 |
ОПН ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВЛОТ ГРОЗОВЫХ ОТКЛЮЧЕНИЙ
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ
 Снижение числа грозовых отключений высоковольтных воздушных линий является важной задачей современной электроэнергетики. Одним из средств для ее решения является установка на опорах ВЛ нелинейных ограничителей перенапряжений по аналогии с тем, как это делается для защиты изоляции подстанционного оборудования.
Установка ОПН для защиты линейной изоляции имеет ряд существенных отличий от подстанционных условий и требует проведения широкого круга исследований. В статье Александра Сергеевича Мерзлякова изложены результаты оценки эффективности установки ОПН на ВЛ, основанные на расчете числа грозовых отключений ВЛ.
Александр Мерзляков, старший научный сотрудник ОАО «ВНИИЭ», г. Москва
В соответствии с требованиями ПУЭ [1], грозозащита ВЛ 330 кВ от прямых ударов молнии должна осуществляться с помощью заземленных тросов по всей длине ВЛ. Однако в районах с загрязненной атмосферой грозозащитный трос быстро коррозирует, что приводит к его обрыву и тяжелым аварийным последствиям. Нередко обрыв тросов происходит при гололедно-ветровых нагрузках, в том числе на больших переходах и в труднодоступных районах.
В связи с этим в энергосистемах в отдельных случаях существует необходимость отказаться от применения грозозащитных тросов. В этом случае в эксплуатации могут появляться участки ВЛ, не защищенные тросом, что резко ухудшает молниезащиту линий в целом и приводит к увеличению числа отключений.
В случае отсутствия тросовой защиты, а в ряде случаев и для повышения грозоупорности ВЛ с тросом, в последние годы в мировой практике находит применение установка на ВЛ линейных ограничителей перенапряжений (ОПН).
Линейные ОПН, используемые для молниезащиты ВЛ, должны при ударах молнии в линию повысить её грозоупорность, снизив число отключений ВЛ. При этом ОПН должны выдерживать энергетические воздействия с малым риском повреждения, а также обеспечивать возможность дальнейшей эксплуатации ВЛ в случае повреждения ОПН без немедленного проведения ремонтных работ.
Исходные данные
Фактически длина бестросового участка на ВЛ может быть любой. Для оценки эффективности применения ОПН на ВЛ во ВНИИЭ были выполнены расчеты по определению числа грозовых отключений на участке ВЛ 330 кВ длиной 2,5 км для следующих случаев:
- участок ВЛ без тросов. ОПН установлены на каждой опоре;
- участок ВЛ без тросов. ОПН установлены через опору;
- участок ВЛ без тросов;
- участок ВЛ с тросами.
Исходные данные по ВЛ 330 кВ, которые были приняты при расчете: ВЛ – одноцепная, на опорах портального типа ПБ-330. Длина пролета между опорами 250 м. Высота опор до точки под-веса троса равна 27 м. Индуктивность опоры LПРОП = 14 мкГн. Средняя высота подвеса проводов –12,8 м.
Линия выполнена сталеалюминиевыми проводами марки АС-300/39 с расщепленными на два провода фазами. Волновое сопротивление фазового провода АС-300/39 (с диаметром составляющих 24 мм) с эквивалентным радиусом 6,9 см равно 309 Ом, а с учетом импульсной короны составляет 278 Ом. Индуктивность провода равна L1 = 1,02•10–3 Гн/км. Емкость провода с учетом влияния импульсной короны принята равной С1 = 1,11•10–8 Ф/км.
Линейная изоляция – гирлянда изоляторов состоит из 21 элемента ПС70Е с разрядной длиной 2,67 м и с 50%-ным разрядным напряжением U50% = 1560 кВ.
Для защиты бестросового участка использовались ОПН с параметром U10000 = 670 кВ. Uн.р такого ОПН на 10% выше наибольшего рабочего напряжения сети 330 кВ.
На обоих концах расчетного бестросового участка ВЛ устанавливаются емкости, равные входным емкостям подстанции. В расчетах использовалась однофазная схема замещения участка ВЛ без троса, представленная на рис.1.
Рис. 1. Расчетная схема замещения бестросового участка ВЛ 330 кВ
При расчете принималось, что ОПН без внешнего искрового промежутка установлены параллельно гирлянде изоляторов на каждой опоре или через опору. Сопротивление заземления опор принималось равным R = 10 Ом.
Интенсивность грозовой деятельности была принята равной 30 грозочасам в год. Удары молнии в опоры в работе не рассматривались – они не представляют опасности для ОПН и не приводят к обратным перекрытиям, поскольку большая часть тока молнии стекает через заземлитель в землю. В то же время почти каждый удар молнии в провод бестросового участка, не защищенного ОПН, вызывает перекрытие изоляции и в большинстве случаев отключение линии.
Рассчитывался удар в фазный провод в середине пролета и непосредственно вблизи гирлянды изоляторов. Экранирующее влияние опор при расчете не учитывалось. Рассматривалось воздействие первой и второй компоненты тока молнии. Место поражения молнией бестросового участка ВЛ принималось случайным. Распределение ударов молнии на всем протяжении бестросового участка равновероятно и соответствует закону равномерной плотности.
Результаты расчетов
В основу расчета по определению числа отключений на ВЛ 330 кВ, защищенных линейными ОПН, положен метод статистических испытаний (метод Монте-Карло), с помощью которого производился выбор основных параметров тока молнии и места поражения. Расчет числа отключений на длине участка ВЛ при наличии тросов и их отсутствии проводился по методике [2].
Основные параметры тока молнии – амплитуда Im и крутизна фронта am. Эти два параметра принято считать независимыми случайными величинами. Статистические функции распределения амплитуд и крутизн тока молнии подчиняются логарифмически-нормальному закону распределения [2].
Расчеты показали, что учет второй компоненты тока молнии дает незначительное увеличение энергетического воздействия на ОПН (5–10%), поэтому в дальнейшем расчеты проводились без учета второй компоненты.
Для каждой схемы установки ОПН (на каждой опоре, через опору) проводилось по 500 расчетов с параметрами (амплитуда, крутизна фронта, длина волны и точка удара), выбранными с применением метода Монте-Карло. Также были выполнены расчеты числа грозовых отключений на участке ВЛ без тросов и участке ВЛ, экранированной тросами, по методикам [2].
Оценка грозовых перекрытий линейной изоляции на бестросовом участке производилась по факту превышения перенапряжений величины 50% разрядного напряжения линейной изоляции. При этом производилась оценка энергетических воздействий на ОПН.
Результаты проведенных расчетов для случаев различной расстановки ОПН на ВЛ представлены на рис. 2 и рис. 3.
Рис. 2. Интегральное распределение напряжения для всего расчетного участка ВЛ
Рис. 3
ВЛ с ОПН на каждой опоре
Из рис. 2 следует, что при установке ОПН на каждой опоре бестросового участка ВЛ длиной 2,5 км не произошло ни одного перекрытия линейной изоляции.
ВЛ с ОПН через опору
При установке ОПН через одну опору количество перекрытий резко увеличилось. Число грозовых отключений участка ВЛ в год в этом случае составляет 0,073 на длине участка 2,5 км (2,92 отключения на 100 км ВЛ).
Вероятность превышения уровня изоляции составляет 0,52. Это связано с тем, что при установке ОПН через опору расширяется диапазон токов, способных привести к перекрытию линейной изоляции на опорах, не защищенных ОПН. При этом минимальный ток молнии, способный привести к перекрытию линейной изоляции, лежит в пределах 7–10 кА, вероятность появления токов такой величины велика. При этом надо иметь в виду, что наименьшие энергетические нагрузки на ОПН наблюдаются в схеме, где ОПН установлены на ВЛ через опору. Это связано с перекрытиями линейной изоляции ВЛ и стеканием тока через заземлитель, что в свою очередь существенно снижает энергетические воздействия на ОПН.
ВЛ без ОПН и грозотросов
Число грозовых отключений для бестросового участка ВЛ 330 кВ без установки на нем ОПН, рассчитанное по [2], составляет 0,141, что в пересчете на 100 км ВЛ составляет 5,64 грозовых отключения.
ВЛ с грозотросами
Число грозовых отключений для участка ВЛ с двумя грозотросами при тех же условиях составляет 0,0028 (1,12 отключения на 100 км), что существенно меньше, чем при установке ОПН через опору.
Выводы
Расчеты числа грозовых отключений на бестросовом участке ВЛ 330 кВ длиной 2,5 км производились с учетом статистического распределения параметров токов молнии и её многокомпонентности, а также случайности ударов молнии вдоль участка ВЛ для различных случаев расстановки ОПН вдоль бестросового участка.
Расчеты показали, что наилучшая защита бестросового участка ВЛ обеспечивается установкой ОПН на каждой опоре. С технико-экономической точки зрения наилучшие показатели в отношении защиты ВЛ от прямых ударов молнии до сих пор дает применение грозозащитного троса.
Литература
1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). – 7-е изд.
2. Руководство по защите электрических сетей 6–1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений / Под научной редакцией Н.Н. Тиходеева. – 2-е изд. – СПб: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999.
| 
|
