Актуальность грозозащиты продольной изоляции силовых трансформаторов в регионах с грунтами низкой проводимости

Page 1
background image

Page 2
background image

38

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 1(8), 

май

 2018

Техсовет

Валерий

 

БРЫКИН

,

начальник

 

сектора

 

диагностики

 

элек

-

тр

 

отехнической

 

службы

 

Департамента

 

эксплуатации

 

и

 

ремонта

 

АО

 «

Тюменьэнерго

»

Актуальность

 

грозозащиты

 

продольной

 

изоляции

 

силовых

 

трансформаторов

 

в

 

регионах

 

с

 

грунтами

 

низкой

 

проводимости

ОПИСАНИЕ

 

ПРОБЛЕМЫ

В

 

настоящее

 

время

 

для

 

повышения

 

грозоупорности

 

ВЛ

 

в

 

сложившихся

 

природных

 

условиях

 

найдено

 

удачное

 

со

-

четание

 

способа

 

и

 

средств

 

защиты

которые

 

признаны

 

со

-

ответствующими

 

проводимой

 

технической

 

политике

.

К

 

сожалению

такой

 

тезис

 

неприменим

 

в

 

отношении

 

ПС

а

 

конкретнее

 — 

силовых

 

трансформаторов

 (

СТ

и

 

ав

-

тотрансформаторов

 (

АТ

), 

где

 

ситуация

 

пока

 

выглядит

 

до

-

статочно

 

неопределенной

 

и

 

тревожной

Прежде

 

всего

не

 

сложился

 

строгий

 

профилированный

 

учет

 

случаев

 

по

-

вреждения

 

всех

 

СТ

повредившихся

 

от

 

грозовых

 

воздей

-

ствий

 

за

 

без

 

малого

 

четыре

 

десятка

 

лет

 (

применительно

 

к

  

регионам

 

с

 

грунтами

 

низкой

 

проводимости

).

Возможность

 

строго

 

хронологического

 

учета

 

и

 

ана

-

лиза

 

всех

 

грозовых

 

аварийных

 

событий

 

с

 

СТ

, — 

учета

который

возможно

способствовал

 

бы

 

ускорению

 

разре

-

шения

 

сложившейся

 

ситуации

 

с

 

недейственностью

 

НТД

 

в

 

вопросе

 

грозозащиты

 

продольной

 

изоляции

 

трансфор

-

маторных

 

обмоток

не

 

была

 

реализована

 

по

 

ряду

 

причин

.

Во

-

первых

в

 

обстановке

 

воодушевленного

 

подъема

 

от

 

наращивания

 

нефте

и

 

газодобычи

 

в

 

Тюменском

 

реги

-

оне

 

каждый

 

из

 

первых

 

случаев

 

повреждения

 

при

 

грозе

 

СТ

 (

АТ

воспринимался

 

как

 

неожиданный

 

досадный

 

срыв

 

режима

 

электроснабжения

 — 

непродолжительный

 

благо

-

даря

 

достаточным

 

резервам

 

по

 

оборудованию

 

и

 

монтаж

-

ному

 

персоналу

Энергетики

 

всегда

 

стремились

 

обеспе

-

чить

 

быструю

 

замену

 

повредившегося

 

трансформатора

чтобы

 

не

 

оказаться

 

прямыми

 

виновниками

 

нарушения

 

темпов

 

добычи

  (

соответственно

 

планов

 

по

 

транспорти

-

ровке

углеводородного

 

сырья

При

 

этом

 

в

 

условиях

ког

-

да

казалось

 

бы

налицо

 

все

 

составляющие

 

грозозащиты

уровень

 

изоляции

разрядники

грозотросы

 

и

 

заземле

-

ния

, — 

все

 

событие

 

в

 

целом

 

расценивалось

 

или

 

как

 

вер

-

сия

 

форс

-

мажорности

 

очередного

 

грозового

 

поражения

имевшего

 

некие

 

аномальные

 

параметры

или

  (

вариант

как

 

следствие

 

какого

-

то

 

заводского

 

дефекта

 

СТ

и

 

с

 

изго

-

товителем

 

заводилась

 

соответствующая

 

претензионная

 

работа

.

В

 

статье

 «

Обеспечение

 

равнопрочности

  

главной

 

и

 

продольной

 

изоляции

 

трансформаторов

 

на

 

основе

 

рационализации

», 

опу

-

бликованной

 

автором

 

в

 

спецвыпуске

 

журнала

 «

ЭЛЕКТРОЭНЕР

-

ГИЯ

Передача

 

и

 

распределение

» 

ПАО

 «

Россети

» 

 4(7) 2017 

г

., 

при

 

обращении

 

в

 

завершающей

 

части

 

к

 

вопросу

 

о

 

равнопрочно

-

сти

 

главной

 

и

 

продольной

 

изоляции

 

крупных

 

трансформаторов

 

обращалось

 

внимание

 

на

 

то

что

 

соблюдение

 

заводами

 

этого

 

принципа

 

теряет

 

свое

 

значение

 

для

 

трансформаторов

поступа

-

ющих

 

в

 

регионы

 

с

 

грунтами

 

низкой

 

проводимости

В

 

настоящем

 

изложении

 

той

 

же

 

темы

 

предлагается

 

дополнить

 

декларатив

-

ный

 

характер

 

ранее

 

высказанных

 

доводов

 

более

 

предметным

 

рассмотрением

.


Page 3
background image

39

Во

-

вторых

о

 

том

что

 

проектные

 

сосредоточенные

 

заземлители

 

опор

 

в

 

грунтах

 

низкой

 

проводимости

 

неэф

-

фективны

 

при

 

грозах

 

и

 

что

 

поэтому

 

удар

 

молнии

 

в

 

трос

 

или

 

опору

 

на

 

подходе

 

ВЛ

 

к

 

ПС

 

приводит

 

к

 

падению

 

на

 

СТ

 

волн

 

опасной

 

крутизны

никогда

 

всерьез

 

не

 

заявлялось

В

 

итоге

 

все

 

подобные

 

ситуации

 

оказывались

 

тупиковыми

поскольку

 

и

 

мысли

 

не

 

допускалось

что

 

при

 

всей

 

полноте

 

формально

 

выполненных

 

требований

 

НТД

 

по

 

грозозащи

-

те

 

здесь

в

 

зоне

 

вечной

 

мерзлоты

проявляются

 

новые

не

 

учитывавшиеся

 

до

 

этого

 

факторы

 

несовместимости

 

свойств

 

грунтов

 

с

 

общепринятыми

 

принципами

 

осу

-

ществления

 

защиты

 

от

 

ударов

 

молнии

Да

 

и

 

сейчас

 

эта

ставшая

 

уже

 

реальной

версия

 

не

 

имеет

 

права

 

на

 

офи

-

циальное

 

признание

так

 

как

 

вполне

 

определенное

 

по

-

ложение

 

из

 

п

. 9.3 [1], 

что

 «

при

 

обратных

 

перекрытиях

 

на

 

проводах

 

возникают

 

волны

 

с

 

отвесным

 

фронтом

опасные

 

для

 

межвитковой

 

внутренней

 

изоляции

 

трансформаторов

 

(

АТ

и

 

реакторов

...», 

никогда

по

 

существу

не

 

выступало

 

в

 

качестве

 

исходного

 

постулата

 

для

 

регионов

 

с

 

грунтами

 

низкой

 

проводимости

а

 

оставалось

 

лишь

 

неким

 

частным

 

предупреждением

 

против

 

нарушений

 

нормативных

 

тре

-

бований

 

к

 

заземлению

 

опор

 

в

 

регионах

 

с

 

хорошо

 

прово

-

дящими

 

грунтами

.

В

-

третьих

в

 

период

 

реформирования

 

отрасли

 

и

 

ре

-

структуризации

 

компании

 

документирование

 

аварийных

 

событий

 

велось

 

не

 

на

 

должном

 

уровне

который

 

мог

 

бы

 

завершаться

 

обязательным

 

архивированием

 

с

 

целью

 

на

-

копления

 

материала

 

для

 

последующей

 

разработки

 

проти

-

воаварийных

 

мероприятий

.

Однако

 

в

 

местной

 

истории

 

сохранился

 

целый

 

ряд

 

фак

-

тов

 

аварийных

 

повреждений

 

СТ

  (

АТ

), 

в

 

которых

 

версия

 

причастности

 

нерасчетной

 

крутизны

 

грозовых

 

импульсов

 

представляется

 

бесспорной

хотя

 

не

 

только

 

официально

 

необоснованной

 

вообще

но

 

и

 

настойчиво

 

опровергаемой

 

с

 

помощью

 

всевозможных

 

второстепенных

 

косвенных

 

до

-

водов

 

при

 

страховых

 

тяжбах

Поэтому

 

может

 

представ

-

лять

 

интерес

 

тот

 

элементарный

 

разбор

 

сохранившейся

 

информации

 

о

 

некоторых

 

случаях

 

грозовых

 

происше

-

ствий

который

 

предлагается

 

ниже

.

ВОССТАНОВЛЕННЫЕ

 

ФРАГМЕНТЫ

 

СТАТИСТИКИ

 

ГРОЗОВОЙ

 

АВАРИЙНОСТИ

 

I. 

ПС

 220/110/10 

кВ

 «

Вынгапур

» (

ныне

 — 

подстанция

 

МЭС

 

Западной

 

Сибири

). 

Август

 2003 

года

 

Удар

 

молнии

 

в

 

двухцепную

 

опору

 

 2 

шинных

 

мостов

 

связи

 

АТ

-1 

и

 

АТ

-2 

с

 

ОРУ

-110 

кВ

 

вызвал

 

обратное

 

перекры

-

тие

 

на

 

ней

 

изоляции

 

фаз

 «

А

» 

и

 «

В

» 

ШМ

-110-2 

и

 

фазы

 «

А

» 

ШМ

-110-1. 

На

 

обмотки

 110 

кВ

 

обоих

 

автотрансформато

-

ров

 

типа

 

АТДЦТН

-125000/220 

воздействовали

 

срезанные

 

волны

 

с

 

отвесным

 

фронтом

  (

на

 

рисунке

 1 

условно

 

пока

-

заны

 

U

0

), 

в

 

результате

 

чего

 

АТ

-1 

отключился

 

от

 

действия

 

газовой

 

и

 

дифференциальной

 

защит

В

 

дальнейшем

 

при

 

вскрытии

 

АТ

-1, 

кроме

 

виткового

 

замыкания

 

обмотки

 

110 

кВ

были

 

обнаружены

 

также

 

повреждения

 

ввода

 35 

кВ

 

нейтрали

 

и

 

ввода

 220 

кВ

 

фазы

  «

А

» 

с

 

разрушением

 

его

 

верхней

 

части

 

и

 

выдавливанием

 

прокладки

.

Ввиду

 

совершенно

 

одинаковых

 

схемных

 

условий

 

и

 

со

-

поставимого

 

характера

 

грозового

 

воздействия

 

на

 

оба

 

АТ

повреждение

 

именно

 

АТ

-1 

может

 

объясняться

 

тем

что

 

он

 

был

 

защищен

 

по

 

стороне

 110 

кВ

 

не

 

ограничителем

 

перенапряжений

 (

как

 

на

 

АТ

-2 

ОПН

-110, 

который

 

начинает

 

действовать

 

с

 

момента

 

падения

 

на

 

него

 

грозовой

 

волны

), 

а

 

вентильным

 

разрядником

 (

РВМГ

-110 

м

), 

вольт

-

секундная

 

характеристика

 

которого

 

имеет

 

запаздывание

 

срабатыва

-

РВМГ-110 м

ШМ-110-1

оп. № 1

оп. № 2

ШМ-110-2

к ОРУ-110

грозотрос

ОПН-110

АТ-1

АТ-2

220 кВ

220 кВ

10 кВ

10 кВ

110 кВ

110 кВ

U

0

U

0

Рис

. 1. 

Схема

 

для

 

случая

 

грозового

 

повреждения

 

АТ

-1 

на

 

ПС

 «

Вынгапур

»


Page 4
background image

40

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 1(8), 

май

 2018

ния

 

порядка

 0,5 

мкс

  (

рисунок

 2). 

Это

 

большое

 

время

 

по

 

сравнению

 

с

 

исчезающе

 

малой

 

длительностью

 

крутого

 

фронта

 

срезанной

 

волны

Такая

 

волна

 

при

 

амплитуде

 

50%-

ного

 

разрядного

 

напряжения

 

гирлянды

 

U

50%

 = 650 

кВ

 

([2], 

гл

.17) 

еще

 

до

 

воздействия

 

на

 

нее

 

срабатывающего

 

с

 

запозданием

 

разрядника

 

успела

 

пробить

 

витковую

 

изо

-

ляцию

  «

своей

» 

обмотки

 (110 

кВ

), 

перейти

 

по

 

емкостным

 

связям

 

на

 

обмотку

 

НН

 (10 

кВ

и

 

повредить

 

ее

разрушить

 

ввод

 

нейтрали

  (

класса

 35 

кВ

), 

а

 

также

 

проникнуть

 

по

 

прямым

 

гальваническим

 

связям

 

АТ

-1 

на

 

сторону

 220 

кВ

где

 

вызвала

 

еще

 

и

 

повреждение

 

ввода

Редкая

 

тяжесть

 

нарушения

многоместность

 

возникновения

 

в

 

АТ

 

очагов

 

дефекта

 — 

при

 

наличии

 

всех

 

штатных

 

атрибутов

 

грозо

-

защиты

  (

нормальная

 

изоляция

молниеприемники

 

опор

обеспечивавшие

 

проектные

 

расчетные

 

зоны

 

молниеза

-

щиты

 

совместно

 

с

 

остальными

 

молниеотводами

 

подстан

-

ции

и

 

проверенные

 

заземления

) — 

свидетельство

 

того

что

 

негативная

 

роль

 

непроводящих

 

грунтов

при

 

которых

 

происходят

 

обратные

 

перекрытия

проявляется

 

в

 

почти

 

предельном

 

сохранении

 

разрушительных

 

свойств

 

исход

-

ного

 

грозового

 

импульса

против

 

которого

 

выстроена

 

вся

 

система

 

грозозащиты

Что

 

касается

 

перехода

 

крутых

 

волн

 

(

импульсов

между

 

обмотками

то

 

значение

 

этого

 

фактора

 

будет

 

специально

 

рассмотрено

 

в

 

следующем

 

разделе

 

на

-

стоящей

 

статьи

II. 

ПС

 110/35/10 

кВ

 «

Нуриевская

». 

Сентябрь

 2003 

года

При

 

ударе

 

молнии

 

в

 

третью

 

от

 

ПС

 

опору

 

двухцепной

 

линии

 

ВЛ

-110-1,2 (

рисунок

 3) 

произошло

 

обратное

 

пере

-

крытие

 

изоляции

 

всех

 

шести

 

фаз

при

 

этом

 

на

 

подстанции

 

произошло

 

отключение

 

от

 

действия

 

газовой

 

и

 

дифферен

-

циальной

 

защит

 

обоих

 

трансформаторов

 — 1

Т

 

и

  2

Т

 — 

мощностью

 

по

 25 

МВА

Проведенные

 

испытания

включая

 

хроманализ

 

растворенных

 

в

 

масле

 

газов

 (

ХАРГ

), 

прогно

-

зировали

 

в

 

них

 

внутренние

 

повреждения

При

 

последую

-

щей

 

доставке

 

обоих

 

трансформаторов

 

на

 

завод

-

изготови

-

 0 0,5 0,8 1,0  1,5  2 3 

4  5 6 7 8 9 

10 

15 

20

500

400

300

200

100

U

пр

.

кВ

мкс

РВМГ

-220 

м

РВМГ

-150 

м

РВМГ

-110 

м

Рис

. 2. 

Вольтсекундные

 

характеристики

 

разрядников

 

типа

 

РВМГ

 

(

из

 «

Технического

 

описания

» 

и

 «

Инструкции

 

по

 

эксплуатации

»)

ВЛ-110-1

ВЛ-110-2

оп. № 1

оп. № 3

оп. № 2

грозотрос

ОПН-110

ОПН-110

СВ

В-

л1

В-

л2

ОПН-10

ОПН-10

ОПН-35

ОПН-35

ЗОН-1

ЗОН-2

10 кВ

10 кВ

110 кВ

35 кВ

35 кВ

110 кВ

U

0

U

0

Рис

. 3. 

Схема

 

для

 

случая

 

повреждения

 

одним

 

ударом

 

молнии

 

в

 

опору

 

 3 

двухцепной

 

ВЛ

-110-1,2 

двух

 

трансформаторов

 

типа

 

ТДТН

-25000/110 

ПС

 «

Нуриевская

»

Техсовет


Page 5
background image

41

U

0

U

Н

C

Н

C

В-Н

Н

U

0

U

С

C

С-Н

C

Н

C

С

C

В-Н

C

В-С

Н

С

тель

 

и

 

разборке

 

были

 

обнаружены

 

витковые

 

замыкания

 

в

 

обмотках

 35 

кВ

.

Прежде

 

чем

 

давать

 

объяснение

 

такому

 

событию

важно

 

подчеркнуть

 

две

 

подробности

1. 

Трансформаторы

 

имели

 

различный

 

режим

 

заземления

 

нейтрали

 

обмоток

 110 

кВ

у

  1

Т

 

ЗОН

-110 

был

 

включен

у

  2

Т

 — 

отключен

Это

 

свидетельствует

 

о

 

том

что

 

при

 

жестком

 

нерасчетном

 

воздействии

 

крутых

 

срезанных

 

волн

 

переходный

 

процесс

 

распределения

 

градиентов

 

потенциала

 

с

 

проникновением

 

перенапряжения

 

в

 

обмот

-

ки

 35 

кВ

 

через

 

емкостные

 

связи

 

проходил

 

у

 

этих

 

одина

-

ковых

 

трансформаторов

 

при

 

сходных

 

условиях

 

актив

-

ного

 

участия

 

начальных

 

участков

 

обмоток

 110 

кВ

когда

 

режим

 

заземления

 

нейтрали

 

не

 

успел

 

еще

 

повлиять

 

на

 

него

и

 

характер

 

воздействия

как

 

и

 

кратности

 

перена

-

пряжений

у

  1

Т

 

и

  2

Т

 

практически

 

совпадали

приведя

 

к

 

одинаковым

 

последствиям

Оценка

 

перенапряжений

обусловленных

 

коэффициентом

 

перехода

приводится

 

далее

2. 

На

 

обеих

 

ВЛ

 110 

кВ

 

отсутствовала

 

ВЧ

-

связь

Если

 

бы

 

ею

 

были

 

оснащены

 

все

 

фазы

то

 

конденсаторы

 

емкостью

 

6400 

пФ

 

произвели

 

бы

 

эффективное

 

сглаживание

 

кру

-

тых

 

фронтов

 

и

 

повреждений

 

могло

 

бы

 

не

 

быть

.

Этот

 

случай

 

прямо

 

соотносится

 

с

 

двумя

 

категорическими

 

предупреждениями

 

НТД

 [1], 

одно

 

из

 

которых

 (

п

. 9.3) 

об

 

об

-

ратных

 

перекрытиях

 

уже

 

было

 

процитировано

 

здесь

 

ранее

а

 

другое

выраженное

 

в

 

п

. 9.4, 

гласит

: «

Наиболее

 

опасные

 

воздействия

 

на

 

изоляцию

 

подстанции

 

возникают

 

при

 

ударах

 

молнии

 

в

 

ближайшие

 

опоры

 

и

 

прорывах

 

на

 

провода

 

в

 

пер

-

вых

 

пролетах

». 

Но

 

вероятность

 

прорыва

 

молнии

 

мимо

 

троса

 

на

 

прово

-

да

 — 

ничтожна

в

 

то

 

время

 

как

 

любой

 

удар

 

молнии

 

в

 

прак

-

тически

 

незаземленный

 (

при

 

грунтах

 

низкой

 

проводимости

трос

 

стопроцентно

 

заканчивается

 

как

 

минимум

 

отключени

-

ем

 

ВЛ

а

 

с

 

большой

 

вероятностью

 

и

 

повреждением

 

транс

-

форматоров

Притом

 

речь

 

уже

 

должна

 

идти

 

об

 

опасности

 

ударов

 

молнии

 

не

 

только

 

в

 

ближних

 

от

 

ПС

 

пролетах

 

ВЛ

но

 

и

 

в

 

более

 

удаленных

так

 

как

 

при

 

плохопроводящих

 

грунтах

 

крутые

 

срезанные

 

волны

 

распространяются

 

в

 

первозданном

 

виде

 

практически

 

без

 

затухания

 

и

  

деформации

 (

за

 

вычетом

 

разве

 

что

 

незначительного

 

эффекта

 

от

 

импульсной

 

короны

так

 

как

 

активные

 

потери

 

при

 

возврате

 

тока

 

волны

 

в

 

земле

невелики

).

Чтобы

 

объяснить

 

фатальность

 

исхода

 

для

 

трансфор

-

маторов

 

перехода

 

через

 

их

 

межобмоточные

 

емкости

 

набе

-

гающих

 

с

 

ВЛ

 

крутых

 

волн

обратимся

 

сначала

 

к

 

рисунку

 4. 

Приведенные

 

на

 

нем

 

соотношения

 

для

 

двух

 

случаев

 

обще

-

известны

 

и

 

лежат

 

в

 

основе

 

требований

 

НТД

 (

ПТЭ

п

. 5.11.15) 

о

 

защите

 

неиспользуемых

 

трансформаторных

 

обмоток

 

подключением

 

к

 

ним

 

ОПН

  (

вентильных

 

разрядников

). 

Ва

-

риантом

 

защиты

 

без

 

ОПН

 

и

 

разрядников

 

является

 

наличие

 

подсоединенного

 

к

 

обмотке

 

кабеля

 

длиной

 

не

 

менее

 30 

м

 

(

то

 

есть

 

достаточно

 

большой

 

емкости

). 

Это

 

понятно

 

при

 

обращении

 

к

 

рисунку

 4, 

где

 

представлены

 

схемы

 

перехода

 

грозовых

 

волн

 

через

 

межобмоточные

 

емкости

 

в

 

двух

и

 

трех

-

обмоточных

 

трансформаторах

Обозначения

 «

В

» (

высокая

), 

«

С

» (

средняя

и

 «

Н

» (

низкая

относятся

 

соответственно

 

к

 

об

-

моткам

 

ВН

 (110 

кВ

), 

СН

 (35 

кВ

и

 

НН

 (6–10 

кВ

). 

В

 

практике

 

измерений

 

изоляционных

 

характеристик

 

трансформаторов

 

принято

 

одновременно

 

с

 

тангенсом

 

дельта

 

изоляции

 

об

-

моток

 

определять

 

также

 

и

 

емкости

причем

 

распространив

-

шийся

 

с

 80-

х

 

годов

 

прошлого

 

столетия

 

метод

 

измерения

 «

по

 

зонам

» 

позволяет

 

получать

 

значения

 

емкостей

 

обмоток

 

как

 

относительно

  «

земли

» (

C

В

C

С

C

Н

), 

так

 

и

 

межобмоточных

 

(

C

В

-

Н

 

для

 2-

обмоточных

 

трансформаторов

 

и

 

C

В

-

С

C

С

-

Н

C

В

-

Н

 — 

для

 3-

обмоточных

). 

Из

 

формул

 

коэффициента

 

перехода

 

на

 

рисунке

 4 

для

 

того

 

и

 

другого

 

типов

 

трансформаторов

 

видно

что

 

эти

 

коэффициенты

 

определяются

 

соотношениями

 

ем

-

костей

В

 

случае

 3-

обмоточных

 

трансформаторов

 

емкость

 

C

В

-

Н

 

близка

 

к

 

нулю

 

ввиду

 

разделенности

 

обмоток

 

ВН

 

и

 

НН

 

обмоткой

 

СН

поэтому

 

ее

 

подключение

 

изображено

 

пунктир

-

ной

 

линией

а

 

сама

 

она

 

в

 

расчетных

 

формулах

 

не

 

участвует

С

 

использованием

 

многих

 

сотен

 

результатов

 

много

-

летних

 

измерений

 

соответствующих

  «

зонных

» 

емкостей

 

для

 

всевозможных

 

типов

 

трансформаторов

 110 

кВ

 

от

 10 

до

 

63 

МВА

 

значение

 

K

п

(3)

 

было

 

получено

 

в

 

среднем

 0,53, 

что

 

годилось

 

бы

 

и

 

для

 

оценки

 

события

 

на

 

ПС

 «

Нуриевская

» 

с

 

ее

 

3-

обмоточными

 

трансформаторами

Однако

 

необычное

 

по

-

следствие

 — 

разрушение

 

обмоток

 35 

кВ

 

сразу

 

двух

 

транс

-

форматоров

 

от

 

волн

набежавших

 

с

 

ВЛ

 110 

кВ

заставляет

 

Рис

. 4. 

Схемы

 

перехода

 

грозовых

 

волн

 

между

 

обмотками

 

трансформатора

2-

обмоточный

 

трансформатор

3-

обмоточный

 

трансформатор

 

C

В

-

С

U

C

 = 

U

0

 · — = 

U

K

П

(3)

 

C

С

-

Н

 

C

Н

 

C

В

-

С

 + 

C

С

 + —

 

C

С

-

Н

 + 

C

Н

 

C

В

-

Н

U

Н

 = 

U

· — = 

U

K

П

(2)

 

C

В

-

Н

 + 

C

Н

K

П

(3)

 = 

U

/

U

0

K

П

(2)

 = 

U

Н

 

/

U

0


Page 6
background image

42

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 1(8), 

май

 2018

обратить

 

внимание

 

на

 

то

 

обстоятельство

что

 

при

 

грозовом

 

процессе

с

 

его

 

микросекундными

 

импульсами

нельзя

 

опе

-

рировать

 

величинами

 

емкостей

измеренными

 

на

 

частоте

 

50 

Гц

Совершенно

 

определенно

что

 

тем

 

более

 

при

 

срезан

-

ных

 

импульсах

 

длительностью

 

порядка

 3 

мкс

 

должна

 

играть

 

роль

 

зависимость

 

емкости

 

от

 

времени

Емкость

 

как

 

мера

 

накопления

 

заряда

 

зависит

 

от

 

вида

 

приложенного

 

напря

-

жения

вызывающего

 

протекание

 

в

 

изоляции

 

тех

 

или

 

иных

 

видов

 

поляризации

, — 

значит

следует

 

обратить

 

внимание

 

на

 

то

какие

 

виды

 

изоляции

 

преобладают

 

в

 

зонах

форми

-

рующих

 

ту

 

и

 

другую

 

емкости

то

 

есть

 

емкость

  «

на

 

землю

» 

и

 

межобмоточную

Нетрудно

 

видеть

что

 

основной

 

изоляци

-

ей

 

между

 

обмотками

 

является

 

трансформаторное

 

масло

 — 

нейтральный

 

диэлектрик

для

 

которого

 

характерна

 

атомная

 

поляризация

или

 

поляризация

 

деформации

завершающа

-

яся

 

за

 

время

 

не

 

более

 10

–13

 

с

то

 

есть

 

на

 

много

 

порядков

 

меньше

 

длительности

 

полной

 

грозовой

 

волны

не

 

превыша

-

ющей

 100 

мкс

или

 10

–4

 

с

Поэтому

 

емкость

 

межобмоточная

в

 

аспекте

 

грозового

 

процесса

является

  «

геометрической

», 

достигающей

 

своей

 

предельной

 

величины

 

при

 

сколь

 

угодно

 

высоких

 

частотах

 — 

следовательно

и

 

при

 

коротком

 

грозо

-

вом

 

импульсе

 

как

 

аналоге

 

высокочастотных

 

колебаний

.

Изоляция

 

же

 

обмоток

  «

на

 

землю

» 

состоит

 

из

 

пропи

-

танных

 

маслом

 

твердых

 

полярных

 

диэлектриков

  (

бума

-

га

картон

дерево

пластики

), 

для

 

которых

 

свойственны

 

медленные

 

виды

 

поляризаций

  (

вплоть

 

до

 

внутрислоевой

 

и

 

высоковольтной

), 

завершающихся

 

от

 

момента

 

приложе

-

ния

 

напряжения

 

за

 

промежутки

 

времени

измеряемые

 

не

 

то

 

что

 

секундами

а

 

и

 

минутами

Эти

 

различения

 

общеиз

-

вестны

 

и

 

применяются

 

издавна

 

в

 

технической

 

диагностике

 

в

 

разных

 

практических

 

целях

 — 

например

для

 

определения

 

увлаж

 

нения

 

изоляции

 

по

 

величине

 

отношения

 

C

2

 / 

C

50

когда

 

сравнение

 

даже

 

на

 

частотах

 50 

и

 2 

Гц

 

дает

 

ощутимо

 

разные

 

результаты

Поэтому

 

полная

, «

физическая

» 

емкость

 

изоля

-

ции

 «

на

 

землю

» 

при

 

грозовом

 

процессе

 

не

 

реализуется

 — 

за

 

сотню

 

микросекунд

 

не

 

успевает

 

произойти

 

разделения

 

за

-

рядов

 

и

 

их

 

накопления

а

 

явление

 

абсорбции

 

как

 

таковой

 

в

 

обычном

 

понимании

 

просто

 

не

 

имеет

 

места

Но

 

раз

 

нет

 

зарядов

 — 

нет

 

и

 

емкости

она

 

остается

 

на

 

уровне

 

нуля

Под

-

ставляя

 

в

 

любую

 

из

 

формул

 

на

 

рисунке

 4 (

хоть

 

для

 2-, 

хоть

 

для

 3-

обмоточного

 

трансформаторов

C

Н

 = 0 

и

 

C

С

 = 0, 

мы

 

получаем

 

K

п

(2)

 = 1 

и

 

K

п

(3)

 = 1.

Но

 

это

 

значит

что

 

в

 

случае

 

ПС

  «

Нуриевская

» 

с

 

обмо

-

ток

 110 

кВ

 

на

 

обмотки

 35 

кВ

 

перешли

 

набежавшие

 

крутые

 

срезанные

 

волны

 

практически

 

полной

 

величиной

 650 

кВ

вызвав

 

превышение

 

в

 3 

раза

 

предельно

 

допустимого

 

для

 

обмоток

 35 

кВ

 

среднего

 

градиента

 210 

кВ

/

мкс

Для

 

обмо

-

ток

 110 

кВ

 

аналогичный

 

параметр

 

составляет

 525 

кВ

/

мкс

Возможно

и

 

он

 

был

 

превышен

но

 

пробило

 

там

где

 

крат

-

ность

 

превышения

 

была

 

гораздо

 

больше

то

 

есть

 

на

 

стороне

 

35 

кВ

Витковые

 

замыкания

 

были

 

неотвратимы

 

там

 

и

 

тогда

 

(

где

 

рассмотрено

и

 

остаются

 

перманентной

 

угрозой

 

любому

 

трансформатору

 

в

 

регионах

 

с

 

грунтами

 

низкой

 

проводимо

-

сти

причем

 

еще

 

и

 

при

 

очень

 

растянутом

 

диапазоне

 

расстоя

-

ний

 

от

 

места

 

удара

 

молнии

 

в

 

ВЛ

 

до

 

ПС

 

из

-

за

 

слабых

 

затуха

-

ний

 

и

 

деформаций

а

 

не

 

только

 

при

 

близких

 

поражениях

 

ВЛ

Какую

-

то

 

надежду

 

подают

 

случайные

 

наличия

 

на

 

ВЛ

 110 

кВ

 

ВЧ

-

связи

когда

 

конденсаторы

 

спасают

 

ситуацию

оказыва

-

ясь

 

на

 

пути

 

грозовой

 

волны

и

 

этот

 

положительный

 

фактор

 

нельзя

 

сбрасывать

 

со

 

счета

.

Еще

 

более

 

опасен

 

переход

 

волн

 

с

 

обмотки

 110 

кВ

 

на

 

об

-

мотки

 6 

или

 10 

кВ

 

в

 

трансформаторах

 

с

 

расщепленной

 

об

-

моткой

где

 

каждая

 

из

 

них

находясь

 

в

 

одинаковых

 

простран

-

ственных

 

условиях

 

по

 

отношению

 

к

 

обмотке

 110 

кВ

получает

 

совершенно

 

недопустимый

 

для

 

нее

 

уровень

 

переходящего

 

воздействия

от

 

которого

 

ОПН

-6 

или

 10 

кВ

 

витковую

 

изоля

-

цию

 

не

 

защищают

 — 

их

 

функцией

 

является

 

защита

 

только

 

главной

 

изоляции

 («

фаза

 — 

фаза

» 

и

 «

фаза

 — 

земля

»).

III. 

ПС

 110/10 

кВ

 «

Гранит

». 

Август

 2010 

года

ПС

 «

Гранит

» 

подключена

 

ответвлением

 0,74 

км

 

к

 

маги

-

стральной

 

ВЛ

 110 

кВ

 «

К

 — 

О

». 

Удар

 

молнии

 

в

 

опору

 

 8 

этой

 

линии

 

на

 

расстоянии

 0,31 

км

 

от

 

отпаечной

 

опоры

 

вызвал

 

на

 

опоре

 

 8 (

рисунок

 5) 

обратное

 

перекрытие

 

изоляции

 

на

 

фазе

 «

А

». 

При

 

этом

 

на

 

ПС

 «

Гранит

» 

действием

 

газовой

 

за

-

щиты

 

трансформатора

 1

Т

 

типа

 

ТРДН

-32000/110/10/10 

вклю

-

В

Л

-1

10

кВ

«К

—О

»

грозотрос

к ПС «К»

ОД-110

КЗ-110

ОПН-10

ОПН-10

ПС «Гранит»

ТРДН-40000/110/10/10

ЗОН-110

РВ

С-1

1

0

РВ

С-15

РВ

С-35

к ПС «О»

гро

зо

трос

U

0

0,3

м

0,74 км

Рис

. 5. 

Схема

 

для

 

случая

 

грозового

 

повреждения

 

трансформатора

 1

Т

 

на

 

ПС

 «

Гранит

»

Техсовет


Page 7
background image

43

чился

 

короткозамыкатель

 

КЗ

-110, 

что

 

привело

 

к

 

отключению

 

ВЛ

 110 

кВ

 «

К

 — 

О

» 

с

 

обеих

 

сторон

 

и

 

отключению

 

в

 

бесто

-

ковую

 

паузу

 

отделителя

 

ОД

-110 

с

 

последующим

 

успешным

 

АПВ

 

линии

Как

 

было

 

установлено

 

измерениями

 

и

 

впоследствии

 

осмотром

в