасания
дуги)
• При этом ориентируются на данные
уникальных экспериментов, проводимых на
реальных электропередачах (в СССР)
14

15. Токи подпитки ВЛ-572 У-ИГЭС - БПП

Результаты расчета тока подпитки бестоковой паузы ОАПВ.
Исследование однофазных КЗ на ВЛ-500 кВ Усть-Илимская ГЭС –
Братский ПП (№572)
Расчетные условия
Однофазное КЗ на ВЛ 572 вблизи шин
Усть-Илимской ГЭС. Нагрузочный
режим. Угол по передаче δ=750.
Однофазное КЗ на ВЛ 572 вблизи шин
500 кВ Братский ПП. Нагрузочный
режим. Угол по передаче δ=750.
Однофазное КЗ в середине ВЛ 572.
Режим холостого хода (ХХ) ВЛ
500 кВ
Действующее значение
величины тока
подпитки дуги, А
42
40
35
15

16. Токи подпитки ВЛ-572 У-ИГЭС - БПП

• Для величины тока 40-50А длительность
бестоковой паузы принимается равной
порядка 0.8-0.9 сек.
• Если ток подпитки слишком велик, то
приходится увеличивать длительность
бестоковой паузы.
• Что делать, если ее нельзя увеличивать по
условию обеспечения устойчивости
параллельной работы?
16

17. Снижение тока подпитки

• Используем компенсационный реактор.
17

18. После погасания дуги

• При компенсации реактивной мощности
близкой к резонансу, после погасания дуги
поврежденная фаза будет находиться в
состоянии близком к резонансу напряжений.
• Накачка мощностью будет происходить с
соседних фаз через емкостные и
индуктивные связи.
Дуга погасла
18

19. После погасания дуги

600
Однофазное КЗ
Погасание
дуги подпитки
400
200
0
-200
-400
-600
-800
0
Отключение
линейных
выключателей
0.2
0.4
0.6
0.8
Напряжение на поврежденной фазе, кВ
Напряжение на поврежденной фазе, кВ
800
1
Время, сек.
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Включение
выключателя
поврежденной
фазы со стороны
ПС Курган
1500
Однофазное КЗ
1000
Погасание
дуги подпитки
500
0
-500
-1000
-1500
-2000
0
Отключение
линейных
выключателей
поврежденных
фаз
0.2
Включение
выключателя
поврежденной
фазы со стороны
ПС Ишим
0.4
0.6
0.8
Время, сек.
1
1.2
1.4
19

20. Резонансные перенапряжения после погасания дуги. Что делать?

• Отключать реактор в цикле ОАПВ. Если этого
не делать, перенапряжения приведут к
повторному зажиганию дуги.
• То есть при наличии резонансной настройки
ВЛ в цикле бестоковой паузы, мы просто не
сможем реализовать цикл ОАПВ.
Напряжения на ШР ВЛ-563, кВ
800
600
400
U, кВ
200
0
-200
-400
-600
-800
0
0.2
0.4
0.6
Время, сек.
0.8
1
1.2
20
Токи на ШР ВЛ-563, А

21. Повторное включение резонансно настроенной ВЛ в цикле ТАПВ/ОАПВ. Опробование ВЛ.

• Скомпенсированная линия, включаемая с одного
конца, попадает в ситуацию резонанса напряжений.
• Резонанс напряжений сопряжен с наличием
теоретически бесконечного индуктивного
сопротивления для резонансной частоты (50Гц),
однако для других частот сопротивление линии не
будет равно бесконечности.
21

22. Повторное включение резонансно настроенной ВЛ в цикле ТАПВ/ОАПВ. Опробование ВЛ.

System2
500kV TL
180km
System1
SR
160 MVAR
Токи линейного выключателя ВЛ1 ВЛ-563
400
Отключение ВЛ-563
Ток, А
200
0
Одностороннее включение ВЛ-563
со стороны ПС Тулун
-200
-400
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Время, сек.
Токи линии ВЛ-563
1
1.2
1.4
22

23. Что делать?

• Синхронизатор. Не всегда удается, так как
настройка в резонанс сопровождается
перенапряжениями. При степени
компенсации порядка 0.7, использование
синхронизатора затруднительно.
• Предвключаемые резисторы. Вводятся в
работу кратковременно до включения линии.
Рассеивают энергию апериодической
составляющей тока.
• Отключать реактор до коммутации линии.
23

24. Синхронизатор

• Синхронизатор призван обеспечивать длительную и
надежную работу высоковольтных выключателей
путем облегчения коммутации.
• Синхронизаторы используются при коммутации
реакторов, емкостей и линий (наш случай).
• При степени компенсации линии порядка 0,7 (1.3)
синхронизатор не может осуществлять коммутацию,
так как на линии наблюдаются биения напряжения,
которые блокируют работу синхронизатора.
Напряжения на ШР ВЛ-563, кВ
800
600
400
U, кВ
200
0
-200
-400
-600
-800
0
0.2
0.4
0.6
Время, сек.
Токи на ШР ВЛ-563, А
400
0.8
1
1.2
24

25. Предвключаемые резисторы

R
R
R
• Предвключаемые
резисторы. Вводятся в
работу кратковременно до
включения линии.
1
Рассеивают энергию
апериодической
составляющей тока.
Рассеивание
• Дорогое удовольствие,
(диссипация)
2
примерно 25% стоимости
энергии
выключателя. Резисторы не
должны разрушаться при
включении на близкое КЗ.
W=Iкз_max^2*R*t
3
25

26. Отключение реактора для расстройки резонанса линии

• Перенапряжения в цикле ОАПВ с включенным и
отключенным реактором, ВЛ-563.
26

27. Устройство продольной компенсации (УПК)

очень сложный (TCSC)
простой УПК
сложнее
27

28. УПК Тыреть

• УПК Тыреть представляет собой батарею
конденсаторов, которая включена между системами
сборных шин ОРУ 500 кВ и изолирована от земли на
напряжении линии передачи.
• Из соображений надежности эксплуатации установки
батарея разделена на две равные части (мосты),
которые в свою очередь также разделены на две
равные части (полуцепи).
• Каждый мост конденсаторов подключен к сборным
шинам через два выключателя 500 кВ с каждой стороны
• В одной фазе одной полуцепи 7 параллельных и 80
последовательных рядов конденсаторов. Параметры
одного конденсатора: емкость C1= 348 мкФ;
номинальное напряжение U1,ном=1,05 кВ.
28

29. УПК Тыреть. Оперативная схема.

РШ2-563
Р ТН-500 ВЛ-568
$
Р ФП ВЛ-568
ФП ВЛ-568
В1-563
Р1П Тулун
Р ТН-500 ВЛ-563
ТН-500 ВЛ-563
РВС-20 ТН-500 ВЛ-563
РШ1-563
#
РЛНД-35
C.ш 563
Р1С-568
Р1Б Тулун
РШ1-568
Полуцепь 1Б
В1-568
Р1В Тулун
Р1В Иркутск
Конденсатоpы
3 шт.
3
СМР 166/
Тулунское ОРУ-500
1С Тулун
1 МОСТ
КС ВЛ-568
2В
Р1П Иркутск
В1-566
ТН-500 ВЛ-568
РШ2-568
В2-568
#
ВЛ-568
РЛ-568
РВС-20 ТН-500 ВЛ-568
Р2В Тулун
Р1С-565
1С ИРКУТСК
#
В1-565
РШ1-565
ТН-500 ВЛ-565
РВС-20 ТН-500 ВЛ-565
Р ТН-500 ВЛ-565
Полуцепь 2А
Р2В Иркутск
Р1Б Иркутск
Р ФП ВЛ-565
Р1С-563
2С Тулун
Р2А Иркутск
Р2А Тулун
ВЧЗ
ВЛ-568
#
1В
ИРКУТСКОЕ ОРУ
ФП ВЛ-565
Р2П Тулун
Р2П Иркутск
Р2С-568
Р2С-565
2С ИРКУТСК
В2-566
#
Р2Б Тулун
Полуцепь 2Б
2 МОСТ
РШ2-565
ТН-500 ВЛ-566
C.ш 565
РЛНД-35
ФП ВЛ-566
РВС-20
Р ТН-500 ВЛ-566
Р ФП ВЛ-566
Конденсатоpы
3 шт.
3
СМР 166/
РВС-20 ТН-500 ВЛ-566
КС ВЛ-566
Р2Б Иркутск
#
В2-565
РШ2-566
ВЛ-566
Р2С-566
РЛ-566
C.ш 566
ВЧЗ ВЛ-566
В2-563
УПК Тыреть. Оперативная схема.
ФП ВЛ-563
Р ФП ВЛ-563
КС ВЛ-563
Р1А Иркутск
Полуцепь 1А
Р1А Тулун
Р1С-563
#
Р1С-566
ВЛ-565
РШ1-566
КС ВЛ-565
#
РЛ-563
ВЧ ВЛ-563
ВЛ-563
Рисунок 3.6 - Схема УПК Тыреть 500 кВ
29

30. УПК Тыреть

• При протекании токов КЗ в установившемся и, особенно, в
переходном режиме на конденсаторах УПК возникают
значительные перенапряжения, которые могут представлять
опасность для их изоляции. Для защиты от таких
перенапряжений параллельно УПК установлен защитный
разрядник, который при подъеме напряжения на УПК выше
уставки разрядника пробивается и шунтирует батарею.
• Среднее пробивное напряжение разрядника составляет 235 кВ
(2,8Uном). С учётом разброса ±20% верхний предел пробивных
напряжений разрядника равен 3,4 Uном (285,6 кВ), а нижний 2,2
Uном (184,8 кВ).
• Причиной, приводящей к возникновению перенапряжений на
УПК Тыреть, является резонанс напряжений при КЗ. Явление
резонанса напряжений связано с возникновением следующего
резонансного контура: ЭДС системы – эквивалентная
индуктивность системы – индуктивное сопротивление ВЛ –
емкость УПК.
30

31. УПК Тыреть

• Рассмотрим следующую ремонтную схему:
– ремонт ВЛ-566,
– ремонт одного моста УПК, в этом случае результирующая
емкость УПК составит 60.9 мкФ, результирующее
сопротивление 52.6 Ом.
• В описанной ремонтной схеме рассмотрим трехфазное
КЗ (маловероятное событие) на ВЛ 500кВ УПК Тыреть
– ПС Ново-Зиминская (ВЛ-568) вблизи УПК Тыреть.
ремонт
ремонт
КЗ
31

32. УПК Тыреть

Рассматриваемое возмущение приведет к околорезонансной настройке
схемы (о чем свидетельствуют биения напряжений), что будет
сопровождаться существенным повышением продольного напряжения
на УПК Тыреть и аналогичным повышением напряжения на выводах
выключателя ВЛ-565. Схожие резонансные явления будут наблюдаться
и при возникновении других видов КЗ.
32

33. УПК Тыреть

• В настоящее время ликвидация резонанса на
УПК Тыреть осуществляется следующим
образом.
• Рассматриваемое аварийное
перенапряжение приводит к быстрому
гарантированному пробою разрядников.
Пробой разрядников зашунтирует УПК и
расстроит резонанс.
• После снятия возмущения УПК вновь может
быть введено в работу.
33

34. Scilab 5.5.2

34

35. Scilab 5.5.2. Пример интегрирования уравнений пространства состояний.

35