Глава 9

9.6. Процессы, происходящие при коммутациях конденсаторных батарей

Конденсаторные батареи устанавливаются в узлах нагрузки сетей напряжением 6-110 кВ в основном для регулирования реактивной мощности, чем достигается существенное улучшение энергетических показателей СЭС. С применением конденсаторных батарей могут дополнительно решаться задачи повышения устойчивости режимов, ограничения токов КЗ и регулирования напряжения.

Процессы коммутации конденсаторных батарей имеют специфические особенности. Включение и отключение их сопровождается изменением многих параметров режима. В течение переходных процессов могут возникать значительные толчки тока и перенапряжения, представляющие опасность как для сетей и коммутационной аппаратуры, так и для батарей. Выключатель, установленный в цепи батарей, включает и отключает большие токи, осуществляет коммутацию значительно чаще, чем выключатель ВЛ. Кроме того, броски переходного тока при включении конденсаторной батареи больше, чем при включении линии. Поэтому к выключателям высокого напряжения, предназначенным для работы в цепях батарей, предъявляются повышенные требования.

При включении конденсаторной батареи (здесь рассматриваются процессы при коммутации конденсаторных батарей в сетях, не имеющих других батарей) на ток промышленной частоты накладывается высокочастотный ток переходного режима. В случае неблагоприятной фазы напряжения в момент включения батареи скорость нарастания тока соответствует включению на КЗ. Амплитуда тока переходного режима существенно меньше амплитуды тока КЗ, однако может достигать нескольких килоампер. Амплитуда переходного тока достигает минимального значения, если ток появляется при максимальном напряжении. Еще большие броски тока возможны при параллельном включении батарей, однако такие токи специально ограничиваются реакторами.

Сравнительно частые включения и отключения конденсаторной батареи (один-два раза в сутки) утяжеляют воздействие тока на выключатель. Это, как правило, приводит к увеличению вероятности его отказа (сваривание контактов и большой их износ, недопустимое повышение давления в дугогасительном устройстве и др.). Процессы изменения тока при включении однофазной цепи с сосредоточенной емкостью известны из курса электротехники. При включении трехфазной конденсаторной батареи в системе с заземленной нейтралью (сети напряжением 110 кВ) процессы аналогичны однофазным. При этом необходимо пренебречь полным сопротивлением контура возврата тока через землю или считать, что включение фаз конденсаторной батареи произошло одновременно, хотя во многих сетях это может не соблюдаться.

В трехфазной схеме реальной электрической сети амплитуды тока включения могут отличаться от рассчитанных для однофазной схемы вследствие затухания переходного тока, наличия нескольких составляющих разных частот и неодновременности появления тока в различных фазах. На переходный процесс может оказывать влияние даже небольшая разновременность появления тока из-за различий в приложенных к контактам мгновенных значений фазного напряжения и неустранимой разновременности замыкания контактов. Так как периоды изменения тока высокой частоты малы, то даже небольшая разновременность появления тока приводит к тому, что при включении второй или третьей фазы ток в ранее включившихся фазах может достигать больших значений и взаимное влияние их становится существенным.

Многочисленными испытаниями установлено, что, несмотря на большое число отмеченных факторов, которые могут влиять на расхождение максимальных амплитуд переходного тока при включении конденсаторной батареи в расчетной однофазной и в реальной трехфазной схемах, амплитуды токов практически совпадают. Изменения фазных токов и напряжении при включении конденсаторной батареи показаны на рис. 9.12. Скорость нарастания переходного тока при наличии высокочастотных составляющих может достигать больших значений (до50А/мкс), опасных для выключателя. Для ее снижения уменьшают паразитную емкость конденсаторной батареи или включают реактор между выключателем и батареей.

При включении конденсаторных батарей переходные процессы сопровождаются появлением перенапряжений. Теоретически максимальный коэффициент перенапряжения равен 2 и возможен при замыкании цепи в максимум напряжения. Практически этот коэффициент не превышает 1,9.

Рис. 9.12. Изменение фазных токов и напряжений при включении конденсаторной батареи

В случае отключения батареи, сопровождающегося повторными зажиганиями при исследовании выключателей с естественным масляным дутьем, толчки тока и перенапряжения обычно бывают больше, чем при ее включении. Значения токов при этом зависят от мощности батареи и характеристик сети, а перенапряжений - от числа повторных зажиганий во время отключений. Включение сопротивлений для разряда батарей или использование для этого трансформатора напряжения оказывает влияние только на процесс включения, если заземляющее устройство присоединено постоянно. При отключениях и включениях конденсаторной батареи, присоединенной к подстанции длинным кабелем, возникают дополнительные колебательные процессы, которые приводят к значительным перенапряжениям в сети.

При отключении конденсаторной батареи с помощью маломасляных выключателей перенапряжения, повторный пробой или зажигание отсутствуют, время горения дуги уменьшается. Этому способствует наличие постоянного давления в дугогасительных устройствах выключателя. Использование таких выключателей для коммутации конденсаторных батарей представляется весьма перспективным.

Применение заземляющих сопротивлений в нейтрали конденсаторной батареи может снизить перенапряжения при повторных зажиганиях и восстанавливающиеся на контактах выключателя напряжения на 15-20 %.