МИРОВОЙ
ОПЫТ
132
п
е
р
е
н
а
п
р
я
ж
е
н
и
я
перенапряжения
Т
акие
перенапряжения
могут
вызвать
возник
-
новение
электрической
дуги
и
нанести
вред
оборудованию
подстанций
.
Сле
-
довательно
,
подход
к
выбору
электрической
прочности
обо
-
рудования
во
избежание
по
-
вреждения
его
изоляции
должен
быть
предельно
тщательным
.
В
целях
предотвращения
про
-
боя
изоляции
оборудования
рекомендуется
использовать
та
-
кие
защитные
устройства
,
как
разрядники
.
Следовательно
,
для
контроля
грозовых
перенапря
-
жений
очень
важно
определить
местоположение
,
количество
и
размер
разрядников
на
подстан
-
ции
.
Для
исследования
явления
грозовых
перенапряжений
ис
-
пользовалось
программное
обе
-
спечение
PSCAD™.
В
качестве
примера
воздействия
грозовых
перенапряжений
и
выбора
но
-
минальных
характеристик
раз
-
рядников
была
использована
типичная
подстанция
400
кВ
.
Результаты
моделирования
под
-
твердили
,
что
предложенное
местоположение
и
количество
разрядников
соответствуют
тре
-
бованиям
уровня
изоляции
обо
-
рудования
.
АНАЛИЗ
ГРОЗОВЫХ
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Грозовое
перенапряжение
вследствие
разряда
молнии
ге
-
нерирует
волны
,
которые
могут
проникнуть
в
подстанцию
при
прямом
ударе
молнии
или
по
входящим
линиям
передачи
в
качестве
блуждающих
волн
.
Не
-
сколько
первых
опор
от
подстан
-
ции
снабжены
соответствующими
устройствами
защиты
от
прямых
ударов
молнии
,
поэтому
в
под
-
станцию
могут
проникнуть
только
блуждающие
волны
.
В
этом
иссле
-
довании
грозовой
разряд
был
на
-
правлен
на
опору
,
отстоящую
от
подстанции
на
300
м
.
Основной
уровень
прочности
изоляции
си
-
стемы
составляет
1425
кВ
пик
.
для
системы
400
кВ
.
Любое
грозовое
перенапряжение
системы
(
будь
то
прямой
удар
молнии
в
фазу
или
перекрытие
обратным
напряже
-
нием
после
удара
в
грозотрос
),
которое
вызывает
перенапряже
-
ние
больше
этой
величины
,
при
-
водит
к
возникновению
дугового
перекрытия
,
значительно
снижая
уровень
перенапряжения
в
са
-
мой
точке
вспышки
.
Значение
тока
прямого
удара
молнии
рас
-
считывается
при
помощи
модели
Браун
-
Уайтхеда
с
учётом
геоме
-
трии
опоры
и
максимального
раз
-
ряда
,
проходящего
через
грозо
-
вую
защиту
.
Расчётное
значение
прямого
удара
молнии
составило
16
кА
.
Однако
с
учётом
наихуд
-
шего
сценария
развития
событий
при
моделировании
значение
тока
прямого
удара
молнии
при
-
нималось
равным
20
кА
(8/20
μс
).
МОДЕЛЬ
СИСТЕМЫ
При
моделировании
компо
-
новка
системы
была
следующей
:
ток
молнии
подаётся
на
опору
,
отстоящую
от
подстанции
на
рас
-
стоянии
300
м
,
и
,
перемещаясь
по
распредустройствам
,
достига
-
ет
блока
генератор
—
трансформа
-
тор
.
Всё
подстанционное
оборудо
-
вание
представлено
в
значениях
конструктивных
ёмкостей
.
Для
ли
-
ний
передачи
,
алюминиевых
шин
и
фазных
проводов
применялась
частотно
-
зависимая
модель
фаз
.
Как
известно
,
удар
молнии
мо
-
жет
попасть
за
один
раз
только
в
одну
из
трёх
фаз
.
Следовательно
,
ток
грозового
разряда
подавал
-
ся
только
на
одну
фазу
(
фаза
Y).
Рассматриваемая
схема
модели
-
рования
подстанции
для
исследо
-
вания
грозовых
перенапряжений
без
разрядников
представлена
на
рис
. 1.
Практический анализ
перенапряжений вследствие
прямого разряда молнии на
подстанции 400 кВ
Одной из самых серьёзных причин возникновения перенапряжений в энерго-
системах является молния. Ежегодно во всем мире наблюдается несколько мил-
лионов молний.
А. Аннамалай (A. Annamalai), Аруна Гулати (Aruna Gulati),
Рамеш Коул (Ramesh Koul), компания Bharat Heavy Electricals Limited,
Нью Дели, Индия
133
№
3 (24),
май
–
июнь
, 2014
КРИТЕРИИ
АНАЛИЗА
Импульсное
выдерживаемое
напряжение
оборудования
под
-
станции
(
включая
трансформато
-
ры
)
при
ударах
молнии
составляет
1425
кВ
пик
.
Уровень
защиты
раз
-
рядника
берётся
975
кВ
пик
.
при
20
кА
.
Следовательно
,
запас
проч
-
ности
защиты
при
токе
20
кА
со
-
ставляет
(1425 — 975)/975 =
46,15%.
Однако
этот
запас
действи
-
телен
только
на
выводах
разрядни
-
ка
.
Перенапряжение
на
выводах
оборудования
повышается
по
мере
удаления
оборудования
от
разряд
-
ника
.
Что
касается
трансформато
-
ров
,
то
разрядники
устанавливают
-
ся
в
непосредственной
близости
к
ним
,
обеспечивая
хорошую
защиту
.
Что
касается
распределительного
оборудования
,
которое
может
быть
расположено
на
значительном
уда
-
лении
от
разрядника
,
уровень
за
-
щиты
может
повышаться
,
при
этом
понижая
запас
прочности
.
Мини
-
мальный
запас
прочности
в
5%
для
наружной
изоляции
обусловлен
стандартом
МЭК
71-2.
Для
выводов
распредустройств
,
расположенных
на
высоте
над
уровнем
моря
630
м
,
применяется
поправочный
коэф
-
фициент
на
атмосферные
условия
,
равный
1,080,
а
для
выводов
бло
-
ка
генератор
—
трансформатор
—
поправочный
коэффициент
на
ат
-
мосферные
условия
на
высоте
над
уровнем
моря
570
м
,
равен
1,072.
В
нашем
случае
при
высоте
над
уровнем
моря
630
м
требуемый
за
-
пас
прочности
защиты
составляет
(1 + 0,5)
х
1,080 = 1,134.
Для
вну
-
тренней
изоляции
минимальный
за
-
пас
прочности
обусловлен
15%,
и
в
этом
случае
поправочный
коэффи
-
циент
не
применяется
.
Таким
обра
-
зом
,
для
трансформатора
требуется
минимальный
запас
прочности
,
рав
-
ный
(1 + 0,15) = 1,15.
В
этом
случае
при
возникновении
грозовых
пере
-
напряжений
величина
напряжения
,
измеренного
в
различных
точках
подстанции
,
должна
быть
ниже
1425/1,134 = 1255
кВ
пик
,
а
на
вы
-
водах
трансформатора
она
должна
быть
ниже
1425/1,15 = 1240
кВ
пик
.
Анализ
должен
гарантировать
,
что
уровень
перенапряжения
на
вы
-
водах
оборудования
меньше
этого
значения
для
всех
случаев
грозово
-
го
перенапряжения
.
АНАЛИЗ
КОНКРЕТНЫХ
ПРИМЕРОВ
Величина
перенапряжения
в
любой
точке
является
сочетанием
случайного
скачка
напряжения
и
волн
,
отражённых
от
различных
то
-
чек
системы
.
Для
проверки
эффекта
отражённых
волн
в
различных
точ
-
ках
были
рассмотрены
различные
варианты
разрядников
для
защиты
от
грозовых
перенапряжений
.
Во
время
исследований
грозо
-
вых
перенапряжений
были
проана
-
лизированы
следующие
ситуации
:
•
подстанции
без
разрядников
на
выводах
блока
генератор
—
трансформатор
и
выводах
со
стороны
линии
;
•
подстанции
с
установленными
разрядками
на
выводах
блока
генератор
—
трансформатор
и
выводах
со
стороны
линии
.
Впоследствии
для
анализа
воз
-
действия
перенапряжений
исследо
-
вания
были
сосредоточены
на
трёх
выводах
:
блока
генератор
—
транс
-
форматор
,
главной
шины
,
со
сторо
-
ны
отходящей
линии
.
Рассматриваемые
примеры
представлены
в
таблице
.
Пример
1.
Предположим
,
что
удар
молнии
произошёл
на
расстоя
-
ACSR
сталеалюминиевый
провод
GT
блок
генератор
—
трансформатор
BCVT
ёмкостный
ТН
DIS
короткозамыкатель
CB
автоматический
выключатель
CT
трансформатор
тока
Al Tube
алюминиевая
труба
LCVT
ёмкостный
ТН
LA
грозоразрядник
Transmission line
линия
передачи
Approx Surge Impedance
прибл
.
волновое
сопротивление
INCOMER
входящая
линия
BB
шины
V@BB
напряжение
на
шинах
V@LA
напряжение
грозоразрядника
V@GT
напряжение
блока
генератор
—
трансформатор
Рис
. 1.
Модель
подстанции
для
исследования
грозовых
перенапряжений
Описание
На
стороне
генератор
—
трансформатор
На
стороне
отходящей
линии
кВ
кДж
кА
кВ
кДж
кА
Пример
1
5824,6
—
—
5711,64
—
—
Пример
2
683,31
316,71
6,868
618,66
356,32
18,79
Табл
.
Измеренные
значения
в
различных
примерах
Условные
обозначения
:
МИРОВОЙ
ОПЫТ
134
нии
300
м
от
подстанции
и
грозовое
перенапряжение
перемещается
в
сто
-
рону
подстанции
.
В
этом
примере
какие
-
либо
разрядники
на
подстанции
и
выводах
блока
генератор
—
трансформатор
отсутствуют
.
Модель
системы
для
примера
1
представлена
на
рис
. 1.
Полученные
результаты
свидетельствуют
о
том
,
что
пик
перенапряжения
на
выводах
блока
составил
5824,6
кВ
,
а
на
выводах
со
стороны
линии
— 5711,64
кВ
.
На
рис
. 2
показаны
значения
на
-
пряжения
в
различных
местах
подстанции
.
Пример
2.
Предположим
,
что
удар
молнии
произошёл
на
расстоя
-
нии
300
м
от
подстанции
и
перена
-
пряжение
перемещается
в
сторону
подстанции
.
В
этом
примере
на
под
-
станции
установлены
разрядники
на
выводах
отходящей
линии
пере
-
дачи
и
на
выводах
трансформатора
.
Модель
системы
для
примера
2
по
-
казана
на
рис
. 4.
В
результате
измерений
на
выво
-
дах
блока
генератор
—
трансформа
-
тор
зафиксировано
максимальное
перенапряжение
683,31
кВ
.
По
-
скольку
номинальное
импульсное
выдерживаемое
напряжение
под
-
станции
при
ударах
молнии
состав
-
ляет
1425
кВ
пик
.
,
самый
нижний
пре
-
дел
грозового
перенапряжения
при
запасе
прочности
20%
составляет
1140
кВ
,
что
меньше
нашего
из
-
меренного
значения
.
Отмечено
,
что
разрядники
обеспечивают
достаточ
-
ный
запас
прочности
для
различ
-
ных
типов
оборудования
.
На
рис
. 3
показано
напряжение
в
различных
точках
подстанции
,
а
на
рис
. 5 —
ток
разряда
и
рассеяние
мощности
че
-
рез
разрядники
,
подключённые
к
системе
.
По
результатам
рис
. 2
и
3
можно
сделать
вывод
,
что
грозоразрядники
на
выводах
блока
генератор
—
транс
-
форматор
и
выводах
отходящей
ли
-
нии
контролируют
перенапряжения
со
стороны
линии
.
В
первом
при
-
мере
напряжение
,
измеренное
на
выводах
распредустройств
и
блока
генератор
—
трансформатор
,
вы
-
ходит
за
установленные
пределы
(1140
кВ
).
Если
соединить
грозо
-
разрядники
на
выводах
распреду
-
стройств
со
стороны
линии
с
гро
-
зоразрядниками
на
выводах
блока
генератор
—
трансформатор
,
то
вели
-
чина
напряжения
,
измеренного
в
этой
точке
,
снижается
до
618,66
кВ
и
683,31
кВ
соответственно
,
что
не
выходит
за
установленные
пределы
.
В
таблице
представлены
значения
разрядного
тока
и
мощности
рассе
-
яния
через
грозоразрядники
.
ВЫВОДЫ
В
работе
представлено
подроб
-
ное
моделирование
подстанций
для
анализа
грозовых
перенапряжений
.
При
помощи
программного
ком
-
плекса
PSCAD/EMTDC
показаны
результаты
моделирования
грозо
-
вых
перенапряжений
,
поступающих
на
подстанцию
.
На
двух
примерах
Рис
. 2.
Значения
напряжения
в
различных
местах
подстанции
(
пример
1)
Пример
2.
Котешвар
: a
нализ
грозовых
перенапряжений
(
с
грозоразрядника
-
ми
на
выводах
блока
генератор
—
трансформатор
и
выводах
отходящей
линии
)
Рис
. 3.
Значения
напряжения
в
различных
местах
подстанции
(
пример
2)
Пример
1.
Котешвар
:
анализ
грозовых
перенапряжений
(
без
грозоразрядни
-
ков
на
выводах
блока
генератор
—
трансформатор
и
выводах
отходящей
линии
).
700
600
500
400
300
200
100
0
-100
-200
кА
пик
20,0
17,5
15,0
12,5
10,0
7,5
5,0
2,5
0,0
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
метры
кВ
пик
6,0
к
5,0
к
4,0
к
3,0
к
2,0
к
1,0
к
0,0
-1,0
к
кВ
пик
6,0
к
5,0
к
4,0
к
3,0
к
2,0
к
1,0
к
0,0
-1,0
к
кВ
пик
6,0
к
5,0
к
4,0
к
3,0
к
2,0
к
1,0
к
0,0
-1,0
к
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
метры
кА
пик
20,0
17,5
15,0
12,5
10,0
7,5
5,0
2,5
0,0
кВ
пик
900
-200
кВ
пик
700
-400
кВ
пик
135
№
3 (24),
май
–
июнь
, 2014
были
проведены
исследования
для
определения
номинальных
харак
-
теристик
и
местоположения
грозо
-
разрядников
.
На
основании
этих
исследований
было
отмечено
,
что
для
ограничения
перенапряжений
до
безопасных
пределов
необхо
-
димо
установить
грозоразрядники
390
кВ
на
выводах
блока
генера
-
тор
—
трансформатор
и
выводах
со
стороны
отходящей
линии
.
Номи
-
нальная
мощность
грозоразрядни
-
ков
390
кВ
должна
быть
больше
,
чем
356,32/390 = 0,913
кДж
/
кВ
,
а
наиболее
подходящим
являет
-
ся
выбранный
номинал
8
кДж
/
кВ
.
В
качестве
номинального
разрядно
-
го
тока
грозоразрядника
было
вы
-
брано
значение
20
кА
.
Для
получения
достаточной
сте
-
пени
защиты
трансформатора
и
другого
оборудования
подстанции
грозоразрядники
должны
устанав
-
ливаться
в
следующих
точках
под
-
станции
:
•
вблизи
любого
трансформатора
;
•
на
всех
вводах
входящих
и
отхо
-
дящих
линий
подстанции
.
Михаил
Шамис
,
генеральный
директор
ЗАО
«
ЭнЛАБ
»,
к
.
т
.
н
.
Оценка
уровня
перенапряжений
,
возникающих
на
ПС
при
ударе
молнии
,
определение
тех
-
нических
решений
,
обеспечивающих
защиту
оборудования
от
указанных
перенапряжений
,
всегда
представляли
собой
весьма
сложные
и
трудоёмкие
задачи
.
Данная
статья
индийских
специалистов
из
компании
“Bharat Heavy Electricals Limited”
убедительно
показывает
вы
-
сокую
эффективность
применения
для
решения
указанных
задач
программного
комплек
-
са
PSCAD™,
разработанного
в
компании
“Manitoba HVDC Research Centre”.
Позволяя
учесть
геометрию
опор
и
тросового
молниеотвода
,
распределённость
параметров
ВЛ
,
наличие
паразитных
ёмкостей
у
подстанционного
оборудования
,
комплекс
PSCAD
формирует
полноценное
отображение
переходных
процессов
при
ударе
молнии
.
Отмеченное
существенно
повышает
обоснованность
выбора
ОПН
и
других
видов
грозозащитного
оборудования
.
Рис
. 5.
Ток
разряда
и
рассеяние
мощности
через
грозовые
разрядники
(
пример
2)
Пример
2.
Котешвар
: a
нализ
грозовых
перенапряжений
(
с
грозоразрядниками
на
выводах
блока
генератор
—
трансформатор
и
выводах
отходящей
линии
)
Рис
. 4.
Модель
системы
для
примера
2
Условные
обозначения
см
.
на
рис
. 1.
кДж
0,00
0,03
0,05
0,08
0,10
0,13
0,15
0,18
0,20
0,23
метры
350
300
250
200
150
100
50
0
кА
пик
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
-1,0
кДж
400
350
300
250
200
150
100
50
0
кА
пик
20,0
17,5
15,0
12,5
10,0
7,5
5,0
2,5
0,0
-2,5
КОММЕНТАРИЙ
:
Оригинал статьи: Практический анализ перенапряжений вследствие прямого разряда молнии на подстанции 400 кВ
Одной из самых серьёзных причин возникновения перенапряжений в энергосистемах является молния. Ежегодно во всем мире наблюдается несколько миллионов молний.
