30
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3,
декабрь
2016
30
Проблемы
грозоупорности
линий
электропередачи
и
подстанций
в
районах
Крайнего
Севера
ГРОЗОУПОРНОСТЬ
ВЛ
На
данный
момент
одна
из
главных
при
-
чин
выхода
из
строя
оборудования
объ
-
ектов
энергетики
—
это
импульсные
и
вы
-
сокочастотные
перенапряжения
,
которые
возникают
во
время
удара
молний
в
воз
-
душные
линии
(
ВЛ
)
электропередачи
[1].
Эта
проблема
особо
актуальна
для
регио
-
нов
с
грунтами
высокого
удельного
сопро
-
тивления
:
вечной
мерзлотой
,
реликтовы
-
ми
песчаными
и
скальными
горизонтами
.
В
таких
условиях
ВЛ
негрозоупорны
и
,
не
-
смотря
на
краткосрочность
грозового
пе
-
риода
,
в
ряде
случаев
имеют
более
двух
десятков
грозовых
отключений
на
100
км
в
год
[2].
Низкая
грозоупорность
линий
,
связан
-
ная
с
высоким
удельным
сопротивлением
грунта
,
подтверждается
данными
филиала
АО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
» —
СибНИИЭ
,
полу
-
ченными
при
исследованиях
надежности
В
статье
рассмотрена
грозоупорность
воздушных
ЛЭП
(
ВЛ
)
и
подстанций
(
ПС
) 110
кВ
АО
«
Тюменьэнерго
»
в
райо
-
нах
Крайнего
Севера
.
Для
ВЛ
рассмотрено
влияние
свойств
грунта
и
рельефа
местности
,
для
ПС
—
уязвимость
про
-
дольной
(
витковой
)
изоляции
обмоток
силовых
трансфор
-
маторов
.
Если
для
ВЛ
найден
надежный
,
хотя
и
затратный
,
способ
повышения
их
грозоупорности
,
то
для
защиты
под
-
станционного
оборудования
от
набегающих
с
ВЛ
волн
гро
-
зовых
перенапряжений
делаются
только
первые
шаги
.
Вариант
ее
конструктивного
воплощения
представлен
опи
-
санием
частотно
-
зависимого
устройства
(
ЧЗУ
).
Николай
ИЛЮШОВ
,
к
.
т
.
н
.,
доцент
кафедры
«
Безопасность
труда
»
НГТУ
Виталий
ЛОПАТИН
,
начальник
Службы
изоляции
и
защиты
от
пере
-
напряжений
фи
лиала
Ноябрь
-
ские
электрические
сети
АО
«
Тюмень
-
энерго
»
Валерий
БРЫКИН
,
начальник
сектора
диагностики
Департамента
эксплуатации
и
ремонта
АО
«
Тюменьэнерго
»
воздушных
электросетей
АО
«
Тюмень
-
энерго
» [3].
По
этой
причине
при
грозах
имеют
место
отключения
ВЛ
,
вызванные
«
обратными
»
перекрытиями
изоляции
ВЛ
(
с
опоры
на
провод
)
под
действием
пере
-
напряжений
прямого
удара
молнии
(
ПУМ
)
в
трос
или
опору
из
-
за
высокого
сопротив
-
ления
заземления
опоры
в
цепи
стекания
тока
молнии
в
землю
.
При
этом
зачастую
отключаются
сразу
обе
цепи
двухцепных
ВЛ
.
Число
таких
отключений
,
как
правило
,
ежегодно
превышает
50%
общего
числа
грозовых
отключений
(
в
таблице
1
при
-
ведены
сведения
по
одному
из
грозовых
сезонов
для
электрических
сетей
двух
филиалов
АО
«
Тюменьэнерго
»
в
районах
Крайнего
Севера
:
Когалымские
электри
-
ческие
сети
и
Ноябрьские
электрические
сети
)
и
сопровождается
в
большинстве
случаев
успешным
автоматическим
по
-
вторным
включением
(
УАПВ
)
линии
.
Техсовет
31
31
Валентин
ЛОМАН
,
магистрант
НГТУ
Екатерина
СКРЯБИНА
,
магистрант
НГТУ
Юрий
ЛАВРОВ
,
к
.
т
.
н
.,
доцент
кафедры
«
Техника
и
электрофизика
высоких
напря
-
жений
»
НГТУ
Сергей
КОРОБЕЙНИКОВ
,
д
.
ф
-
м
.
н
.,
про
-
фессор
кафедры
«
Безопасность
труда
»
НГТУ
Для
подстанций
главная
опасность
состоит
в
том
,
что
набегающие
с
ВЛ
грозовые
волны
,
возникшие
при
обрат
-
ных
перекрытиях
линейной
изоляции
или
при
близких
разрядах
молнии
к
под
-
станциям
,
не
сглаживаются
по
крутизне
вследствие
слабого
фактора
затухания
и
деформации
в
условиях
грунтов
низ
-
кой
проводимости
,
и
витковая
изоляция
СТ
пробивается
под
действием
гради
-
ентных
перенапряжений
.
Одной
из
при
-
чин
выхода
из
строя
трансформаторного
оборудования
является
образование
межвитковых
коротких
замыканий
как
следствие
проявления
данных
перена
-
пряжений
.
Конечно
,
некоторая
доля
выхода
из
строя
трансформаторного
оборудования
приходится
на
случаи
пробоев
витковой
изоляции
обмоток
вследствие
снижения
степени
полимеризации
бумажной
изоля
-
ции
в
процессе
ее
старения
,
а
также
иногда
и
увлажнения
,
но
основной
причиной
вит
-
ковых
замыканий
все
же
является
грозовая
активность
.
Табл
. 1.
Число
грозовых
отключений
ВЛ
110
кВ
в
районах
Крайнего
Севера
Регион
Филиал
АО
«
Тюмень
энерго
»
Протяжен
-
ность
ВЛ
,
км
Общее
число
грозовых
отключений
Число
двухцепных
отключений
,
(%)
Удельное
число
от
-
ключений
на
100
км
ХМАО
-
Югра
Когалымские
электри
-
ческие
сети
1564
36
32 (89)
2,1
ЯНАО
Ноябрьские
электри
-
ческие
сети
1648
56
33 (59)
3,4
В
настоящей
статье
приведены
резуль
-
таты
анализа
грозоупорности
воздушных
линий
электропередачи
в
филиале
АО
«
Тю
-
меньэнерго
»
Ноябрьские
электрические
сети
(
далее
—
НЭС
).
НЭС
включают
че
-
тыре
района
электросетей
:
Холмогорский
,
Муравленковский
,
Пурпейский
,
Вынгапу
-
ровский
.
На
балансе
филиала
находятся
56
подстанций
,
в
том
числе
одна
—
напря
-
жением
35
кВ
; 55 —
напряжением
110
кВ
;
а
также
3
переключательных
пункта
110
кВ
.
Основные
потребители
электриче
-
ской
энергии
НЭС
:
ОАО
«
Газпромнефть
-
ННГ
»,
ОАО
«
Роснефть
-
Пурнефтегаз
»,
ОАО
«
Тар
косаленефтегаз
»,
ООО
«
Газ
-
пром
добыча
Ноябрьск
»,
энергоснабжа
-
ющие
организации
городов
Ноябрьск
,
Муравленко
,
Губкинский
,
Тарко
-
Сале
,
поселков
Ханымей
,
Пурпе
,
Харампур
.
Расположение
некоторых
подстанций
35–500
кВ
показано
на
рисунке
1.
За
гро
-
зовые
сезоны
2010–2015
годов
в
филиа
-
ле
Ноябрьские
электрические
сети
было
зарегистрировано
857
случаев
отключе
-
ния
ВЛ
.
Из
них
545
являются
грозовыми
,
а
312
произошли
в
ре
-
зультате
других
при
-
чин
.
Удельное
число
грозовых
отключений
на
100
км
в
зависимос
-
ти
от
расположения
ВЛ
составило
от
1,1
до
23,3.
Диаграмма
гро
-
зовых
отключений
ВЛ
110
кВ
по
данному
ре
-
гиону
представлена
на
рисунке
2.
Рис
. 1.
Расположение
подстанций
филиала
Ноябрьские
электриче
-
ские
сети
32
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3,
декабрь
2016
Как
видно
из
этой
диаграммы
,
наибольшие
числа
грозовых
отключений
(
соответственно
за
указанный
период
68
и
67)
пришлись
на
ВЛ
,
отходящие
от
ПС
110
кВ
«
Новогодняя
»
и
ПС
220
кВ
«
Пуль
-
Яха
» (
последняя
принадлежит
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»).
Обе
эти
подстанции
,
впрочем
,
как
и
все
остальные
из
пред
-
ставленных
на
диаграммах
,
находятся
в
зоне
распростране
-
ния
вечномерзлых
грунтов
с
максимальной
мощностью
до
25
метров
.
В
частности
,
на
такой
полосе
мерзлотных
грунтов
мощностью
25
м
находится
и
город
Ноябрьск
.
Геолого
-
литологическое
строение
грунта
в
данной
мест
-
ности
до
разведанной
глубины
7,0
м
состоит
в
основном
из
современных
техногенных
отложений
(t IV),
представленных
насыпным
грунтом
—
песком
мелким
,
а
также
из
флювио
-
гляциальных
среднечетвертичных
отложений
(f II),
представ
-
ленных
песками
пылеватыми
,
мелкими
и
средней
крупности
средней
плотности
,
а
также
суглинка
.
Средняя
годовая
тем
-
пература
почвы
составляет
–6…–9°
С
.
Удельное
сопротивле
-
ние
вечномерзлых
грунтов
у
поверхности
составляет
летом
500–1000
Ом
·
м
,
а
при
нулевых
температурах
может
достигать
20 000
Ом
·
м
[5],
что
уже
отмечалось
ранее
.
Так
как
все
ВЛ
110
кВ
филиала
Ноябрьские
электрические
сети
находятся
в
зоне
,
где
грунты
имеют
практически
одинако
-
вое
сопротивление
,
то
было
бы
не
совсем
правильно
делать
вывод
о
том
,
что
столь
высокое
количество
грозовых
отклю
-
чений
,
как
,
например
,
ВЛ
110
кВ
,
отходящих
от
ПС
110/35/6
кВ
«
Новогодняя
»
или
ВЛ
110
кВ
,
отходящих
от
ПС
220/110/35/6
кВ
«
Пуль
-
Яха
» (
филиал
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
» —
МЭС
Западной
Си
-
бири
),
связано
только
с
особенностями
грунта
.
Еще
одним
фактором
,
способным
уменьшить
грозоупорность
ВЛ
,
являет
-
ся
рельеф
местности
,
на
которой
эта
ВЛ
находится
.
Так
,
ПС
«
Новогодняя
»
связана
воздушными
линиями
с
ПС
110/35/6
кВ
«
Еты
-
Пур
»,
ПС
220/110/35/10
кВ
«
Вынгапур
» (
филиал
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
» —
МЭС
Западной
Сибири
),
ПС
110/10
кВ
«
Маяк
»
и
ПС
110/6
кВ
«
Губкинская
».
Все
ВЛ
110
кВ
,
связывающие
вышепере
-
численные
ПС
,
подвергались
за
исследуемый
период
времени
15
21
17
13
68
23
67
17
21
8
45
15
40
35
23
41
2
7
6
20
28
10
1
1
1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
ПС-110 Кедр
ПС-110 Гера
щенко
ПС-110 Стрела
ПС-110 Губкинская
ПС-110 Нов
о
го
дняя
ПС-500 Муравленковская
ПС-220 Пуль-Яха
ПС-110 Крайняя
ПС-110 Пурпейска
я
ПС-110 Град
иент
ПС-220 Вынг
апур
ПС-110 М
а
як
ПС-500 Тарко-Сале
ПС-500 Хо
лмо
го
р
ская
ПС-110 Кирпичная
ПС-220 Янг
а
-Яха
ПС-110 Янтар
н
ая
ПС-110 Летняя
ПС-110 Гор
о
дс
кая
ПП-110 Северный
НПГЭ
ПС-110 Владими
р
о
в
ская
ПС-110 Сугмутская
ПП-110 Комсо
м
о
л
ьс
кий
ПС-110 Б
а
р
суко
вс
кий
й
и
н
еч
ю
лк
т
о
о
вт
с
еч
и
л
о
К
Наименование подстанции
Табл
. 2.
Зависимость
числа
ударов
молнии
в
ВЛ
от
рельефа
местности
ВЛ
110
кВ
Место
удара
молнии
,
км
Высота
над
уровнем
моря
,
м
Новогодняя
—
Еты
-
Пур
-1
9–19 (1)
24–30 (3)
45–46 (1)
60–61 (1)
от
100
до
85
82
от
85
до
75
60
Новогодняя
—
Еты
-
Пур
-2
0–10 (1)
11–14 (1)
18–26 (2)
23–30 (1)
36–43 (2)
42–43 (2)
50–53 (1)
55–65 (3)
от
82
до
100
от
100
до
85
от
82
до
80
82
от
71
до
115 (40
км
)
82
от
82
до
81
60
Вынгапур
—
Новогодняя
0–10 (
от
Новогодней
) (1)
10–14 (1)
15–20 (
от
Вынгапур
) (1)
22–24 (
от
Вынгапур
) (3)
32–39 (
от
Вынгапур
) (4)
39–44 (
от
Вынгапур
) (2)
44–48 (
от
Вынгапур
) (2)
60–67 (
от
Вынгапур
) (1)
82
95
от
95
до
108
110
до
118
111
до
120
от
120
до
123
от
123
до
133
140
Новогодняя
—
Маяк
2.5–3 (1)
3–9 (
от
Вынгапур
) (1)
15–20 (
от
Вынгапур
) (1)
82
от
85
до
95
от
95
до
108
Губкинская
—
Новогодняя
6–12 (1)
15–21 (5)
28–29 (2)
29–36 (3)
42–44 (1)
73–70
70–69
75
70
63
Рис
. 2.
Диаграмма
грозовых
отключений
ударам
молнии
.
К
сожалению
,
далеко
не
всегда
удавалось
определить
точное
место
уда
-
ра
.
Например
,
на
ВЛ
110
кВ
Новогодняя
—
Еты
-
Пур
-1,2
был
зарегистрирован
41
удар
молнии
(
по
осцилограммам
регистраторов
—
аварийных
событий
и
отнесенных
к
гро
-
зовым
по
метеоусловиям
),
но
только
для
18
из
этих
ударов
были
определены
места
пере
-
крытия
на
ВЛ
(
таблица
2).
Из
таблицы
2
можно
сде
-
лать
вывод
,
что
перепады
вы
-
сот
на
местности
,
по
которой
проходят
данные
воздушные
линии
,
также
не
являются
определяющим
фактором
,
влияющим
на
число
уда
-
ров
молнии
в
ВЛ
.
Считается
,
что
наиболее
подверже
-
ны
грозовым
ударам
те
опоры
,
которые
установлены
на
высоте
.
Но
например
,
большинство
ударов
мол
-
Техсовет
33
ний
,
приведших
к
грозовым
перекрытиям
изоляции
,
по
ВЛ
110
кВ
Новогодняя
—
Еты
-
Пур
-1
пришлось
на
отрезок
между
24
и
30
км
.
Рельеф
местности
здесь
на
20
метров
ниже
,
чем
между
9
и
19
км
,
где
зарегистрировано
в
3
раза
меньше
ударов
молнии
.
Если
более
точно
привязать
расположение
опор
к
ре
-
льефу
,
как
это
сделано
для
ВЛ
110
кВ
Губкинская
—
Ново
-
годняя
-1,2 (
рисунок
3),
то
можно
увидеть
,
что
на
наиболь
-
шей
высоте
(
до
85
метров
)
находятся
первые
24
опоры
,
где
зарегистрировано
1
грозовое
перекрытие
изоляции
.
Зато
5
ударов
молнии
,
приведших
к
перекрытиям
изоля
-
ции
ВЛ
,
пришлись
между
60
и
84
опорами
,
где
высота
не
превышает
70
мет
ров
.
При
этом
зарегистрировано
(
с
помощью
системы
ком
-
плексного
мониторинга
состояния
ВЛ
,
разработанной
АО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
» —
СибНИИЭ
)
большое
количество
возмущений
и
перенапряжений
на
подходе
ВЛ
110
кВ
Губ
-
кинская
—
Новогодняя
к
ПС
110/35/6
кВ
«
Новогодняя
»,
не
приведших
к
отключениям
(
рисунок
4).
Таким
образом
,
для
того
чтобы
установить
точную
причину
повышенной
грозопоражаемости
определенных
участков
ВЛ
,
недостаточно
знать
только
обобщенное
зна
-
чение
сопротивления
грунта
в
данной
местности
или
ее
рельеф
.
Необходимы
и
более
подробные
данные
о
месте
Рис
. 3.
Перепады
высот
установки
опор
по
трассе
ВЛ
110
кВ
Губкинская
—
Новогодняя
-1,2
Рис
. 4.
Распределение
зарегистрированных
перенапряжений
и
воз
-
мущений
по
длине
ВЛ
110
кВ
Губкинская
—
Новогодняя
-2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Высота рельефа,
м
Номера опор ВЛ
2-3 км
9-10 км
62-63 км
0
5
10
15
20
25
30
35
0
10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
Колличество воз
м
у
щ
ени
й
и
п
е
ренап
ря
жени
й
Расстояние, м
установки
каждой
из
опор
.
При
этом
следует
учиты
-
вать
,
что
измерение
сопро
-
тивления
заземления
опор
ВЛ
в
зонах
грунтов
низкой
проводимости
малоэффек
-
тивно
.
По
-
видимому
,
проте
-
кание
малых
токов
в
измери
-
тельной
схеме
неадекватно
протеканию
токов
молнии
в
реальной
схеме
гигантской
цепи
от
облака
в
глубинные
горизонты
грунта
с
высоким
удельным
сопротивлением
через
заземлитель
пора
-
женной
опоры
,
если
неоднократно
отмечались
обратные
перекрытия
изоляции
в
том
числе
и
у
тех
опор
,
на
которых
измерениями
были
получены
относительно
малые
со
-
противления
заземления
,
не
превышавшие
нормируемых
значений
.
Было
бы
целесообразно
также
производить
установку
грозопеленгаторов
.
Это
позволило
бы
не
только
повы
-
сить
точность
определения
мест
ПУМ
,
но
и
более
точно
заключать
,
связано
или
нет
отключение
ВЛ
с
грозовой
активностью
.
Следует
отметить
,
что
с
2008
года
на
двухцепных
ВЛ
110
кВ
филиала
Ноябрьские
электрические
сети
выпол
-
нена
установка
специальных
комбинированных
разряд
-
ников
ОПН
ЛИр
,
состоящих
из
нелинейных
ограничителей
перенапряжений
(
ОПН
)
и
внешних
искровых
промежутков
(
ИП
).
Эта
установка
планомерно
производится
по
типовому
проекту
на
одной
из
цепей
каждой
из
защищаемых
двухцеп
-
ных
ВЛ
.
Числа
грозовых
отключений
тех
ВЛ
,
где
была
выпол
-
нена
такая
защита
,
до
и
после
установки
ОПН
ЛИр
,
приведе
-
ны
в
таблице
3
с
разнесением
по
ПС
,
от
которых
отходят
эти
ВЛ
;
это
же
представлено
диаграммой
на
рисунке
5.
Табл
. 3.
Количество
грозовых
отключений
ВЛ
,
отходящих
от
ПС
110
кВ
АО
«
Тюменьэнерго
»
Наименование
ВЛ
Число
отключений
до
установки
ОПН
ЛИр
после
установ
ки
ОПН
ЛИр
Муравленковская
—
Сугмутская
-1
10
3
Муравленковская
—
Сугмутская
-2
20
0
Губкинская
—
Новогодняя
-1
16
5
Губкинская
—
Новогодняя
-2
15
10
Холмогорская
—
Пуль
-
Яха
9
3
Холмогорская
—
Крайняя
9
10
34
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3,
декабрь
2016
На
первый
взгляд
,
из
приведенных
данных
можно
было
бы
сделать
вывод
,
что
установка
ОПН
ЛИр
не
является
абсолютно
надежным
средством
защиты
,
если
степень
снижения
числа
грозовых
отключений
ВЛ
столь
различна
для
линий
,
отходящих
от
разных
подстанций
(«
Сугмутская
»
и
«
Новогодняя
»),
а
для
ПС
«
Крайняя
»
к
тому
же
и
вообще
получилось
воз
-
растание
.
Однако
осмотрами
отключавшихся
ВЛ
было
установлено
,
что
для
ряда
отключений
гроза
имела
категорию
не
причины
,
а
повода
,
в
то
время
как
действительные
причины
были
другого
рода
:
на
-
пример
,
наличие
протяженных
отпаек
в
одноцепных
исполнениях
,
когда
поражалась
молнией
отпайка
,
не
защищенная
разрядниками
ОПН
ЛИр
;
или
дефект
по
-
лимерного
изолятора
,
упредившего
своим
пробоем
срабатывание
разрядника
;
или
,
наконец
,
ветровое
отклонение
провода
во
время
грозы
,
которое
приво
-
дило
к
короткому
замыканию
провода
на
тело
опоры
(
траверсы
),
подтвержденное
метеосводкой
.
Табл
. 4.
Сравнительная
таблица
количества
отключений
ВЛ
110
кВ
во
время
грозы
по
годам
Наименование
ВЛ
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Номера
опор
,
наиболее
часто
поражавшихся
молнией
ВЛ
110
кВ
отпаечная
опора
на
ПС
Мара
—
Яха
—
Харампурская
-1 (
оп
. 186–553)
8
8
4
6
5
3
3
3
Реконструирована
в
ВЛ
110
кВ
Северный
—
Харампурская
-1,2
532 —
шины
ПС
Харампур
(4
откл
.); 227–434 (22
откл
.);
485–186 (5
откл
.); 482–487
(4
откл
.); 420–439 (3
откл
.)
ВЛ
110
кВ
ПП
Северный
—
Харампурская
-1
1
2
5
4
2
4
237–240; 356–358; 415–418;
545–548; 57–30; 473–501;
520; 173; 459–467
ВЛ
110
кВ
ПП
Северный
—
Харампурская
-2
1
1
1
2
1
5
ВЛ
110
кВ
отпаечная
опора
на
ПС
Мара
—
Яха
—
Тарко
-
Сале
(
оп
. 186–1)
–
–
–
–
2
3
1
1
Реконструирована
в
ВЛ
110
кВ
Тарко
-
Сале
—
Северный
-1,2
132–160 (2
откл
.)
172–106 (5
откл
.)
ВЛ
110
кВ
Тарко
-
Сале
—
Северный
-1
–
–
–
2
–
3
165–177; 32–57; 185–200;
69–96
ВЛ
110
кВ
Тарко
-
Сале
—
Северный
-2
–
–
–
2
–
3
ВЛ
110
кВ
Муравленковская
—
Сугмут
-
ская
-1*
2
–
2
–
4
2
–
3
–
–
144–160; 200–210; 220–230,
226
отпайка
на
ПС
«
Звезд
-
ная
»
ВЛ
110
кВ
Муравленковская
—
Сугмут
-
ская
-2
6
5
4
–
3
2
–
–
–
–
ВЛ
110
кВ
Губкинская
—
Новогодняя
-1
6
8
2
–
1
–
–
–
1
–
136; 140–120 (3
откл
.);
170–150; 47–43; 63–64
ВЛ
110
кВ
Губкинская
—
Новогодняя
-2
7
6
2
1
2
–
1
5
–
–
ВЛ
110
кВ
Холмогорская
—
Пуль
-
Яха
2
3
2
2
–
–
–
1
1
1
155–220 —
отпайка
на
«
Суторминская
»
и
«
Крайняя
»;
241–271 —
отпайка
на
КНС
-9
ВЛ
110
кВ
Холмогорская
—
Крайняя
(
оп
. 1–212)
2
4
1
2
–
1
2
4
2
–
15–16; 24–51 (2
откл
.);
86–147; 120–141; 192–212
(5
откл
.)
ВЛ
110
кВ
Пуль
-
Яха
—
Крайняя
2
1
–
–
2
2
2
2
2
2
247–250; 243–250
Примечание
:
*
ВЛ
110
кВ
Муравленковская
—
Сугмутская
, 226/231
отпайка
на
ПС
«
Звездная
» —
частое
попадание
молний
.
Цветом
обозначена
установка
ОПН
на
ВЛ
в
соответствующем
году
.
0
5
10
15
20
25
Сугмутская -1
Сугмутская
-2
Новогодняя -1
Новогодняя -2
Пул
ь
-Ях
а
Кр
айняя
й
и
н
е
ч
ю
л
кт
о
о
вт
с
е
ч
и
л
о
К
Подстанции
До установки ОПН
После установки ОПН
Рис
. 5.
Диаграмма
грозовых
отключений
до
и
после
установки
ОПН
Техсовет
35
Дополнительная
информация
представлена
таблицей
4,
где
наглядно
выражен
эффект
снижения
числа
грозовых
от
-
ключений
ВЛ
110
кВ
Губкинская
—
Новогодняя
-1,2,
защищен
-
ной
разрядниками
ОПН
ЛИр
.
Таким
образом
,
отключения
ВЛ
после
установки
ОПН
ЛИр
были
обусловлены
не
недостатками
,
а
проявлением
случайных
факторов
,
таких
как
резкие
порывы
ветра
или
по
-
падание
грозовых
разрядов
в
отпайки
ВЛ
или
одноцепные
участки
ВЛ
,
где
нет
установленных
ОПН
ЛИр
.
В
результате
работ
,
проводимых
для
предотвращения
подобных
факто
-
ров
(
из
числа
реально
устранимых
),
компрометирующих
применение
ОПН
ЛИр
,
установка
последних
получила
широ
-
кое
распространение
в
ряде
других
филиалов
АО
«
Тюмень
-
энерго
»,
где
случаются
аналогичные
проявления
не
гро
зо
-
упор
нос
ти
двухцепных
ВЛ
110
кВ
в
зонах
с
грунтами
низкой
проводимости
.
В
настоящее
время
таким
способом
защи
-
щено
более
десятка
двухцепных
ВЛ
общей
протяженностью
по
цепям
уже
за
тысячу
километров
.
Анализ
эксплуатации
этих
ВЛ
за
весь
период
,
начиная
с
2008
года
,
показывает
достаточно
высокую
эффективность
этого
способа
защиты
,
не
имеющего
пока
альтернативы
.
В
дополнение
к
опробованному
способу
повышения
гро
-
зоупорности
ВЛ
с
помощью
ОПН
ЛИр
рассмотрим
один
из
но
-
ваторских
способов
защиты
подстанционного
оборудования
от
набегающих
волн
грозовых
перенапряжений
с
ВЛ
в
усло
-
виях
плохопроводящих
грунтов
.
Примером
такого
обновления
применяемых
способов
и
средств
грозозащиты
,
на
наш
взгляд
,
может
стать
предла
-
гаемое
к
рассмотрению
во
2-
й
части
статьи
предназначенное
для
защиты
ПС
частотнозависимое
устройство
(
ЧЗУ
),
работа
-
ющее
на
принципе
скин
-
эффекта
[6–7].
ГРОЗОУПОРНОСТЬ
ПС
На
подстанциях
в
настоящее
время
основным
аппаратом
грозозащиты
является
ОПН
,
осуществляющий
координацию
главной
изоляции
оборудования
(
фаза
–
фаза
и
фаза
–
земля
)
по
амплитуде
грозовой
волны
,
набегающей
с
ВЛ
.
Аналогич
-
ной
способностью
координации
по
второму
параметру
вол
-
ны
—
крутизне
—
он
,
к
сожалению
,
не
обладает
и
не
может
снижать
ее
до
предельно
допустимых
значений
,
безопасных
для
продольной
(
витковой
)
изоляции
обмоток
СТ
при
воз
-
действии
на
них
градиентных
перенапряжений
.
Согласно
Правилам
устройства
электроустановок
(
ПУЭ
),
функцию
деформации
грозовой
волны
по
крутизне
должен
выполнять
грозотрос
ВЛ
при
нормируемых
сопро
-
тивлениях
заземления
опор
(
таблица
2.5.19
ПУЭ
).
Однако
в
регионах
Крайнего
Севера
с
грунтами
низкой
проводи
-
мости
эта
функция
полностью
«
отмирает
»,
крутизна
при
-
ходящей
на
ПС
волны
не
сглаживается
,
и
в
результате
таблица
ПУЭ
4.2.8 «
Защита
ВЛ
от
ПУМ
на
подходах
к
РУ
и
ПС
»
и
таб
лица
ПУЭ
4.2.10 «
Наибольшие
допустимые
расстояния
от
вентильных
разрядников
до
защищаемого
оборудования
35–220
кВ
»
не
работают
.
Соответственно
,
ежегодно
статистика
прохождения
грозовых
периодов
со
-
провождается
эпизодическим
повреждениями
СТ
по
причи
-
не
пробоев
витковой
изоляции
либо
самих
обмоток
110
кВ
,
либо
обмоток
НН
и
СН
,
на
которые
крутые
волны
перехо
-
дят
по
межобмоточным
емкостным
связям
.
На
наш
взгляд
,
в
этих
условиях
действенным
средством
защиты
оборудования
ПС
,
и
прежде
всего
СТ
,
от
крутых
волн
,
набегающих
с
ВЛ
,
может
стать
частотнозависимое
устройство
(
ЧЗУ
),
работающее
по
принципу
скин
-
эффекта
[6–7].
И
осо
-
бенно
эффективным
должно
стать
комбинированное
исполь
-
зование
ОПН
и
ЧЗУ
.
ЧЗУ
было
разработано
Новосибирским
государствен
-
ным
техническим
университетом
в
период
с
03.09.2012
по
08.09.2014
в
рамках
договора
на
выполнение
научно
-
ис
-
следовательской
и
опытно
-
конструкторской
работы
для
АО
«
Тюменьэнерго
».
Было
изготовлено
три
опытных
об
-
разца
ЧЗУ
,
установленных
для
проведения
опытно
-
про
-
мышленной
эксплуатации
на
ПС
110
кВ
«
Сугмутская
»
филиала
АО
«
Тюменьэнерго
»
Ноябрьские
электрические
сети
(
ячейка
Муравленковская
1
ф
.
С
,
ячейка
Муравлен
-
ковская
–2
ф
.
В
и
ф
.
С
).
ЧЗУ
внешне
похоже
на
высокочастотный
заградитель
,
но
его
принципиальным
отличием
является
провод
обмот
-
ки
,
имеющий
частотнозависимое
сопротивление
.
За
основу
провода
взят
обычный
алюминиевый
провод
необходимо
-
го
диаметра
.
Поверх
провода
нанесены
слои
материала
,
имеющего
высокую
магнитную
проницаемость
и
высокое
удельное
сопротивление
.
Благодаря
этому
,
сопротивление
ЧЗУ
при
прохождении
импульса
высокочастотного
пере
-
напряжения
резко
возрастает
.
При
нормальном
режиме
работы
линии
токи
проходят
по
алюминиевому
проводу
,
который
на
рабочей
частоте
в
50
Гц
имеет
то
же
сопротив
-
ление
,
что
и
фазный
провод
.
При
проходе
,
например
,
волны
грозового
перенапряжения
,
имеющей
частотный
диапазон
200–300
кГц
,
ток
из
алюминиевого
провода
,
благодаря
действию
скин
-
эффекта
,
выталкивается
в
высокоомный
слой
,
и
сопротивление
устройства
увеличивается
в
де
-
сятки
и
сотни
тысяч
раз
.
При
достаточной
длине
провода
можно
обеспечить
такое
активное
сопротивление
,
которое
будет
полностью
подавлять
импульсы
высокочастотных
перенапряжений
,
увеличивая
тем
самым
грозоупорность
ВЛ
.
Конструкция
ЧЗУ
в
виде
спирали
(
рисунок
6)
позволяет
создавать
высокое
реактивное
сопротивление
,
снижающее
крутизну
импульса
перенапряжения
,
уменьшая
тем
самым
опасность
межвитковых
замыканий
в
защищаемом
оборудо
-
вании
,
то
есть
в
первую
очередь
в
СТ
.
Сравнительный
анализ
влияния
ЧЗУ
,
силового
реактора
(
ВЧ
-
заградителя
),
конденсаторов
связи
,
а
также
совместного
применения
силового
реактора
и
конденсатора
связи
на
кру
-
тизну
импульса
перенапряжения
показывает
,
что
ЧЗУ
являет
-
ся
наиболее
эффективным
защитным
устройством
.
Для
ана
-
лиза
моделировалось
прохождение
полной
волны
импульса
перенапряжения
(
с
амплитудой
1,0
и
формой
1,2/50
мкс
),
сре
-
36
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3,
декабрь
2016
занной
(2/0
мкс
)
и
короткой
(0,1/15
мкс
)
волн
через
данные
за
-
щитные
устройства
на
подстанции
110
кВ
.
Компьютерные
ос
-
циллограммы
прохождения
полной
волны
при
использовании
различных
средств
защиты
приведены
на
рисунке
7.
Кривая
1
представляет
форму
входного
импульса
на
входе
защитного
устройства
.
Кривые
2, 3, 4
и
5
показывают
тот
же
импульс
при
его
прохождении
через
,
соответственно
,
конденсатор
связи
емкостью
6,4
нФ
,
высокочастотный
заградитель
(
R
= 0,57
Ом
,
L
= 1,0
мГн
),
частотнозависимое
устройство
(
R
= 96,4
Ом
,
L
= 2,5
мГн
)
и
конденсатор
емкостью
12,8
нФ
.
На
рисунках
8
и
9
приведены
осциллограммы
прохожде
-
ния
через
те
же
средства
защиты
срезанной
и
короткой
волны
соответственно
.
Из
полученных
компьютерных
осциллограмм
видно
,
что
наиболее
эффективной
мерой
по
снижению
кру
-
тизны
и
амплитуды
полной
,
срезанной
и
короткой
волн
явля
-
ется
применение
ЧЗУ
.
Так
,
например
,
амплитуда
импульса
полной
волны
после
прохождения
ЧЗУ
снижается
на
10–20%,
а
длительность
фронта
увеличивается
с
0,5
мкс
до
5
мкс
.
Результаты
сравнительного
анализа
и
численной
оценки
работы
ЧЗУ
подтверждает
мониторинг
трех
опытных
образ
-
цов
устройства
,
установленных
для
проведения
опытно
-
про
-
мышленной
эксплуатации
на
приемном
портале
ПС
«
Суг
-
мутская
»
в
рассечку
каждого
фазного
провода
.
Мониторинг
осуществлялся
с
помощью
фиксирующего
устройства
(
да
-
лее
—
Система
мониторинга
),
разработанного
Новосибир
-
ским
государственным
техническим
университетом
для
под
-
тверждения
работоспособности
опытных
образцов
ЧЗУ
.
Система
мониторинга
в
постоянном
режиме
отслежи
-
вала
напряжения
на
входе
и
выходе
устройства
в
течение
грозового
периода
2015
года
.
За
это
время
система
зареги
-
стрировала
три
импульса
перенапряжения
различного
проис
-
хождения
,
пришедших
с
ВЛ
.
Амплитуда
последнего
импульса
,
зарегистрированного
в
июне
,
составляла
около
350
кВ
(
ос
-
циллограмма
синего
цвета
на
рисунке
10).
Однако
на
выхо
-
де
частотнозависимого
устройства
(
осциллограмма
красного
цвета
)
никаких
возмущений
зарегистрировано
не
было
.
В
период
грозового
сезона
2016
года
также
проводи
-
лась
фиксация
уровня
перенапряжений
системой
мони
-
торинга
на
ПС
«
Сугмутская
».
Анализ
полученных
данных
будет
закончен
в
конце
октября
2016
года
после
снятия
показаний
и
расшифровки
осциллограмм
,
полученных
в
полевых
условиях
.
Полученные
результаты
будут
пред
-
ставлены
на
итоговом
заседании
Технического
совета
Рис
. 6.
Общий
вид
конструкции
ЧЗУ
Рис
. 7.
Компьютерные
осциллограммы
прохождения
полной
волны
Рис
. 9.
Компьютерные
осциллограммы
прохождения
короткой
волны
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0
2
4
6
8
10
U/
U
о
t, мкс
2
1
3
4
5
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0
2
4
6
8
10
U/
U
о
t, мкс
2
1
3
4
5
Рис
. 8.
Компьютерные
осциллограммы
прохождения
срезанной
волны
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0
2
4
6
8
10
U/
U
о
t, мкс
1
2
3
5
4
Техсовет
37
АО
«
Тюменьэнерго
»
с
целью
решения
вопроса
о
целесо
-
образности
тиражирования
ЧЗУ
в
рамках
сетевого
ком
-
плекса
АО
«
Тюменьэнерго
».
Установка
ЧЗУ
на
ВЛ
целесообразна
и
с
экономической
точки
зрения
.
Так
,
частотнозависимое
устройство
уста
-
навливается
только
на
последней
опоре
непосредственно
перед
самой
подстанцией
или
на
линейном
портале
под
-
станции
.
Это
,
в
свою
очередь
,
облегчает
не
только
установ
-
ку
,
но
и
контроль
над
работой
ЧЗУ
.
И
главное
,
устройство
построено
по
принципу
: «
Установил
и
забыл
».
Гарантийный
срок
эксплуатации
материалов
составляет
не
менее
30
лет
.
Подводя
итоги
,
можно
сформулировать
следующие
до
-
стоинства
ЧЗУ
:
•
высокое
активное
и
реактивное
сопротивление
при
про
-
хождении
высокочастотных
импульсов
перенапряжения
;
•
способность
эффективно
воздействовать
на
амплитуду
и
крутизну
входного
импульса
;
•
отсутствие
потерь
при
нормальном
режиме
работы
;
•
независимость
от
заземляющего
устройства
ПС
;
•
простота
в
изготовлении
и
установке
на
объекте
;
•
возможность
подобрать
оптимальные
параметры
для
подстанции
любой
мощности
;
•
невысокая
стоимость
;
•
продолжительность
непрерывной
работы
до
30
лет
;
•
минимальные
затраты
при
эксплуатации
.
Дополнительный
эффект
от
применения
ЧЗУ
будет
дости
-
гаться
также
вследствие
защиты
ими
от
тех
высокочастотных
перенапряжений
,
которые
возникают
при
коммутациях
разъ
-
единителями
.
Что
касается
основного
назначения
ЧЗУ
:
защиты
про
-
дольной
(
витковой
)
изоляции
СТ
от
крутых
волн
грозовых
пе
-
ренапряжений
,
то
повышение
эффективности
их
применения
видится
в
сочетании
их
с
ОПН
ЛИр
,
устанавливаемыми
перед
ЧЗУ
со
стороны
ВЛ
и
заземляемыми
на
концевой
опоре
.
ВЫВОДЫ
1.
В
современном
состоянии
грозозащиты
ВЛ
и
ПС
110
кВ
назрел
дисбаланс
между
предписаниями
контролирую
-
щих
органов
по
ее
выполнению
в
соответствии
с
действу
-
ющими
НТД
,
с
одной
стороны
,
и
реальными
условиями
эксплуатации
в
регионах
с
грунтами
низкой
проводимости
,
с
другой
.
2.
Необходимо
переработать
действующие
НТД
и
,
в
первую
очередь
,
ПУЭ
,
в
части
грозозащиты
ВЛ
и
ПС
,
работающих
в
регионах
с
грунтами
низкой
проводимости
,
с
тем
,
чтобы
узаконить
на
отраслевом
уровне
успешно
апробирован
-
ные
локальные
достижения
«
местных
»
решений
и
про
-
ектов
по
повышению
грозоупорности
на
основе
ОПН
ЛИр
и
других
,
аналогичных
им
.
3.
Необходимо
принять
для
регионов
с
грунтами
низкой
про
-
водимости
решение
об
отказе
от
использования
тросовых
подходов
ВЛ
к
ПС
в
пользу
замены
их
аппаратной
защи
-
той
,
поскольку
в
этих
условиях
грозотрос
,
являясь
только
Время
,
мкс
Напряж
ение
,
кВ
400
350
300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
0
0,08
0,02
0,1
0,12
0,04
0,06
перехватчиком
молнии
,
не
предотвращает
обратных
пе
-
рекрытий
изоляции
ВЛ
(
в
том
числе
на
подходах
к
ПС
)
и
не
обеспечивает
расчетного
,
требуемого
эффекта
снижения
крутизны
грозовых
волн
,
набегающих
с
ВЛ
на
ПС
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Гаранин
А
.
Е
.
Перенапряжения
на
аппаратуре
СЦБ
в
гро
-
зовой
сезон
/
Гаранин
А
.
Е
.,
Митрохин
В
.
Е
. //
Наука
и
об
-
разование
транспорту
:
Материалы
III
Всероссийской
на
-
учно
-
практич
.
конф
. (
Самара
—
Пенза
, 2010) /
Самарский
гос
.
ун
-
т
путей
сообщения
.
Самара
, 2010.
С
. 62–64.
2.
Лысков
Ю
.
И
.,
Антонова
Н
.
П
.,
Максимов
В
.
М
.,
Демина
О
.
Ю
.
Проблемы
применения
нелинейных
ограничителей
пере
-
напряжений
110–750
кВ
//
Электрические
станции
, 1988,
№
9.
С
. 43–47.
3.
Данилов
Г
.
А
.,
Зубков
А
.
С
. (
ЗАО
«
ФЕНИКС
-88»,
Новоси
-
бирск
),
Боровицкий
В
.
Г
.,
Лошаков
Ю
.
Е
. (
ОАО
«
Тюмень
-
энерго
»).
Надежность
воздушных
электросетей
. URL:
http://www.fenix88.nsk.su/stat13_09_10.php.
4.
Информация
по
промерзанию
,
оттаиванию
,
температуре
грунтов
за
2000-2013 (Excel). Copyright © atlas-yakutia.ru.
Россия
, 2007–2014.
5.
Изыскания
проектного
института
ООО
«
Спектр
»
г
.
Но
-
ябрьск
/
Лицензия
на
проектирование
объектов
газового
хозяйства
К
020764
№
ГС
-5-72-02-1026-0-7202180969-
008684-1
от
23
октября
2008
года
.
6.
Коробейников
С
.
М
.,
Лавров
Ю
.
А
.,
Илюшов
Н
.
Я
.
Разработ
-
ка
частотозависимого
устройства
для
подавления
высоко
-
частотных
перенапряжений
//
Диагностика
электрических
установок
:
материалы
9
науч
.-
практ
.
семинара
Обще
-
ствен
.
Совета
специалистов
Сибири
и
Дальн
.
Востока
.
Красноярск
,
Дивногорск
, 16–17
апр
. 2014
г
.
Красноярск
,
Дивногорск
, 2014.
7.
Илюшов
Н
.
Я
.
Эффективное
средство
защиты
электро
-
оборудования
от
высокочастотных
перенапряжений
//
Электрооборудование
:
эксплуатация
и
ремонт
, 2015,
№
4.
С
. 18–26.
Рис
. 10.
Импульс
высокочастотного
перенапряжения
,
зарегистрированный
Оригинал статьи: Проблемы грозоупорности линий электропередачи и подстанций в районах Крайнего Севера
В статье рассмотрена грозоупорность воздушных ЛЭП (ВЛ) и подстанций (ПС) 110 кВ АО «Тюменьэнерго» в районах Крайнего Севера. Для ВЛ рассмотрено влияние свойств грунта и рельефа местности, для ПС — уязвимость продольной (витковой) изоляции обмоток силовых трансформаторов. Если для ВЛ найден надежный, хотя и затратный, способ повышения их грозоупорности, то для защиты подстанционного оборудования от набегающих с ВЛ волн грозовых перенапряжений делаются только первые шаги. Вариант ее конструктивного воплощения представлен описанием частотно зависимого устройства (ЧЗУ).