Новости Электротехники 3(117) 2019





<  Предыдущая  ]  [  Следующая  >
Журнал №5(23) 2003

ОПН без короны и колец

Й. К. Тонг, к.т.н.,
Отделение Энергетики компании «Тайко Электроникс» Перевод Игоря Маркелова, ЗАО «РайЭнерго»



Современная линейная конструкция (550 кВ, Киргизия)


ОПН и последовательно-параллельная конструкция


ОПН модульной последовательно-параллельной конструкции (далее ПП ОПН) более 10 лет успешно эксплуатируются на напряжении до 500 кВ и уже работают в 30 странах мира.
ПП ОПН отличаются в первую очередь геометрией и однородной структурой, которые обеспечивают естественное распределение напряжения по всей длине без дополнительных коронных колец или другой коррекции максимально длительного напряжения сети.

Геометрия без недостатков
Создавая новую конструкцию ОПН, разработчики стремились избежать недостатков прежних моделей. Проблемой фарфоровых и полимерных неинтегрированных ОПН является контроль однородности напряженности электрического поля (НЭП) и поля в радиальном направлении. Высокий уровень последнего ведет к частичным разрядам в корпусе ОПН между фарфором и металлоксидными (ZnO) дисками варисторов и приводит к их старению.
Общая геометрия ПП ОПН должна была быть настолько надежной, чтобы НЭП в радиальном и продольном направлениях была на приемлемом уровне при самом высоком действующем напряжении системы. И в начале 90-х построили базисную модель для определения величины напряжения пробоя изоляции на частоте 50 Гц. Для этого смонтировали конструкцию из 7 ступеней по 4 ОПН в каждой на круглом основании Ж 250 мм.
Максимальное номинальное напряжение (Ur) конструкции было 250 кВ, хотя, исходя из основных уравнений для НЭП диэлектрика и геометрии данной конструкции, пробой изоляции должен был произойти на напряжении Uприлож < Ur.
Продольное распределение НЭП было рассчитано с использованием коаксиальной модели аппроксимированной электрической цепи. Эта программа проверила ожидаемое поле вокруг предложенной конструкции для различных положений ограничивающей вертикальной плоскости (металлической заземленной) от центра фазы для системы напряжения 400 кВ.
В результате полученная решетчатая структура обеспечивает легкость и прочность конструкции. В интегрированной конструкции ПП ОПН исключены воздушные промежутки, а промежуточные металлические пластины обеспечивают дополнительное распределение емкости. Эквивалентная каскадная емкостная цепочка дает более однородное распределение электрического поля в сравнении с фарфоровыми и нефарфоровыми одноколонковыми ОПН с коронными кольцами и без них.

Материалы и технологии
На следующем этапе разработчики переключились на материалы и технологию производства. Испытания в соляном тумане доказали, что полимерный корпус приспособлен для работы в сложных условиях. Скругленные кромки литых из алюминия промежуточных соединительных пластин уменьшают радиальную НЭП на секциях с самым высоким напряжением.
Для подтверждения расчетов однородности поля провели испытания по измерению to ОПН в различных рабочих условиях. Испытывалась ПП конструкция, состоящая из 10 ступеней по 3 колонки (Ur=360 кВ, Uc=270 кВ). Чтобы получить температурный профиль, термопары были установлены на верхней ступени каждой из параллельных колонок, в основании и на 6-й ступени. ОПН подключался на напряжения от Uc до Ur, пока to не стабилизировалась (обычно – через 30 часов). На напряжении Uc не было отмечено значительных изменений to по всем ступеням. На напряжении Ur максимальные to были следующими: верхняя ступень=31,8oС, 6-я ступень=31,2oС, нижняя ступень=24,5oС. Во время всех испытаний максимальное отличие to параллельных модулей ступеней не превышало 2oС.

Электрические испытания
Для оптимальной работы ПП ОПН важно электрическое соответствие параллельных элементов. По требованиям МЭК проводят типовые испытания каждого элемента параллельного модуля: измерения относительного напряжения, уровня частичных разрядов, токов утечки, остающегося напряжения.
В данном случае дополнительно была разработана внутренняя методика для проверки распределения токов в параллельных колонках. Это гарантирует, что между ними будет минимальная разница в характеристиках одной ступени и остающееся напряжение, поглощение энергии и тепловыделение будут перераспределяться между параллельными элементами.

Анализ методом конечных элементов (МКЭ)
Геометрия конструкции и промежуточные пластины влияют на распределение напряжения в ПП ОПН. Модель МКЭ для ОПН определяет НЭП, механическую прочность конструкции и температурное поведение. Уравнение Максвелла позволяет рассчитать НЭП вдоль конструкции ОПН. Теоретически без средств распределения НЭП поле спадает экспоненциально от верхнего терминала до земли, и получается, что верхние варисторы подвергаются более высокому напряжению. Однако высокий уровень НЭП происходит не прямо от бесконечного источника напряжения, а через высокий импеданс. Это комплексное сопротивление действует как самокорректирующее средство, ограничивающее действующую НЭП, приложенную к секции ОПН и металлоксидному блоку.
Однако МКЭ-анализ описывает варисторные элементы либо перед, либо после точки переключения. Сначала варистор имеет высокое сопротивление, и тогда емкость определяет выравнивание НЭП, за точкой переключения варистор имеет низкое сопротивление и оно определяет выравнивание НЭП.
Кроме того, вначале, когда варистор находится под высоким уровнем НЭП, напряжение на нем будет падать после того, как по нему начнет протекать любой значительный ток. Высокий импеданс источника эффективно ограничивает напряжение и ток, которые могут иметь варисторы в области высоких напряжений, что подтверждают и дополнительные испытания.
Важно отметить это отличие в испытаниях на старение по МЭК. Для напряжений более 300 кВ и высоких конструкций ОПН производители, в соответствии с МЭК, должны применять расчетное или измеренное напряжение, но при этом игнорировать любое действие импеданса источника. Это говорит о том, что явление полностью не исследовано или этот подход применим только к ОПН с неинтегрированным корпусом.

Расчеты подтверждаются эксплуатацией
Старение варисторов описано в МЭК, и длительные испытания при температуре 115oС в течение 1000 часов аналогичны для любых конструкций ОПН. Однако предмет радиальной НЭП не обсуждался и не решался в полном объеме комитетом МЭК и Cigre.
Правильно установленные коронные кольца (Приложение М по МЭК 60099-4) исключают градиент НЭП и соответственно ускоренное старение варисторов обычных ОПН в фарфоровых и неинтегрированных полимерных корпусах, имеющих параллельный воздушный промежуток между варисторами и внутренней стенкой корпуса. В конструкции ПП ОПН нет воздушного промежутка, поверхность варисторов охватывается стекловолокном и резиной. Поэтому коронные кольца для исключения внутренней ионизации не требуются. Поскольку конструкция не содержит коронных колец, ее основание намного меньше, чем у колонковых ОПН, а отсутствие в ней воздушных промежутков исключает возможность взрыва при эксплуатации.
Недавно, при капитальном ремонте подстанции CLP в Гонконге после 9 лет непрерывной эксплуатации ПП ОПН были демонтированы и испытаны. Важно отметить, что устройства работали под постоянным воздействием соленого морского воздуха, в районе с высоким уровнем экологического и промышленного загрязнения.
Испытания показали, что относительное и остающееся напряжения остались неизменными, распределение токов между 4 параллельными элементами оптимально, уровень частичных разрядов составил 10 пК (хотя в соответствии с последним изданием МЭК максимальный уровень частичных разрядов равен 50 пК). Во внутренней структуре ОПН не замечены признаки перенапряжения, разрядов и старения варисторов.


Очередной номер | Архив | Вопрос-Ответ | Гостевая книга
Подписка | О журнале | Нормы. Стандарты | Проекты. Методики | Форум | Выставки
Тендеры | Книги, CD, сайты | Исследования рынка | Приложение Вопрос-Ответ | Карта сайта




Rambler's Top100 Rambler's Top100

© ЗАО "Новости Электротехники"
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Segmenta Media создание и поддержка сайта 2001-2019