Урало-Сибирская научно-практическая конференция

Энергоресурсосберегающие технологии эксплуатации
 трехфазных сетей различного назначения

В.К. Обабков

ООО Внедренческое предприятие «Наука, техника, бизнес в энергетике»
620138. г. Екатеринбург, проезд Гранитный, 4;
 Е-mail: ntbe@ural.ru  

Практически все аварийные ситуации в трехфазных сетях 6-35 кВ начинаются с однократных, зачастую эпизодических высоковольтных разрядов на землю, постепенно развиваясь в более тяжелые аварии, включая, очевидно, и междуфазные короткие замыкания (КЗ), и групповые повреждения электроустановок. Это так называемые однофазные замыкания на землю (ОЗЗ). Сеть по-разному реагирует на них в зависимости от элементов (активных, емкостных, индуктивных и их комбинаций), введенных между нейтральной точкой сети и землей. Напряжение e(t), возникающее на введенных элементах при однократном пробое, является, по сути, реакцией сети на однократный пробой изоляции. Эту реакцию e(t) = w(t) следует как-то выделить (привлечь к ней внимание) и именовать далее импульсной переходной функцией (ИПФ), подчеркивая именно переходный характер процесса, вызванного импульсом тока пробоя.

Напряжение U₀(t) в месте снижения электрической прочности изоляции, создаваемое разностью напряжения E₀(t) между нейтральной точкой сети и местом ОЗЗ и напряжения e(t) в форме введенной импульсной переходной функции w(t), вообще говоря носит защитный характер в первый момент после пробоя (в пределах миллисекунд), который затем сохраняется или ослабляется (в пределах периода и более) в зависимости от способа заземления нейтрали. Речь идет о том, насколько долго удерживается величина модуля |U₀(t)| в заданном диапазоне, т.е. насколько долго по времени

                                                         
                            (1)

где  - напряжение повторного пробоя изоляции, монотонно    возрастающее практически от нуля в функции локального времени t, отсчитываемого от момента t_k, k=1,2,3…, каждого пробоя изоляции. Величина  тем выше, чем более длительное время протекает деионизация в месте дуги. Отрезок времени между соседними пробоями является, следовательно, бестоковой паузой Т_БП. Локальное время t всегда меняется от 0 до Т_БП. При Т_БП ® ¥ имеет место полное подавление дуги. Если Т_БП конечно, то предпочтительны максимально возможные их величины, так как в пределах образующихся длительностей решается вопрос о характере повреждения: либо ОЗЗ самоликвидируется; либо остается в виде одноточечного повреждения изоляции, т.е. сохраняется в форме ОЗЗ либо от достаточно частых пробоев изоляции усиливается горение в месте дуги, расширяется зона горения и переход ОЗЗ в междуфазное КЗ; либо в сети создаются условия для многоместного повреждения изоляции электрооборудования. 

С учетом сказанного, общая реакция нейтрали сети на последовательность дуговых пробоев тогда будет равна сумме реакций в форме ИПФ на каждый отдельно возникающий пробой. Исследование защитного действия сети на ослабленные места изоляции сводится при сформулированном подходе к выявлению характера отдельно взятой импульсной переходной функции w(t), соответствующей конкретному способу заземления нейтрали или суммарному воздействию ИПФ на изоляцию сети.

Элементы заземления нейтрали, вводимые из соображений ограничения перенапряжений или более надежной работы релейной защиты (РЗ) от ОЗЗ, или того и другого, приводят, очевидно, к различному защитному воздействию сети на изоляцию токоведущих частей и электрооборудования. 

Существующая технология эксплуатации изоляции 6-35 кВ, с точки зрения борьбы с аварийностью, состоит в следующем. Во главу угла ставится ограничение перенапряжений при дуговых ОЗЗ и надеждам на РЗ от ОЗЗ поврежденного или только повреждаемого присоединения. Если РЗ от ОЗЗ успешно сработала, и, следовательно, поврежденное присоединение отключилось, то встает вопрос о том, надо ли искать повреждение в отключенном фидере с целью восстановления изоляции или его следует еще раз включить в работу. Если последнее осуществилось, то в терминах соотношения (1) следует констатировать, что  за время отключения выросло до достаточных значений и восстановительного ремонта не потребовалось. Данный вид дуговых ОЗЗ потенциально относится к разряду самоустраняющихся, если обеспечить достаточное время деионизации, т.е. создать достаточно большую величину Т_БП. Правда, работоспособность РЗ от дуговых ОЗЗ является проблемой, решить которую пока не удается. Только ОЗЗ через некоторое переходное активное сопротивление обнаруживаются с достаточной надежностью. Поэтому неурегулированность вопросов с РЗ принуждает эксплуатацию менять режим заземления нейтрали путем введения низкоомных резисторов между нейтралью сети и землей. Вследствие этого существенно увеличивается ток ОЗЗ сверх естественного и РЗ приходится реагировать не только на устойчивые ОЗЗ, когда  но и на потенциально самоустраняющиеся (их в среднем до 85% от всех ОЗЗ), увеличивая число коммутаций в сети и сопутствующих коммутационных перенапряжений.

Другая технология эксплуатации сетей 6-35 кВ (обычно это сети с большими емкостными токами) заключается в установке между нейтралью сети и землей индуктивных элементов – достаточно мощных дугогасящих реакторов (ДГР) типа ЗРОМ и РЗДСОМ. Это так называемые сети с резонансным заземлением нейтрали или сети с компенсацией емкостных токов. Оснащение сетей ступенчато регулируемыми ДГР указанных типов делается с недокомпенсацией из-за недостатка компенсирующей мощности и проблема борьбы с аварийностью не решается. Аварийность высока, эксплуатационные издержки максимальны. При этом снижается эффективность имеющейся РЗ от ОЗЗ. Об этих проблемах стали всерьез говорить на научно-практических конференциях.

Решение же всех возникающих проблем состоит в последовательном приложении управления к электроснабжению. Надо с достаточной точностью управлять плунжерными ДГР в сетях с автоматической компенсацией емкостных токов. Необходимо в наилучшем случае управлять не только емкостной составляющей, но и активной составляющей (КАС) токов промышленной частоты для полного подавления дуговых ОЗЗ в сетях 6-35 кВ любого назначения. Это и составляет основу энергоресурсосберегающей технологии эксплуатации трехфазных сетей 6-35 кВ. Центр тяжести научных исследований и коммерческого интереса нашего предприятия “Наука, техника, бизнес в энергетике” (ООО ВП “НТБЭ”) связан с разработкой, производством и внедрением средств резонансного заземления в сетях различного назначения. Наши достижения в области эксплуатационной надежности систем электроснабжения 6-35 кВ связаны с разработкой высокоэффективных авторегуляторов резонансной настройки индуктивности ДГР и касаются всех существующих авторегуляторов аналогичного назначения.

Так, авторегуляторы УАРК.1 (УАРК.1А, УАРК.101, УАРК.101М и т.п.), работающие на фазовом принципе в кабельных системах электроснабжения напряжением до   35 кВ, доведены до состояния, когда их нельзя улучшить или упростить в аналоговой и цифровой реализациях. Иными словами, предлагаемые авторегуляторы типа УАРК.1 являются оптимальными и этим отличаются от используемых у нас и за рубежом.

Наши поисковые авторегуляторы (частота поиска от 0,5 Гц до 12,0 Гц) также являются фазовыми, в отличие от амплитудных экстремальных регуляторов, известных к настоящему времени в теории автоматического управления. Новые весьма эффективные поисковые фазовые авторегуляторы целесообразно использовать в воздушных и воздушно-кабельных системах электроснабжения. И наконец, если изоляция сети нормально держит линейное напряжение с небольшим запасом, то, добавляя к сети средства КАС промышленной частоты, можно полностью подавлять дуговые ОЗЗ и полностью нейтрализовать глухие (через переходное R₀ ³ 0) ОЗЗ. Тогда ни одно из ОЗЗ  не будет приводить к сколько-нибудь существенным авариям.

Предприятие специализируется на разработке и изготовлении опытных образцов новой техники, организации серийного производства на заводах ВПК и поставках комплектного оборудования. 

Для энергоресурсосберегающей технологии эксплуатации сетей 6-35 кВ разработана и предлагается следующая номенклатура изделий.

Устройство автоматического регулирования токов компенсации типа УАРК.1 (УАРК.101М, УАРК.101С, УАРК.102 и т.п.), предназначенное для повышения эксплуатационной надежности сетей 3-35 кВ, оснащенных плунжерными ДГР. Для сетей с большой естественной несимметрией разработаны авторегуляторы УАРК.102, УАРК.103, выполненные на основе фазовых систем с ШИМ-модуляцией добротности резонансного контура. Поставляется отдельно или в комплекте с реактором типа РДМР и присоединительным трансформатором уральского производства.

Высокая эффективность устройств типа УАРК.101М иллюстрируется в [1] таблицей, полученной в сетях 6 кВ Нижнетагильского металлургического комбината.

Устройство автоматического регулирования компенсации емкостных и активных составляющих токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) типа УАРК.201 (модификация УАРК.201М для воздушных  и смешанных сетей) в виде двухканального всережимного микропроцессорного автокомпенсатора, предназначенного для полного подавления дуговых ОЗЗ в коротких  сетях  3, 6, 10 кВ. Имеются в виду сети собственных нужд блочных ТЭС, ТЭЦ и АЭС, карьерные сети, сети нефтегазоперекачивающих станций и ЛЭП с емкостным током до 5-8 А. УАРК.201 включает в себя: быстродействующий ШИМ-управляемый ДГР и шкаф исполнительных устройств и автоматики.

Прибор сигнализации замыкания на землю типа ПЗЗМ 1М для поиска поврежденных присоединений в сетях 3, 6, 10, 35 кВ с изолированной, резистивной, частично или полностью компенсированной нейтралью.

На специализированных стендах предприятие осуществляет разработку программного обеспечения, комплексные испытания под рабочим напряжением поставляемого оборудования, его наладку, ввод в работу на объектах внедрения и сервисное обслуживание. Выполняются также комплексные обследования ответственных узлов    6, 10, 35 кВ и расчет на ПЭВМ необходимых параметров сети с целью оптимизации режима работы нейтралей и выдачи заказчику соответствующих рекомендаций.

Более детально со спецификой разработок,  изделий и услуг можно ознакомиться по Интернету http://www.ntbe.ural.ru .

Литература
1. Гуров Н.П., Сажаев В.Г., Обабков В.К. Перенапряжения в кабельной сети 6 кВ с большими емкостными токами и борьба с ними средствами резонансного заземления нейтрали // Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей           6-35 кВ: Тр. второй Всеросс. науч.-техн. конф. – Новосибирск: НГТУ, 2002. – С. 112-119.