Опыт разработки, проектирования и эксплуатации грозозащиты ВЛ 110 кВ на основе применения линейных разрядников

Page 1
background image

Page 2
background image

68

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

Опыт

 

разработки

проектирования

 

и

 

эксплуатации

 

грозозащиты

 

ВЛ

 110 

кВ

 

на

 

основе

 

применения

 

линейных

 

разрядников

Богач

 

И

.

И

., 

АО

 «

Тюменьэнерго

»

к

.

т

.

н

Гайворонский

 

А

.

С

., 

филиал

 

АО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

» — 

СибНИИЭ

Лопатин

 

В

.

В

., 

филиал

 

АО

 «

Тюменьэнерго

» — 

Ноябрьские

 

электрические

 

сети

Аннотация

Настоящая

 

статья

 

нацелена

 

на

 

обобщение

 

накопленного

 

опыта

 

проектирования

 

и

 

экс

-

плуатации

 

грозозащиты

 

ВЛ

 110 

кВ

 

АО

 «

Тюменьэнерго

» 

с

 

применением

 

ЛР

На

 

примере

 

пилотных

 

ВЛ

 110 

кВ

 

Губкинская

 — 

Новогодняя

 

и

 

ВЛ

 110 

кВ

 

Контур

 — 

Ай

-

Пимская

 

анали

-

зируются

 

причины

 

низкой

 

грозоупорности

 

ВЛ

 110 

кВ

рассматриваются

 

основные

 

тех

-

нические

 

решения

 

по

 

грозозащите

 

с

 

применением

 

ЛР

приводятся

 

обобщенные

 

данные

 

опыта

 

эксплуатации

 

ВЛ

 110 

кВ

 

до

 

и

 

после

 

установки

 

на

 

них

 

защитных

 

аппаратов

.

Ключевые

 

слова

:

ограничитель

 

перенапряжений

 (

ОПН

), 

ограничитель

 

перенапряжений

 

линейный

 (

ОПН

 

ЛИ

), 

линейные

 

разрядники

 (

ЛР

)

Введение

Традиционная

 

система

 

грозозащиты

 

воздушных

 

линий

 

электропередачи

  (

ВЛ

высших

 

классов

 

напряжения

 

основывается

 

на

 

применении

 

защитных

 

тросов

 

и

 

заземлении

 

опор

Линейные

 

раз

-

рядники

 

с

 

внешним

 

искровым

 

промежутком

 (

ЛР

относятся

 

к

 

специальным

 

средствам

 

грозозащи

-

ты

применение

 

которых

 

показано

 

в

 

тех

 

случаях

когда

 

традиционная

 

система

 

грозозащиты

 

не

 

может

 

быть

 

реализована

 

в

 

полной

 

мере

 

по

 

тем

 

или

 

иным

 

причинам

 

и

 (

или

оказывается

 

недо

-

статочно

 

эффективной

В

 

частности

это

 

относится

 

к

 

грозозащите

 

ВЛ

 110 

кВ

эксплуатируемых

 

в

 

районах

 

с

 

высоким

 

удельным

 

сопротивлением

 

грунтов

.

Проблема

 

грозозащиты

 

ВЛ

 110 

кВ

 

достаточно

 

остро

 

стоит

 

на

 

предприятиях

 

АО

  «

Тюмень

-

энерго

». 

Для

 

регионов

 

севера

 

Тюменской

 

области

 

характерно

 

крайне

 

неблагоприятное

 

с

 

точки

 

зрения

 

грозозащиты

 

сочетание

 

природно

-

климатических

 

условий

а

 

именно

сочетание

 

сухих

 

песчаных

 

и

 

многолетнемерзлых

 

грунтов

 

с

 

удельным

 

сопротивлением

 1000 

Ом

· 

м

 

и

 

более

 

с

 

уме

-


Page 3
background image

69

НОВЫЕ

 

ТЕХНОЛОГИИ

 

И

 

МАТЕРИАЛЫ

ренной

но

 

далеко

 

не

 

низкой

 

грозовой

 

активностью

 (

от

 20 

до

 60 

г

.

ч

.). 

Удельные

 

показатели

 

по

 

числу

 

грозовых

 

отключений

 

наиболее

 

проблемных

 

ВЛ

 110 

кВ

 

в

 

этих

 

регионах

 

могут

 

составлять

 

5–10 

отключений

 

на

 100 

км

 

в

 

год

что

 

значительно

 

превышает

 

аналогичные

 

средние

 

статисти

-

ческие

 

показатели

 

по

 

числу

 

отключений

 

для

 

линий

 

данного

 

класса

 

напряжения

 [1]. 

Причина

 

низ

-

кой

 

грозоупорности

 

ВЛ

 110 

кВ

 

в

 

рассматриваемых

 

условиях

 — 

недостаточная

 

эффективность

 

существующих

 

традиционных

 

средств

 

грозозащиты

 (

защитных

 

тросов

 

и

 

заземления

 

опор

), 

что

в

 

свою

 

очередь

обусловлено

 

высокими

 

удельными

 

сопротивлениями

 

грунтов

 (> 1000 

Ом

· 

м

), 

как

 

следствие

высокими

 

сопротивлениями

 

заземления

 

опор

 

и

 

повышенной

 

вероятностью

 

обратно

-

го

 

перекрытия

 

линейной

 

изоляции

 

при

 

ударах

 

молнии

 

в

 

трос

В

 

этих

 

условиях

как

 

правило

не

 

удается

 

обеспечить

 «

нормальные

» 

сопротивления

 

заземления

 

опор

как

 

того

 

требуют

 

ПУЭ

 [2]. 

Отчасти

 

это

 

связано

 

с

 

технологическими

 

трудностями

 

прокладки

 

заземлителей

 

в

 

многолетне

-

мерзлых

 

грунтах

 

и

 

сильно

 

заболоченной

 

местности

Помимо

 

этого

существуют

 

и

 

физические

 

ограничения

 

на

 

возможное

 

снижение

 

сопротивления

 

заземления

 

опор

 

на

 

импульсном

 

токе

 

мол

-

нии

 [3]. 

Большая

 

часть

 

ВЛ

 110 

кВ

 

АО

 «

Тюменьэнерго

» 

выполнена

 

на

 

высоких

 

двухцепных

 

опорах

 

башенного

 

типа

что

 

также

 

негативно

 

сказывается

 

на

 

их

 

грозоупорности

С

 

увеличением

 

высоты

 

опор

 

возрастает

 

число

 

ударов

 

молнии

 

в

 

трос

 (

опору

), 

индуктивность

 

опоры

В

 

совокупности

 

с

 

вы

-

сокими

 

сопротивлениями

 

заземления

 

опор

 

это

 

приводит

 

к

 

дополнительному

 

увеличению

 

числа

 

грозовых

 

отключений

 

ВЛ

 

из

-

за

 

обратных

 

перекрытий

 

изоляции

Кроме

 

того

при

 

выполнении

 

ВЛ

 

на

 

двухцепных

 

опорах

 

существенно

 

возрастает

 

риск

 

двухцепных

 

коротких

 

замыканий

 

с

 

одно

-

временным

 

отключением

 

двух

 

цепей

 

и

 

потерей

 

резервирования

 

питания

По

 

опыту

 

эксплуатации

 

доля

 

двухцепных

 

грозовых

 

отключений

 

ВЛ

 110 

кВ

 

достаточно

 

велика

 

и

 

составляет

 

от

 50 

до

 75%. 

Проблема

 

низкой

 

грозоупорности

 

ВЛ

 110 

кВ

 

АО

 «

Тюменьэнерго

» 

усугубляется

 

тем

что

 

по

 

ним

 

осуществляется

 

централизованное

 

электроснабжение

 

предприятий

 

газа

 

и

 

нефтедобычи

к

 

ко

-

торым

 

предъявляются

 

повышенные

 

требования

 

надежности

Грозовые

 

отключения

 

ВЛ

 110 

кВ

 

и

 

связанные

 

с

 

ними

 

посадки

 

напряжения

 

или

 

потеря

 

питания

 

на

 

шинах

 

ПС

 

приводят

 

к

 

останов

-

ке

 

и

 

вынужденным

 

простоям

 

технологического

 

оборудования

значительным

 

снижениям

 

добы

-

чи

 

нефти

 

нефтегазодобывающими

 

предприятиями

являющимися

 

основными

 

потребителями

 

АО

 «

Тюменьэнерго

». 

Автоматическое

 

повторное

 

включение

являющееся

 

резервным

 

средством

 

повышения

 

надежности

 

электроснабжения

 

при

 

грозовых

 

отключениях

 

ВЛ

в

 

данном

 

случае

 

не

 

дает

 

положительного

 

эффекта

В

 

силу

 

особенности

 

объектов

 

газа

 

и

 

нефтедобычи

 (

наличия

 

син

-

хронных

 

электродвигателей

), 

для

 

них

 

не

 

допустимы

 

даже

 

кратковременные

 

посадки

 

напряжения

 

или

 

потеря

 

питания

 

на

 

время

 

бестоковой

 

паузы

 

АПВ

.

Применение

 

ЛР

устанавливаемых

 

на

 

опорах

 

ВЛ

 

и

 

обеспечивающих

 

защиту

 

изоляции

 

от

 

гро

-

зовых

 

перенапряжений

является

 

наиболее

 

эффективной

 

мерой

 

повышения

 

грозоупорности

 

ВЛ

 

110 

кВ

 

в

 

рассматриваемой

 

ситуации

Разрядники

 

данного

 

типа

 

широко

 

применяются

 

за

 

рубежом

начиная

 

с

 

середины

 80-

х

 

годов

 

прошлого

 

века

 [4]. 

В

 

последние

 

годы

благодаря

 

усилиям

 

энерго

-

компаний

а

 

также

 

научно

-

проектных

 

организаций

 

и

 

производителей

 

ОПН

 (

ЛР

), 

они

 

начали

 

актив

-

но

 

внедряться

 

и

 

в

 

России

 [5]. 

АО

 «

Тюменьэнерго

» 

является

 

пионером

 

по

 

внедрению

 

технологий

 

грозозащиты

 

ВЛ

 110 

кВ

 

с

 

применением

 

ЛР

 

и

 

занимает

 

лидирующие

 

позиции

 

в

 

этой

 

области

В

 1998 

году

 

филиалом

 

АО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

» — 

СибНИИЭ

 

по

 

заданию

 

АО

 «

Тюменьэнерго

» 

были

 

разработаны

 

и

 

установлены

 

в

 

опытную

 

эксплуатацию

 

первые

 

отечественные

 

конструкции

 

ЛР

 

на

 

напряжение

 110 

кВ

В

 2007–2008 

годах

 

были

 

реализованы

 

пилотные

 

проекты

 

повышения

 

грозоупорности

 

ВЛ

 110 

кВ

 

Губкинская

 — 

Новогодняя

 

и

 

ВЛ

 110 

кВ

  

Контур

 — 

Ай

-

Пимская

В

 

рамках

 

данных

 

проектов

выполненных

 

филиалом

 

АО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

» — 

СибНИИЭ

 

совместно

 

с

 

ЗАО

 

«

ФЕНИКС

-88», 

были

 

разработаны

 

основные

 

технические

 

решения

 

по

 

грозозащите

 

с

 

применени

-

ем

 

ЛР

В

 

последующие

 

годы

учитывая

 

положительный

 

опыт

 

эксплуатации

 

пилотных

 

ВЛ

 110 

кВ


Page 4
background image

70

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

данные

 

технические

 

решения

 

были

 

приняты

 

в

 

качестве

 

типовых

и

 

на

 

их

 

основе

 

реализованы

 

проекты

 

повышения

 

грозоупорности

 

наиболее

 

проблемных

 

ВЛ

 110 

кВ

 

общей

 

протяженностью

 

более

 1200 

км

.

Анализ

 

грозоупорности

 

ВЛ

 110 

кВ

Предварительный

 

ана

-

лиз

 

грозоупорности

  (

до

реконструкции

 

ВЛ

вклю

-

чал

 

обследование

 

за

-

земляющих

 

устройств

 

опор

анализ

 

первичной

 

информации

  (

эксплуата

-

ционных

 

данных

по

 

гро

-

зовым

 

отключениям

 

и

 

чи

-

сленное

  (

компьютерное

моделирование

 

грозопо

-

ражаемости

 

ВЛ

 110 

кВ

.

Основные

 

характе

-

ристики

 

пилотных

 

ВЛ

 

110 

кВ

 

приведены

 

в

 

таб

-

лицах

 1 

и

 2. 

ВЛ

 110 

кВ

 

Губкинская

 — 

Новогод

-

няя

 

выполнена

 

на

 

типо

-

вых

 

двухцепных

 

метал

-

лических

 

опорах

 

П

110-4, 

отпайка

 

на

 

ПС

  «

Вынга

-

яхинская

» — 

на

 

одно

-

цепных

 

металлических

 

опорах

 

ПМО

110-3 

двумя

 

линиями

проходящими

 

в

 

одном

 

коридоре

ВЛ

 

110 

кВ

 

Контур

 — 

Ай

-

Пим

-

ская

 

выполнена

 

на

 

типо

-

вых

 

двухцепных

 

метал

-

лических

 

опорах

 

П

110-2, 

П

110-4 

и

 

железобетон

-

ных

 

опорах

 

ПБ

110-2. 

Защита

 

ВЛ

 

от

 

пря

-

мых

 

ударов

 

молнии

 

обеспечивается

 

грозо

-

защитными

 

тросами

установленными

 

по

 

всей

 

длине

 

линии

угол

 

защиты

 

не

 

превышает

 

30 

градусов

В

 

качестве

 

Табл

. 1. 

Характеристики

 

ВЛ

 110 

кВ

 

Губкинская

 — 

Новогодняя

Наименование

характеристики

Значение

 

для

 

участка

 

ВЛ

:

ПС

 «

Губкинская

» —

ПС

 «

Новогодняя

»

Отпайка

 

на

 

ПС

«

Вынгаяхинская

»

Протяженность

 

ВЛ

км

56,36

8,78 (

трасса

 

ВЛ

)

Количество

 

цепей

2

линии

 

в

 

одном

 

коридоре

Тип

 (

количество

опор

П

-110-4 (173)

У

-110-2 (16)

I: 

ПМО

110-3 (25);

У

-110-4 (6)

II: 

У

-110-3 (6)

ПМО

-110-3 (25) 

Тип

 

изоляторов

 

в

 

гирляндах

ПС

70-

Д

ПС

70-

Д

Сопротивление

заземления

 

опор

Ом

• 

среднее

 

значение

132

• 

среднее

 

квадратическое

 

отклонение

74

Среднегодовая

 

продолжи

-

тельность

 

гроз

ч

30

Табл

. 2. 

Характеристики

 

ВЛ

 110 

кВ

 

Контур

 — 

Ай

-

Пимская

Наименование

характеристики

Значение

 

для

 

участка

 

ВЛ

ПС

 «

Контур

» —

ПС

 «

Алехинская

»

ПС

 «

Алехинская

» — 

ПС

 «

Ай

-

Пимская

»

Протяженность

 

ВЛ

км

46,7

35,7

Количество

 

цепей

2

Тип

 (

количество

опор

У

110-2 (14)

У

110-4 (8)

П

110-2, (39)

П

110-4 (28) 

ПБ

110-2 (108))

П

110-4 (98)

Тип

 

изоляторов

 

в

 

гирляндах

ПС

70-

Д

ПС

70-

Д

Сопротивление

заземления

 

опор

Ом

• 

среднее

 

значение

68

• 

среднее

 

квадратическое

 

отклонение

53

Среднегодовая

 

продолжи

-

тельность

 

гроз

ч

30


Page 5
background image

71

НОВЫЕ

 

ТЕХНОЛОГИИ

 

И

 

МАТЕРИАЛЫ

заземляющих

 

устройств

 

опор

 

ВЛ

 

110 

кВ

 

используются

 

естествен

-

ные

 

заземлители

 

в

 

виде

 

свайных

 

фундаментов

стоек

 

железобе

-

тонных

 

опор

Грунты

 

по

 

трассам

 

линий

 

представлены

 

суглинками

 

и

 

песками

частично

 — 

многолетне

-

мерзлыми

 

породами

Удельное

 

эк

-

вивалентное

 

сопротивление

 

грунта

 

варьируется

 

от

 300 

до

 10 000 

Ом

· 

м

Сопротивления

 

заземления

 

опор

полученные

 

в

 

ходе

 

обследования

 

ВЛ

существенно

 

превышают

 

нор

-

мированные

 

ПУЭ

 

и

 

их

 

распределе

-

ние

 

по

 

линиям

 

очень

 

неоднородно

 

(

таблицы

 1 

и

 2). 

При

 

средних

 

зна

-

чениях

 56 

и

 132 

Ом

 

коэффициенты

 

их

 

вариации

 

составляют

 94 

и

 55% 

соответ

 

ственно

Обобщенные

 

данные

 

опыта

 

экс

-

плуатации

 

по

 

грозовым

 

отключениям

 

ВЛ

 110 

кВ

 

в

 

предшествующий

 

период

 

до

 

установки

 

ЛР

 

приведены

 

в

 

таблице

 3. 

Удельные

 

показатели

 

по

 

числу

 

грозовых

 

отключений

 

состав

-

ляют

 7,1–7,9 

отключений

 

на

 100 

км

 

в

 

год

что

 

более

 

чем

 

в

 7 

раз

 

превышает

 

аналогичные

 

средние

 

статистические

 

показатели

 

для

 

линий

 

данного

 

класса

 

напряжения

 (0,3–2,3 

отклю

-

чения

 

на

 100 

км

 

в

 

год

среднее

 

значение

 — 1,0/100 

км

/

год

 [1]). 

При

 

этом

 

доля

 

двухцепных

 

отключений

 

составляет

 

более

 50%. 

Расчетный

 

анализ

 

грозоупорности

 

ВЛ

 

проводился

 

в

 

соответствии

 

с

 

рекомендация

-

ми

 [1]. 

Численные

 

расчеты

 

характеристик

 

грозопоражаемости

 

ВЛ

 

выполнялись

 

по

 

про

-

грамме

 LIGHTNING.1, 

основанной

 

на

 

модели

 

ориентировки

 

лидера

 

молнии

 [6], 

расчеты

 

грозовых

 

перенапряжений

 

и

 

вероятности

 

обратного

 

перекрытия

 

изоляции

 — 

по

 

программе

 

LineLightStroke (

разработка

 

филиала

 

АО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

» — 

СибНИИЭ

). 

В

 

расчетах

 

прини

-

мались

 

следующие

 

исходные

 

данные

 

по

 

конструктивным

 

параметрам

 

ВЛ

 

и

 

параметрам

 

разрядов

 

молнии

:

а

геометрическое

 

расположение

 

проводов

тросов

 — 

в

 

соответствии

 

со

 

схемами

 

подвески

 

на

 

опорах

); 

средняя

 

длина

 

пролета

П

110-2, 

П

110-4 — 300 

м

ПМО

110-3 — 280 

м

ПБ

110-2 — 

200 

м

;

б

наибольшее

 

рабочее

 (

фазное

напряжение

 — 73 

кВ

;

в

уровень

 

импульсной

 

электрической

 

прочности

 

изоляции

в

 

соответствии

 

с

 

вольт

-

секундной

 

характеристикой

 

гирлянд

 

изоляторов

 8×

ПС

70 

Д

;

г

сопротивление

 

заземления

 

опор

 

варьировалось

 

в

 

диапазоне

 10–150 

Ом

;

д

закон

 

распределения

 

амплитуд

 

токов

 

молнии

 

для

 

ударов

 

в

 

землю

 — 

логарифмически

 

нор

-

мальный

 

закон

 

распределения

 

с

 

параметрами

log

I

 = 1,36; 

log

I

 = 0,32 

в

 

соответствии

 

с

 

ре

-

комендациями

 

СИГРЭ

, [7];

е

плотность

 

ударов

 

молнии

 

в

 

землю

 — 0,84 

удара

/

км

2

/

год

 

при

 

средней

 

продолжительности

 

гроз

 

в

 

часах

 — 30 

г

.

ч

. [1, 7].

Табл

. 3. 

Эксплуатационные

 

показатели

грозоупорности

 

ВЛ

 110 

кВ

Наименование

характеристики

Значение

 

для

 

ВЛ

Губкинская

 — 

Новогодняя

Контур

 —

Ай

-

Пимская

Протяженность

 

ВЛ

км

65,14

82,4

Объем

 

опыта

эксплуатации

км

· 

лет

390,84

494,4

Число

 

грозовых

отключений

 

за

 

период

 

наблюдения

:

• 1 

цепь

• 2 

цепь

• 1 

и

 2 

цепь

• 

в

 

целом

8
9

15
32

7
9

18
34

Удельное

 

число

 

грозовых

 

отключений

, 1/100 

км

/

год

7,9

7,1


Page 6
background image

72

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

Результаты

 

расчетов

 

представлены

 

в

 

таблицах

 4 

и

 5, 

где

 

приводятся

 

харак

-

теристики

 

грозопоражаемости

 

и

 

ожи

-

даемое

 

расчетное

 

число

 

грозовых

 

отключений

 

ВЛ

 110 

кВ

Расчетные

 

зави

-

симости

 

вероятности

 

обратного

 

пере

-

крытия

 

изоляции

 

от

 

сопротивления

 

за

-

земления

 

опор

 

показаны

 

на

 

рисунке

 1. 

Согласно

 

расчетным

 

данным

грозовые

 

отключения

 

ВЛ

 110 

кВ

 

даже

 

при

 

относи

-

тельно

 

низких

 

сопротивлениях

 

зазем

-

ления

 

опор

 (10–30 

Ом

обусловлены

 

в

 

основном

 

обратными

 

перекрытиями

 

изоляции

 

при

 

ударах

 

молнии

 

в

 

трос

 

(

опору

). 

При

 

больших

 

сопротивлениях

 

заземления

 

опор

 (~100 

Ом

практиче

-

ски

 

каждый

 

удар

 

молнии

 

в

 

линию

 (

трос

приводит

 

к

 

обратному

 

перекрытию

 

изоляции

 

с

 

вероятностью

 

более

 80%. 

Отключения

 

ВЛ

 

из

-

за

 

прорывов

 

молнии

 

через

 

тросовую

 

защиту

 (

прямые

 

удары

 

в

 

провод

маловероятны

 

и

 

не

 

являются

 

определяющими

В

 

основном

 

при

 

этом

 

поражаются

 

верхние

 

фазы

  (

в

 70–80% 

случаев

).

Удельные

 

показатели

 

по

 

числу

 

грозовых

 

отключений

 

ВЛ

 110 

кВ

 

на

 

участках

выполненных

 

на

 

двухцепных

 

опорах

 

П

110-4 

и

 

одноцепных

 

опорах

 

ПМО

110-3 (

в

 

сумме

 

для

 

двух

 

линий

 

в

 

одном

 

коридоре

), 

примерно

 

одина

-

ковы

В

 

последнем

 

случае

однако

полностью

 

исключаются

 

двухцепные

 

отключения

Удельное

 

число

 

грозо

-

вых

 

отключений

 

ВЛ

 110 

кВ

 

на

 

опорах

 

ПБ

110-2 

примерно

 

на

 30% 

меньше

чем

 

на

 

опорах

 

П

110-4 

и

 

П

110-2. 

Это

 

объяс

-

няется

 

существенно

 

меньшей

 

высотой

 

этих

 

опор

следствием

 

чего

 

является

 

уменьшение

 

числа

 

ударов

 

молнии

 

в

 

ли

-

нию

 

и

 

вероятности

 

обратного

 

перекры

-

Табл

. 4. 

Расчетные

 

характеристики

грозо

 

поражаемости

 

и

 

показатели

 

грозоупор

-

ности

 

ВЛ

 110 

кВ

 

Губкинская

 — 

Новогодняя

Наименование

характеристики

Значение

для

 

участка

 

ВЛ

Для

 

линии

 

в

 

целом

на

 

опорах

 

П

110-4

на

 

опорах

 

ПМО

110-3

Число

 

ударов

 

молнии

,

1/100 

км

/

год

• 

в

 

трос

• 

фазный

 

провод

12,3
0,12

14,1
0,14

12,5

0,12

Удельное

 

число

 

грозовых

 

отключений

, 1/100 

км

/

год

• 

от

 

ударов

 

в

 

провод

• 

от

 

ударов

 

в

 

трос

(

R

З

.

СР

 = 132 

Ом

)

• 

суммарное

0,11

9,4

9,5

0,12

10,2

10,3

0,11

9,5

9,6

Табл

. 5. 

Расчетные

 

характеристики

грозо

 

поражаемости

 

и

 

показатели

 

грозо

 

упор

-

ности

 

ВЛ

 110 

кВ

 

Контур

 — 

Ай

-

Пимская

Наименование

характеристики

Значение

для

 

участка

 

ВЛ

Для

 

линии

 

в

 

целом

на

 

опорах

 

П

110-2, 

П

110-4

на

 

опорах

 

ПБ

110-2

Число

 

ударов

 

молнии

,

1/100 

км

/

год

• 

в

 

трос

• 

фазный

 

провод

12,3
0,12

8,6

0,11

11,2
0,12

Удельное

 

число

 

грозовых

 

отключений

, 1/100 

км

/

год

• 

от

 

ударов

 

в

 

провод

• 

от

 

ударов

 

в

 

трос

(

R

З

.

СР

 = 70 

Ом

)

• 

суммарное

0,11

7,8

7,3

0,10

5.1

5,2

0,11

6,9

7,0

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 110 120 130 140 150

Вер

о

ятность перекрытия изо

л

яции, 

о.е.

 

Сопротивление заземления опоры, Rз, Ом 

П110-4 

ПБ110-2 

ПМО110-3 

Рис

. 1. 

Зависимости

 

вероятности

обратного

 

перекрытия

 

изоляции

при

 

ударах

 

молнии

 

в

 

трос

опору

 

от

сопротивления

 

заземления

 

опор


Page 7
background image

73

НОВЫЕ

 

ТЕХНОЛОГИИ

 

И

 

МАТЕРИАЛЫ

тия

 

изоляции

Следует

 

отметить

что

 

расчетное

 

число

 

грозовых

 

отключений

 

хорошо

 

согласу

-

ется

 

с

 

данными

 

опыта

 

эксплуатации

Косвенным

 

образом

 

это

 

свидетельствует

 

о

 

корректности

 

первичной

 

информации

 

о

 

грозовых

 

отключениях

 

по

 

данным

 

опыта

 

эксплуатации

 

и

 

подтвер

-

ждает

 

достоверность

 

расчетных

 

оценок

.

Технические

 

решения

 

по

 

повышению

 

грозоупорности

 

ВЛ

Основные

 

технические

 

решения

 

по

 

повышению

 

грозоупорности

 

ВЛ

 110 

кВ

 

с

 

применением

 

ЛР

 

включают

 

выбор

 

схемы

 

защиты

определение

 

требований

 

к

 

конструкции

 

и

 

характеристикам

 

ЛР

Конструкция

 

и

 

характеристики

 

ЛР

 

В

 

настоящее

 

время

 

для

 

защиты

 

изоляции

 

ВЛ

 

от

 

грозовых

 

перенапряжений

 

применяются

 

защитные

 

аппараты

 

двух

 

типов

 [4, 5]: 

линейные

 

ОПН

 

и

 

ЛР

 

с

 

внешним

 

искровым

 

промежутком

В

 

рассматри

-

ваемом

 

применении

для

 

защиты

 

изоляции

 

ВЛ

 110 

кВ

 

от

 

обратных

 

перекрытий

 

при

 

ударах

 

молнии

 

в

 

трос

  (

опору

), 

предпочтительны

 

ЛР

 

с

 

внешним

 

искровым

 

промежутком

 [5]. 

Благодаря

 

наличию

 

искрового

 

промежутка

отделяющего

 

рабочий

 

резистор

 (

нелинейное

 

сопротивление

ЛР

 

от

 

прово

-

да

они

 

имеют

 

ряд

 

неоспоримых

 

преимуществ

 

по

 

сравнению

 

с

 

ОПН

Главное

 

из

 

них

 

заключается

 

в

 

том

что

 

нелинейное

 

сопротивление

 

ЛР

 

не

 

находится

 

постоянно

 

под

 

рабочим

 

напряжением

 

и

 

не

 

подвергается

 

воздействию

 

квазистационарных

 

перенапряжений

Тем

 

самым

 

существенно

 

повы

-

шается

 

надежность

 

работы

 

ЛР

снижается

 

риск

 

их

 

повреждения

 

из

-

за

 

старения

 

варисторов

пере

-

грузки

 

по

 

току

 

или

 

нарушения

 

электрической

 

прочности

 

изо

-

ляции

Кроме

 

того

даже

 

при

 

повреждении

  (

пробое

нели

-

нейного

 

сопротивления

 

внеш

-

ний

 

искровой

 

промежуток

 

ЛР

 

обеспечивает

 

достаточную

 

электрическую

 

прочность

что

 

позволяет

 

эксплуатиро

-

вать

 

ВЛ

 

без

 

существенных

 

негативных

 

последствий

Немаловажную

 

роль

 

играют

 

такие

 

факторы

как

 

меньшая

 

стоимость

удобство

 

монтажа

 

и

 

обслуживания

 

ЛР

 

по

 

сравне

-

нию

 

с

 

ОПН

.

Основными

 

характеристи

-

ками

 

ЛР

определяющими

 

их

 

функциональное

 

назначение

являются

 

номинальное

 

на

-

пряжение

защитная

  (

вольт

-

секундная

характеристика

 

и

 

удельная

 

энергия

  (

пропуск

-

ная

 

способность

ЛР

Основ

-

ные

 

параметры

 

и

 

характери

-

стики

 

ЛР

принятые

 

в

 

проекте

приведены

 

в

 

таблице

 6.

Табл

. 6. 

Основные

 

параметры

 

и

 

характеристики

 

ЛР

 

п

/

п Наименование

 

параметра

характеристики

Требуемое

 

значение

1

Номинальное

 

напряжение

 

сети

кВ

110

2

Номинальный

 

разрядный

 

ток

 

ЛР

кА

10

3

Номинальное

 

напряжение

 

ЛР

кВ

не

 

менее

150

4

Остающееся

 

напряжение

кВ

не

 

более

при

 

гро

-

зовом

 

импульсе

 

тока

 8/20 

мкс

 

амплитудой

 10 

кА

180

5

Амплитуда

 

прямоугольного

 

импульса

 

тока

 

про

-

пускной

 

способности

 (2000 

мкс

), 

А

не

 

менее

550

6

Удельная

 

энергоемкость

 

при

 

воздействии

 

одно

-

го

 

импульса

 

тока

 

пропускной

 

способности

,

кДж

/

кВ

 

U

нр

не

 

менее

3,2

7

Пятидесятипроцентное

 

разрядное

 

напряжение

 

грозового

 

импульса

 

положительной

 

полярности

кВ

не

 

более

450

8

Разрядное

 

напряжение

 

грозового

 

импульса

 

положительной

 

полярности

 

при

 

времени

 

до

 

разряда

 1 

мкс

кВ

не

 

более

950

9

Среднее

 

разрядное

 

напряжение

 

промышленной

 

частоты

 

в

 

сухом

 

состоянии

 

и

 

под

 

дождем

кВ

не

 

менее

200

10

Длина

 

искрового

 

промежутка

мм

450÷500


Page 8
background image

74

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

Номинальное

 

напряже

 

ние

 

определяется

 

как

 

наи

 

большее

 

допустимое

 

действующее

 

значе

-

ние

 

напряжения

 

промышленной

 

частоты

 

на

 

выводах

 

ЛР

при

 

котором

 

гарантируется

 

его

 

нор

-

мальная

 

работа

 

при

 

грозовых

 

перенапряжениях

 

и

 

отсутствие

 

перехода

 

импульсного

 

перекры

-

тия

 

в

 

силовую

 

дугу

Из

 

соображений

 

надежности

 

номинальное

 

напряжение

 

ЛР

 

было

 

принято

 

с

 

некоторым

 

запасом

 (2–3%) 

по

 

отношению

 

к

 

наибольшему

 

рабочему

 

напряжению

 

электриче

-

ской

 

сети

 — 73 

кВ

.

Защитная

 (

вольт

-

секундная

характеристика

 

ЛР

 

определяется

 

при

 

напряжении

 

стандартных

 

грозовых

 

импульсов

 

положительной

 

полярности

 (1,2/50 

мкс

при

 

времени

 

до

 

разряда

 

от

 1 

до

 

10 

мкс

Требования

 

к

 

защитной

 

характеристике

 

устанавливаются

 

исходя

 

из

 

условия

 

координации

 

изоляции

опережающего

 

срабатывания

 (

перекрытия

 

искрового

 

промежутка

ЛР

 

по

 

отношению

 

к

 

перекрытию

 

линейной

 

изоляции

 8×

ПС

70-

Д

Согласно

 

результатам

 

стендовых

 

испытаний

тре

-

буемые

 

параметры

 

защитной

 

характеристики

 

ЛР

 

с

 

интервалом

 

координации

 10–20% 

обеспечи

-

ваются

 

при

 

длине

 

искрового

 

промежутка

 — 

не

 

более

 65 

см

При

 

длине

 

искрового

 

промежутка

 

ЛР

принятой

 

в

 

проекте

обеспечивается

 

гарантированная

 

надежность

 

защиты

 

линейной

 

изоляции

 

при

 

воздействии

 

грозовых

 

перенапряжений

 

с

 

крутизной

 

вплоть

 

до

 4000 

кВ

/

мкс

.

Требования

 

к

 

удельной

 

энергоемкости

 

ЛР

 

должны

 

определяться

 

на

 

основе

 

статистическо

-

го

 

подхода

учитывающего

 

риск

 

возможного

 

повреждения

 

ЛР

 

при

 

ударах

 

молнии

 

в

 

линию

 [5]. 

Поток

 

отказов

 — 

число

 

повреждений

 

ЛР

 (

N

повр

), 

вызванных

 

ударами

 

молнии

определяется

 

как

:

 

N

повр

 = 

N

уд

 

· 

P

повр

 (1)

где

 

N

уд

 

 — 

число

 

ударов

 

молнии

 

в

 

защищаемый

 

участок

 

ВЛ

 (1/100 

км

/

год

), 

P

повр

 — 

вероятность

 

повреждения

 

ЛР

 

при

 

ударе

 

молнии

:

 

P

повр

 

F

(

W

ЛР

 

W

Н

), (2)

F

(

W

ЛР

) — 

функция

 

распределения

 

энергии

поглощаемой

 

ЛР

 

при

 

ударе

 

молнии

 

в

 

трос

;

W

Н

 — 

предельно

 

допустимая

 (

нормированная

энергия

которую

 

может

 

поглощать

 

ЛР

 

без

 

ри

-

ска

 

для

 

повреждения

Допустимый

 

поток

 

отказов

 

ЛР

 

устанавливается

 

в

 

зависимости

 

требуе

-

мой

 

надежности

ответственности

 

линии

В

 

любом

 

случае

однако

он

 

не

 

должен

 

превышать

 

допустимых

 

показателей

 

по

 

числу

 

грозовых

 

отключений

 

защищаемой

 

ВЛ

Принятый

 

в

 

проекте

 

допустимый

 

поток

 

отказов

 

ЛР

 — 

не

 

более

 0,1 

повреждения

 

на

 100 

км

 

в

 

год

.

Функция

 

распределения

 

энергии

поглощаемой

 

ЛР

определялась

 

в

 

результате

 

числен

-

ных

 

расчетов

 

токовых

 

и

 

энергетических

 

воздействий

 

на

 

ЛР

 

при

 

ударах

 

молнии

 

в

 

линию

 

с

 

учетом

 

статистических

 

данных

 

о

 

параметрах

 

разрядов

 

молнии

 [7, 8]. 

Численные

 

расче

-

ты