30
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
2 (25),
июнь
2022
30
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
2 (25),
июнь
2022
Внедрение
цифровых
технологий
Создание
системы
автоматизированного
проектирования
молниезащиты
ПС
и
ВЛ
В
статье
охарактеризованы
результаты
работы
ПАО
«
Россети
Кубань
»
и
НИУ
«
МЭИ
»
по
созданию
системы
автоматизи
-
рованного
проектирования
молниезащиты
ПС
и
ВЛ
,
вклю
-
чающей
в
себя
реализованную
в
виде
проекта
стандарта
организации
методику
проектирования
,
базу
данных
по
ти
-
повым
техническим
решениям
и
программный
комплекс
,
состоящий
из
ранее
разработанных
программ
и
нового
ПО
,
обеспечивающего
расчет
статистических
параметров
,
ха
-
рактеризующих
грозовые
отключения
ВЛ
и
повреждения
изоляции
подстанционного
оборудования
от
набегающих
с
линий
волн
грозового
происхождения
.
Внедрение
раз
-
работанной
системы
позволит
решить
актуальные
задачи
повышения
надежности
молниезащиты
объектов
электро
-
сетевого
хозяйства
при
одновременном
снижении
трудо
-
затрат
проектировщиков
и
требований
к
их
опыту
и
ква
-
лификации
.
Антон
ЖУЙКОВ
,
инженер
кафедры
ТЭВН
ФГБОУ
ВО
«
НИУ
«
МЭИ
»
Борис
ЛИТАШ
,
начальник
отдела
инноваций
ПАО
«
Россети
Кубань
»
Григорий
МАСИН
,
начальник
центральной
службы
изоляции
и
защиты
от
перенапряжений
ПАО
«
Россети
Кубань
»
В
отечественных
электрических
сетях
проблема
надежной
молниезащиты
стоит
достаточно
остро
,
особенно
для
районов
с
высокой
грозовой
активностью
.
Так
,
на
территории
Краснодарского
края
и
Республики
Адыгея
наблюдается
значи
-
тельное
число
грозовых
отключений
воздушных
линий
(
ВЛ
) 35–110
кВ
(
рисунок
1).
Воздушные
линии
35
кВ
в
сетях
с
изолированной
нейтралью
в
меньшей
степени
подвер
-
жены
воздействию
грозовых
перенапряжений
по
сравнению
с
линиями
110
кВ
,
эксплу
-
атирующимися
в
сетях
с
заземленной
нейтралью
(
рисунок
2).
Поэтому
именно
для
ВЛ
напряжением
110
кВ
и
выше
в
ПАО
«
Россети
Кубань
»
задача
повышения
грозоупорности
считается
наиболее
актуальной
.
Анализ
нарушений
в
работе
электросетевых
объектов
в
грозовой
сезон
показывает
,
что
они
в
значительной
степени
обусловлены
несовершенством
проектирования
защи
-
ты
от
грозовых
воздействий
.
Прежде
всего
,
это
связано
с
тем
,
что
при
проектировании
выбор
мероприятий
по
молниезащите
основывается
на
устаревших
сегодня
методах
и
средствах
,
предусмотренных
действующими
нормативными
документами
[1].
Применя
-
ются
усредненные
и
устаревшие
данные
по
грозовой
активности
,
не
учитываются
новые
31
31
Даниил
МАТВЕЕВ
,
к
.
т
.
н
.,
научный
сотрудник
кафедры
ТЭВН
ФГБОУ
ВО
«
НИУ
«
МЭИ
»
средства
обеспечения
грозоупорности
.
Проектирование
осуществляется
с
низким
уров
-
нем
автоматизации
процесса
и
основывается
на
применении
разрозненных
нормативных
документов
и
программных
средств
.
Сказанное
относится
не
только
к
проектированию
ВЛ
,
но
и
к
комплексу
задач
проекти
-
рования
подстанций
.
В
относительно
недавно
появившемся
стандарте
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
[2]
в
разделе
«
Защита
РУ
и
ПС
от
коммутационных
перенапряжений
и
набегающих
с
ВЛ
Рис
. 1.
Распределение
по
годам
уровня
грозовой
активности
на
территории
эксплуатационной
ответственности
ПАО
«
Россети
Кубань
»
150
100
50
0
Час
;
шт
.
2015 2016 2017 2018 2019
Год
средняя
продолжительность
гроз
,
час
кол
-
во
отключений
ВЛ
35–110
кВ
при
грозе
58,4
71,1
113
45
77
67,4
128
62,6
78
106
Рис
. 2.
Распределение
по
годам
удельных
чисел
грозовых
отключений
(
на
100
км
длины
ВЛ
и
100
грозовых
часов
)
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1 / (100
км
• 100
г
.
ч
.)
2015 2016 2017 2018 2019
Год
ВЛ
35
кВ
ВЛ
110
кВ
0,71
0,63
1,37
0,75
2,66
0,90
2,65
0,38
1,88
2,66
32
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
2 (25),
июнь
2022
32
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
2 (25),
июнь
2022
Внедрение
цифровых
технологий
грозовых
волн
»
в
п
. 8.1.9
сказано
: «
Число
и
места
установки
ОПН
,
расстояние
по
ошиновке
от
ОПН
до
трансформаторов
и
другого
защищаемого
оборудования
ОРУ
110
кВ
следует
выбирать
расчетным
путем
с
учетом
схемы
ОРУ
,
числа
от
-
ходящих
ВЛ
,
длины
подхода
ВЛ
,
интенсивности
грозовой
де
-
ятельности
,
исходя
из
защитных
характеристик
ОПН
и
нор
-
мированных
ГОСТ
1516.3
испытательных
напряжений
для
защищаемого
оборудования
».
Перечень
программного
обес
-
печения
(
ПО
)
перечислен
в
сноске
5: «
Коммерческие
про
-
граммы
для
расчета
переходных
процессов
в
электрических
сетях
: NI Multisim, Simulink, EMTP-RV, ATP-EMTP, MicroTran,
RTDS Simulator, PSCAD-EMTDC
и
др
.».
Все
перечисленные
программы
,
по
сути
,
представляют
собой
универсальные
программные
комплексы
для
чис
-
ленного
моделирования
переходных
процессов
,
адаптация
которых
к
расчету
грозовых
перенапряжений
и
проектирова
-
нию
молниезащиты
сложна
и
требует
исключительно
высо
-
кой
квалификации
специалистов
,
разрабатывающих
модели
для
проектных
расчетов
.
Методические
указания
по
применению
ОПН
на
ВЛ
[3]
позволяют
осуществить
выбор
оптимального
технического
решения
без
численного
моделирования
грозовых
перена
-
пряжений
только
для
ограниченного
круга
типовых
ВЛ
.
С
учетом
сказанного
,
в
2017
году
ПАО
«
Россети
Кубань
»
была
инициирована
научно
-
исследовательская
работа
(
НИОКР
)
по
созданию
системы
автоматизированного
про
-
ектирования
молниезащиты
ПС
и
ВЛ
.
Целью
работы
явля
-
лась
автоматизация
проектирования
молниезащиты
объ
-
ектов
электросетевого
хозяйства
с
использованием
новых
методик
и
технических
средств
для
повышения
качества
проектирования
и
снижения
технологических
нарушений
в
период
грозового
сезона
.
При
этом
перед
разработ
-
чиками
системы
стояла
задача
максимально
упростить
и
ускорить
труд
проектировщиков
,
автоматизируя
сложные
технические
нюансы
моделирования
,
тем
самым
избав
-
ляя
проектировщиков
от
необходимости
решать
вопросы
моделирования
коронного
разряда
на
проводах
,
индукти
-
рованных
каналом
молнии
напряжений
,
искажения
форм
волн
грозовых
перенапряжений
при
пробеге
по
линии
и
т
.
д
.
Для
этого
было
решено
разработать
программное
обеспе
-
чение
(
ПО
),
к
которому
предъявлены
следующие
принципи
-
альные
требования
:
–
учет
современных
технических
средств
молниезащиты
;
–
возможность
автоматического
применения
типовых
тех
-
нических
решений
;
–
быстрое
задание
исходных
данных
и
обоснованное
при
-
менение
упрощенных
подходов
при
отсутствии
полного
набора
необходимых
данных
.
Разработка
ПО
была
осуществлена
в
НИУ
«
МЭИ
».
Программа
получила
название
LPLab (Lightning Protection
Laboratory)
и
состоит
из
двух
модулей
.
В
основе
модуля
«
Мол
-
ниезащита
ВЛ
»
лежит
расчет
числа
грозовых
отключений
ВЛ
как
основного
показателя
грозоупорности
.
Модуль
«
Молние
-
защита
ПС
»
обеспечивает
расчет
защиты
ПС
от
грозовых
перенапряжений
,
вызванных
набеганием
с
ВЛ
волн
грозового
происхождения
.
Для
полной
автоматизации
проектирования
молниезащиты
ПС
помимо
разработанного
ПО
программ
-
ный
комплекс
был
укомплектован
уже
готовыми
и
вери
-
фицированными
в
ходе
работы
программными
модулями
:
–
МЗПС
:
автоматизированный
расчет
и
построение
зон
за
-
щиты
молниеотводов
на
ПС
;
– ORU-M:
расчет
обратных
перекрытий
на
первичные
и
вторичные
цепи
;
– Interference:
расчет
наведенных
импульсных
напряже
-
ний
во
вторичных
цепях
.
Помимо
создания
программного
комплекса
полной
ав
-
томатизации
проектирования
молниезащиты
ВЛ
и
ПС
были
разработаны
:
–
методика
автоматизированного
проектирования
молние
-
защиты
объектов
электросетевого
хозяйства
,
оформ
-
ленная
в
виде
проекта
стандарта
ПАО
«
Россети
»
«
Требования
к
автоматизированному
проектированию
молниезащиты
электрических
подстанций
и
воздушных
линий
электропередачи
»;
–
база
данных
по
экономически
обоснованным
типовым
техническим
решениям
по
молниезащите
объектов
элек
-
тросетевого
хозяйства
;
–
методика
,
в
соответствии
с
которой
выполнены
анализ
и
верификация
компьютерных
программ
для
применения
в
составе
системы
автоматизированного
проектирования
.
Структура
разработанной
системы
автоматизирован
-
ного
проектирования
молниезащиты
ПС
и
ВЛ
отражена
на
рисунке
3.
Алгоритм
автоматизированного
проектирования
мол
-
ниезащиты
ПС
с
помощью
программного
комплекса
можно
кратко
сформулировать
следующим
образом
:
1)
в
базе
данных
по
типовым
решениям
молниезащиты
ПС
выбирают
наиболее
близкое
решение
к
проектируемому
объекту
;
2)
принимают
проектное
решение
,
аналогичное
выбранно
-
му
типовому
решению
;
3)
проводят
расчеты
зон
защиты
от
прямого
удара
молнии
(
модуль
МЗПС
);
4)
проводят
расчеты
вторичных
воздействий
молнии
и
сравнивают
их
с
допустимыми
(
модули
ORU-M
и
Interference);
5)
проводят
расчеты
защиты
от
грозовых
перенапряжений
(LPLab —
молинезащита
ПС
).
Если
требования
по
надежности
защиты
от
воздействий
молнии
не
выполняются
,
то
применяют
дополнительные
ме
-
роприятия
для
повышения
надежности
защиты
.
База
данных
типовых
решений
по
молниезащите
ПС
представляет
собой
структурированную
коллекцию
файлов
,
содержащих
планы
расположения
зданий
и
оборудования
,
а
также
схему
расстановки
молниеотводов
с
учетом
требо
-
ваний
электромагнитной
совместимости
(
ЭМС
).
33
33
Типовое
проектное
решение
выбирается
в
следующей
последовательности
:
–
тип
подстанции
:
открытая
,
закрытая
,
закрытая
с
ОПП
;
–
номинальное
напряжение
ПС
;
–
экранирование
контрольных
кабелей
;
–
тип
кабельной
канализации
;
–
удельное
сопротивление
грунта
;
–
принципиальная
электрическая
схема
распределитель
-
ного
устройства
.
Результатом
выбора
являются
файлы
с
типовой
схемой
молниезащиты
,
соответствующей
заданным
параметрам
под
-
станции
,
выполненной
с
учетом
обеспечения
требований
ЭМС
.
Применительно
к
ВЛ
расчет
их
грозовых
отключений
выполняется
по
заложенным
в
компьютерную
программу
заранее
подготовленным
разработчиками
ПО
номограммам
для
типовых
случаев
,
что
существенно
ускоряет
расчетную
процедуру
.
Если
проектное
решение
отличается
от
типово
-
го
,
то
программа
осуществляет
численное
моделирование
грозовых
перенапряжений
на
ВЛ
.
Если
расчетное
число
грозовых
отключений
ВЛ
для
ба
-
зового
проектного
решения
превышает
допустимое
,
то
вы
-
бираются
одно
или
несколько
мероприятий
по
повышению
грозоупорности
:
–
снижение
импульсных
сопротивлений
заземляющих
устройств
;
–
изменение
углов
тросовой
защиты
;
–
подвеска
дополнительных
тросов
,
в
том
числе
в
межфа
-
зовом
пространстве
ВЛ
;
–
усиление
линейной
изоляции
;
–
применение
опор
других
типов
;
–
применение
защитных
аппаратов
(
линейные
ограничи
-
тели
или
линейные
разрядники
в
соответствии
с
терми
-
нологией
[3]).
Выполняются
расчеты
для
всех
выбранных
вариантов
,
на
основании
результатов
которых
проектировщик
принимает
ре
-
шение
о
мероприятиях
по
повышению
грозоупорности
ВЛ
.
Рассмотрим
основные
положения
,
заложенные
в
основу
алгоритмов
расчета
молниезащиты
ВЛ
и
ПС
,
реализован
-
ных
в
разработанном
ПО
.
ПРОГРАММНЫЙ
МОДУЛЬ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
МОЛНИЕЗАЩИТЫ
ВЛ
Расчетным
показателем
грозоупорности
ВЛ
является
удель
-
ное
число
грозовых
отключений
на
100
км
за
100
грозовых
часов
.
При
прямых
ударах
молнии
в
ВЛ
принимается
,
что
перекрытия
линейной
изоляции
происходят
только
на
опоре
,
а
именно
вдоль
гирлянды
изоляторов
.
При
расчете
грозоупор
-
ности
ВЛ
110–750
кВ
ближние
удары
молнии
не
учитываются
.
Грозоупорность
ВЛ
рассчитывается
только
для
первой
компоненты
молнии
,
так
как
вероятность
перекрытия
изоля
-
ции
при
воздействии
последующих
компонент
значительно
меньше
,
чем
при
воздействии
первой
компоненты
.
Число
необходимых
расчетных
случаев
для
оценки
гро
-
зоупорности
определяется
особенностями
молниезащиты
ВЛ
:
наличием
тросовой
молниезащиты
,
защитных
аппара
-
тов
(
ЗА
)
и
вариантами
их
расстановки
на
ВЛ
.
Рассчитывают
-
ся
случаи
ударов
в
опору
,
в
трос
(
при
его
наличии
)
и
в
фаз
-
Рис
. 3.
Структура
системы
автоматизированного
проектирования
молниезащиты
ПС
и
ВЛ
Методика
автоматизированного
проектирования
МЗПС
автоматизированный
расчет
и
построение
зон
защиты
молниеотводов
на
ПС
Молниезащита
ВЛ
расчет
числа
грозовых
отключений
ВЛ
Молниезащита
ПС
расчет
защиты
от
воздействий
волн
грозового
происхождения
ORU-M
расчет
обратных
перекрытий
на
первичные
и
вторичные
цепи
Interference
расчет
наведенных
импульсных
напряжений
во
вторичных
цепях
LPLab
LA PTLs
расчет
вероятности
поражения
молнией
элементов
ВЛ
База
данных
типовых
технических
решений
элементы
системы
программный
комплекс
новые
программные
модули
34
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
2 (25),
июнь
2022
34
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
2 (25),
июнь
2022
Внедрение
цифровых
технологий
ный
провод
.
Учет
влияния
ЗА
осуществляется
по
методике
[4–7],
созданной
при
разработке
стандарта
[3].
Расчеты
вероятностей
перекрытий
гирлянд
изоляторов
проводят
с
учетом
возникающих
на
ВЛ
переходных
процес
-
сов
.
Вероятность
перекрытия
гирлянды
изоляторов
опреде
-
ляется
с
использованием
метода
статистических
испытаний
Монте
-
Карло
как
отношение
числа
перекрытий
к
общему
числу
проведенных
расчетов
.
Алгоритм
расчета
числа
грозовых
отключений
многоцеп
-
ной
ВЛ
аналогичен
алгоритму
для
одноцепных
ВЛ
.
Фиксиру
-
ются
отключения
не
только
одной
цепи
,
а
двух
и
более
(
в
за
-
висимости
от
их
количества
)
одновременно
при
воздействии
первого
импульса
тока
молнии
.
Определение
вероятности
отключения
двух
и
более
це
-
пей
осуществляется
следующим
образом
:
1)
устанавливается
наличие
первого
перекрытия
одной
из
гирлянд
изоляторов
;
2)
производится
дальнейший
расчет
напряжений
на
других
гирляндах
изоляторов
с
установлением
их
перекрытия
.
По
окончанию
расчета
становится
известным
,
какие
гир
-
лянды
были
перекрыты
и
к
какой
цепи
ВЛ
они
принадлежат
.
Если
все
перекрытые
гирлянды
принадлежат
одной
цепи
,
то
это
соответствует
случаю
отключения
одной
цепи
и
отсут
-
ствия
многоцепных
отключений
.
Если
перекрытые
гирлянды
принадлежат
разным
цепям
,
то
этот
случай
соответствует
отключению
нескольких
цепей
одновременно
.
Для
ВЛ
с
защитными
аппаратами
,
установленными
во
всех
фазах
и
на
всех
опорах
,
проведение
расчетов
грозоупорности
не
требуется
.
При
таком
варианте
расстановки
защитных
ап
-
паратов
принимается
,
что
расчетное
число
грозовых
отклю
-
чений
ВЛ
равно
нулю
,
при
этом
надежность
работы
ЗА
харак
-
теризуется
средним
числом
лет
их
безаварийной
работы
[3].
В
расчетах
учитываются
:
–
геометрическое
расположение
проводов
и
тросов
в
про
-
лете
ВЛ
в
соответствии
со
схемами
подвески
проводов
на
опорах
с
учетом
провисания
проводов
в
пролете
ВЛ
,
длины
пролетов
;
–
рабочее
напряжение
ВЛ
;
–
конструктивные
особенности
опор
;
–
сопротивления
заземляющих
устройств
опор
;
–
параметры
импульса
тока
молнии
(
функции
распреде
-
ления
амплитуды
,
длительности
фронта
и
крутизны
им
-
пульса
тока
молнии
);
–
распределение
вероятности
места
удара
(
расстояние
от
точки
удара
до
опоры
)
в
пролете
ВЛ
;
–
импульсная
корона
на
проводах
ВЛ
(
учитывается
с
по
-
мощью
подхода
[8]).
При
выполнении
НИОКР
исследовались
различные
ме
-
тоды
оценки
импульсной
электрической
прочности
изоля
-
ционных
подвесок
ВЛ
.
Было
показано
,
что
расчет
по
вольт
-
секундным
характеристикам
дает
значительные
погрешности
,
если
использовать
его
для
оценки
разрядных
напряжений
при
реальных
формах
воздействующего
импульсного
напряже
-
ния
.
Поэтому
в
программе
впервые
в
отечественной
практике
реализованы
метод
эквивалентных
площадей
(
МЭП
)
и
метод
развивающегося
лидера
[9, 10].
В
качестве
примера
можно
рассмотреть
случай
поражения
молнией
опоры
ВЛ
.
При
неко
-
торых
сочетаниях
параметров
расчетной
модели
для
относи
-
тельно
малых
длительностей
фронта
импульса
тока
молнии
ВСХ
дает
перекрытия
гирлянд
при
больших
амплитудах
тока
,
чем
в
случае
оценки
напряжения
перекрытия
по
МЭП
.
При
относительно
больших
длительностях
фронта
тока
молнии
ситуация
обратная
:
для
перекрытия
по
ВСХ
достаточно
мень
-
шей
амплитуды
импульса
тока
,
чем
в
случае
использования
МЭП
.
Описанный
случай
проиллюстрирован
на
рисунке
4.
Со
-
ответствующее
току
молнии
с
крутым
фронтом
напряжение
1
не
пересекает
ВСХ
,
однако
довольно
быстро
превышает
опорное
напряжение
0
метода
эквивалентных
площадей
и
к
моменту
времени
р
1
«
накапливает
»
необходимое
для
пе
-
рекрытия
«
разрушающее
действие
»
.
Соответствующее
пологому
импульсу
тока
напряжение
2
,
наоборот
,
пересекает
ВСХ
к
моменту
времени
р
2
,
однако
превышение
им
уровня
столь
незначительно
и
непродолжительно
по
времени
,
что
площадь
,
ограниченная
кривыми
,
не
достигает
значения
.
Расчет
грозопоражаемости
ВЛ
осуществляется
в
соот
-
ветствии
с
[11],
но
имеет
возможность
подключения
модуля
LA PTLs (Lightning Affection of Power Transmission Lines)
расче
-
та
вероятностей
поражения
ВЛ
молнией
,
обеспечивающего
:
–
учет
объектов
,
расположенных
вдоль
трассы
ВЛ
и
ока
-
зывающих
экранирующее
влияние
;
–
расчет
распределения
вероятностей
поражения
отдель
-
ных
конструктивных
элементов
ВЛ
(
тросов
,
фазных
про
-
водов
,
опор
);
–
расчет
распределения
вероятностей
поражения
фазных
проводов
и
тросов
вдоль
пролета
;
–
расчет
функции
распределения
вероятностей
параме
-
тров
импульсов
тока
молнии
с
учетом
поражения
кон
-
кретного
элемента
ВЛ
.
Этот
модуль
был
разработан
по
заказу
ПАО
«
Россети
Кубань
»
в
рамках
отдельной
НИОКР
,
в
нем
отражены
ре
-
зультаты
многолетней
работы
кафедры
ТЭВН
НИУ
«
МЭИ
»
по
разработке
теоретических
основ
вероятностного
подхода
к
оценке
грозопоражаемости
[12, 13].
Применение
модуля
не
только
позволяет
уточнить
применяемые
в
[11]
эмпири
-
ческие
формулы
,
но
и
количественно
оценивать
эффектив
-
ность
применения
таких
способов
повышения
грозоупор
-
ности
ВЛ
и
ПС
,
как
удлинение
траверс
опоры
,
уменьшение
длины
пролета
,
снижение
сопротивлений
заземлителей
опор
в
пределах
защитного
подхода
[1].
ПРОГРАММНЫЙ
МОДУЛЬ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ЗАЩИТЫ
ПС
ОТ
НАБЕГАЮЩИХ
ВОЛН
ГРОЗОВОГО
ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Статистические
расчеты
среднего
числа
лет
безаварийной
работы
ПС
при
воздействии
набегающих
с
ВЛ
волн
осущест
-
вляются
на
расчетной
модели
подстанции
совместно
с
ВЛ
.
В
результате
расчетов
определяется
совокупность
волн
,
35
35
возникающих
на
подходе
ВЛ
к
подстанции
и
приводящих
к
появлению
на
электрооборудовании
напряжений
,
пре
-
вышающих
заданную
величину
.
Интегрирование
по
полу
-
ченной
таким
образом
трехмерной
области
при
известных
плотностях
вероятности
дает
оценку
вероятности
этого
со
-
бытия
.
Результатом
действия
программы
является
опреде
-
ление
вероятного
числа
и
повторяемости
превышающих
не
-
который
заданный
уровень
перенапряжений
,
возникающих
в
схеме
подстанции
от
набегающих
с
ВЛ
грозовых
волн
.
Такой
подход
имеет
ряд
преимуществ
:
учитывается
,
что
не
все
удары
на
подходе
являются
опасными
;
появляется
воз
-
можность
учета
изменения
вероятности
поражения
по
дли
-
не
линии
;
возможно
исследование
влияния
конструктивных
особенностей
подхода
,
таких
как
наличие
тросовой
защиты
,
параллельных
фаз
,
противовесов
,
плохо
проводящего
грун
-
та
и
др
.
не
только
на
характер
деформации
волн
,
но
и
на
конечный
результат
—
надежность
грозозащиты
подстанции
или
вероятность
появления
напряжений
с
заданными
пара
-
метрами
.
В
программе
реализован
метод
Монте
-
Карло
,
для
при
-
менения
которого
требуется
подготовка
большого
числа
различных
расчетных
моделей
с
варьированием
точки
удара
молнии
и
конфигурации
схемы
.
При
этом
непосред
-
ственная
работа
оператора
с
программой
для
решения
этой
задачи
не
подразумевается
.
Расчетные
модели
создаются
автоматически
в
программном
комплексе
автоматизирован
-
ного
проектирования
молниезащиты
.
При
необходимости
программа
обеспечивает
возможность
ручной
корректиров
-
ки
сгенерированных
расчетных
схем
.
На
рисунке
5
в
качестве
примера
показана
однолиней
-
ная
схема
ПС
.
Соответствующая
расчетная
модель
в
про
-
грамме
LPLab
приведена
на
рисунке
6.
Модель
ВЛ
,
расположенная
на
рисунке
6
слева
от
мо
-
дели
ПС
,
содержит
пролеты
ВЛ
,
заданные
несколькими
участками
,
в
конце
которых
расположены
блоки
моделей
импульсной
короны
.
Удар
молнии
в
опору
моделируется
источником
тока
,
заданным
по
формулам
СИГРЭ
[14].
В
мо
-
дели
опоры
учитываются
напряжения
,
индуктированные
ка
-
налом
молнии
и
приложенные
к
гирляндам
изоляторов
,
для
которых
по
методу
эквивалентных
площадей
определяется
выполнение
условия
импульсного
перекрытия
.
Таким
обра
-
зом
в
модели
корректно
воспроизводится
и
начальная
фор
-
ма
электромагнитной
волны
,
отправляющейся
в
сторону
ПС
,
и
ее
искажение
под
действием
импульсной
короны
.
Подстанция
смоделирована
в
трехфазной
постанов
-
ке
,
участки
ошиновки
моделируются
с
учетом
ее
волновых
свойств
,
а
оборудование
представлено
сосредоточенными
емкостями
.
В
модели
у
подстанционного
оборудования
рас
-
положены
блоки
мониторинга
состояния
изоляции
,
фикси
-
рующие
выполнение
условия
нарушения
ее
электрической
прочности
,
что
позволяет
в
сериях
статистических
расчетов
определять
вероятности
возникновения
повреждений
.
Как
показали
расчеты
,
учет
импульсной
короны
на
про
-
водах
ВЛ
оказывает
существенное
влияние
на
амплитудные
значения
и
форму
напряжения
на
оборудовании
ПС
,
распо
-
ложенном
до
ОПН
по
ходу
движения
волны
.
Отметим
,
что
для
решения
не
проектных
,
а
исследова
-
тельских
задач
в
программе
имеется
возможность
задания
Рис
. 4.
К
оценке
электрической
прочности
линейной
изоляции
при
воздействии
импульсных
перенапряжений
грозового
происхождения
произвольной
формы
:
а
)
поражение
молнией
опоры
ВЛ
;
б
)
оценка
электрической
прочности
гирлянды
по
ВСХ
;
в
)
оценка
электриче
-
ской
прочности
гирлянды
по
МЭП
u
а
)
S
1
=
DE
U
0
S
2
˂
DE
u
u
1
u
2
t
t
р
1
в
)
BCX
u
u
1
u
2
t
t
р
2
б
)
36
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
2 (25),
июнь
2022
36
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
2 (25),
июнь
2022
силовых
трансформаторов
по
детализированным
высоко
-
частотным
схемам
замещения
.
Это
открывает
возможность
анализа
перенапряжений
,
возникающих
внутри
трансфор
-
матора
на
участках
главной
и
продольной
изоляции
,
что
особенно
актуально
при
проектировании
подстанций
,
распо
-
ложенных
в
местах
с
низкими
проводимостями
грунтов
,
где
ОПН
,
будучи
заземленными
через
значительное
импульс
-
ное
сопротивление
,
не
обеспечивают
ожидаемый
защитный
уровень
.
Программа
позволяет
моделировать
не
только
грозо
-
вые
,
но
и
высокочастотные
перенапряжения
коммутаци
-
онного
характера
,
в
том
числе
и
для
схем
с
кабельными
вставками
.
Внедрение
цифровых
технологий
Рис
. 5.
Однолинейная
схема
ПС
совместно
с
ВЛ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработана
система
автоматизированного
проектирования
молниезащиты
ПС
и
ВЛ
,
включающая
в
себя
методику
проек
-
тирования
,
базу
данных
по
типовым
техническим
решениям
и
программный
комплекс
,
состоящий
из
ранее
разработанных
программ
и
нового
ПО
.
Этот
программный
комплекс
обеспе
-
чивает
глубокую
автоматизацию
процесса
проектирования
и
отражает
передовые
достижения
в
области
молниезащиты
и
численного
моделирования
импульсных
перенапряжений
при
грозовых
воздействиях
.
Авторы
надеются
,
что
в
ближай
-
шие
годы
эта
разработка
начнет
широко
применяться
про
-
ектными
организациями
на
основе
лицензионного
договора
с
ПАО
«
Россети
Кубань
»
и
ФГБОУ
ВО
«
НИУ
«
МЭИ
».
37
37
Рис
. 6.
Расчетная
модель
ПС
совместно
с
ВЛ
в
программе
LPLab
ЛИТЕРАТУРА
1.
Колечицкий
Е
.
С
.,
Матвеев
Д
.
А
.
О
нормативных
документах
по
защите
ПС
от
волн
перенапряжений
,
набегающих
с
ВЛ
/
Материалы
Третьей
Российской
конференции
по
молниеза
-
щите
, 22
мая
2012
г
.
Санкт
-
Петербург
, 2012. 493
с
.
2.
СТО
56947007-29.240.01.221-2016.
Руководство
по
защите
электрических
сетей
напряжением
110–750
кВ
от
грозовых
и
внутренних
перенапряжений
.
Стандарт
организации
.
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
», 2016. 46
с
.
3.
СТО
56947007-29.130.10.197-2015.
Методические
указания
по
применению
ОПН
на
ВЛ
6–750
кВ
.
Стандарт
организации
.
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
», 2015. 138
с
.
4.
Гилязов
М
.
З
.,
Матвеев
Д
.
А
.
Подход
к
численному
моде
-
лированию
грозовых
перенапряжений
в
воздушных
ли
-
ниях
электропередачи
110–750
кВ
с
подвесными
огра
-
ничителями
перенапряжений
//
Энергетик
, 2011,
№
12.
C. 12–15.
5.
Гилязов
М
.
З
.,
Матвеев
Д
.
А
.
Расчетное
определение
опти
-
мальных
схем
расстановки
ограничителей
перенапряжений
на
одно
-
и
двухцепных
воздушных
линиях
электропередачи
110
кВ
//
Энергетик
, 2012,
№
6.
С
. 15–19.
6.
Гилязов
М
.
З
.,
Матвеев
Д
.
А
.,
Никулов
И
.
И
.
Расчетное
опреде
-
ление
энергетических
воздействий
и
повреждаемости
ОПН
,
установленных
на
ВЛ
//
Энергетик
, 2012,
№
9.
С
. 20–25.
7.
Богданова
О
.
И
.,
Гилязов
М
.
З
.,
Матвеев
Д
.
А
.,
Механошин
Б
.
И
.
Комплексный
подход
к
обеспечению
грозоупорности
ВЛ
/
Материалы
Третьей
Российской
конференции
по
молниеза
-
щите
, 22
мая
2012
г
.
Санкт
-
Петербург
, 2012. 493
с
.
8.
Ефимов
Б
.
В
.
Грозовые
волны
в
воздушных
линиях
.
Апатиты
:
Ин
-
т
физ
.-
техн
.
проблем
энергетики
Севера
КНЦ
РАН
.
Кол
.
науч
.
центр
Рос
.
акад
.
наук
, 2000. 134
с
.
9. Caldwell R.O., Darveniza M. Experimental and Analytical Studies of
the Effect of Non-Standard Wave Shapes on the Impulse Strength
of External Insulation. IEEE Trans., Pwr App. and Syst., 1973,
vol. 92, pp. 1420-1428.
10.
Гилязов
М
.
З
.,
Матвеев
Д
.
А
.
Учет
нестандартной
формы
воздей
-
ствующих
напряжений
при
расчете
грозоупорности
воздушных
линий
//
Вестник
Алматинского
университета
энергетики
и
связи
.
Материалы
международной
конференции
«
Энергетика
и
устой
-
чивое
развитие
:
сотрудничество
вузов
и
бизнеса
в
создании
меж
-
дународных
магистерских
программ
», 2011,
№
4(15).
С
. 79–86.
11.
РД
153-34.3-35.125-99.
Руководство
по
защите
электрических
сетей
6–1150
кВ
от
грозовых
и
внутренних
перенапряжений
.
Под
научной
редакцией
Н
.
Н
.
Тиходеева
. 2-
е
изд
.
СПб
:
Изда
-
тельство
ПЭИПК
, 1999. 353
с
.
12.
Калугина
И
.
Е
.,
Гундарева
С
.
В
.,
Темников
А
.
Г
.
Особенности
методики
расчета
поражения
молнией
элементов
воздуш
-
ной
линии
электропередачи
на
основе
вероятностного
под
-
хода
/
Труды
VI
Российской
конференции
по
молниезащите
,
17–19
апреля
, 2018,
Санкт
-
Петербург
.
С
. 134–141.
13.
Калугина
И
.
Е
.,
Гундарева
С
.
В
.,
Темников
А
.
Г
.
Методы
иссле
-
дования
поражаемости
наземных
объектов
молнией
.
Учебн
.
пособие
.
М
.:
Издательство
МЭИ
, 2017. 60
с
.
14. Anderson R.B., Eriksson A.J. Lightning parameters for engineering
application. Electra, Mar. 1980, no. 69, pp. 65-102.
Оригинал статьи: Создание системы автоматизированного проектирования молниезащиты ПС и ВЛ
В статье охарактеризованы результаты работы ПАО «Россети Кубань» и НИУ «МЭИ» по созданию системы автоматизированного проектирования молниезащиты ПС и ВЛ, включающей в себя реализованную в виде проекта стандарта организации методику проектирования, базу данных по типовым техническим решениям и программный комплекс, состоящий из ранее разработанных программ и нового ПО, обеспечивающего расчет статистических параметров, характеризующих грозовые отключения ВЛ и повреждения изоляции подстанционного оборудования от набегающих с линий волн грозового происхождения. Внедрение разработанной системы позволит решить актуальные задачи повышения надежности молниезащиты объектов электросетевого хозяйства при одновременном снижении трудозатрат проектировщиков и требований к их опыту и квалификации.
