События • Семинар

Весной 2011 года на базе кафедры «Электроэнергетика, техника высоких напряжений» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (СПбГПУ) состоялся семинар на тему «Проблемы надежности молниезащиты подстанций от набегающих волн и выработка нормативных документов».

МОЛНИЕЗАЩИТА ПОДСТАНЦИЙ
Проблемы надежности и нормативная база

Борис Ефимов, д.т.н., проф., зам. председателя Президиума Кольского научного центра РАН по научной работе, г. Апатиты
Фирудин Халилов, д.т.н., проф. СПбГПУ
Натэлла Гумерова, к.т.н., доц. СПбГПУ, г. Санкт-Петербург

В работе семинара приняли участие 24 специалиста в области молниезащиты и импульсных переходных процессов из СПбГПУ, КНЦ РАН, МЭИ (ТУ), «ЭЛНАПа», НИИПТ, «Позитрона», ВИТИ, МРСК Северо-Запада, «Роспроекта», «Энергосетьпроекта», «Треста Электросетьпроект», «Южэнергосетьпроекта» а также аспиранты и студенты СПбГПУ.

Обсуждение темы молниезащиты прежде всего объясняется несоответствием между рекомендациями основных директивных документов и необходимостью проектировать и модернизировать объекты электроэнергетики, в данном случае подстанции, при существенном изменении видов применяемого оборудования, в первую очередь защитных аппаратов, появлении КРУЭ на 110–500 кВ, широком использовании ошиновки, выполненной кабелями с полиэтиленовой изоляцией.

Кроме того, опыт экспериментальных и математических исследований показал, что при общей тенденции снижения уровней изоляции высоковольтного оборудования существенным становится вопрос об ограничении перенапряжений, в т.ч. грозовых, и оптимальном выборе защитных мероприятий. Недостаточность рекомендаций как ПУЭ, так и РД в ряде случаев может приводить к принятию проектировщиками ошибочных решений, что в свою очередь может увеличить стоимость вновь сооружаемых и модернизируемых объектов и, что хуже, снизить надежность работы энергосистемы.

Итоги семинара: решение

В результате обсуждения были выделены основные проблемы, имеющие место в теории и практике построения системы защиты от грозовых перенапряжений высоковольтного оборудования подстанций высокого напряжения, а также выявлены недостатки применяемых в настоящее время директивных документов.

К основным вопросам, требующим скорейшего решения, можно отнести следующие:

1. Уточнение параметров воздействия импульсов тока молнии, а именно построение подробных карт интенсивности грозовой деятельности по основным регионам России.

Установление более четкой связи между числом грозовых дней и грозовых часов в год, а также числом ударов молнии в единицу площади земной поверхности в год. Необходимо получение данных по количеству одно- и многокомпонентных разрядов молнии в общем числе ударов (прим. авт.).

2. Уточнение физико-математических моделей линии электропередачи, ошиновки подстанций и высоковольтного оборудования при импульсных воздействиях, в том числе: входных емкостей электрооборудования, динамических характеристик ОПН, характеристик заземлений опор и контуров заземления подстанций в микросекундном диапазоне времен, величин допустимых напряжений.

Это требует не только дальнейшего развития расчетных методов и моделей, но и выполнения экспериментальных исследований, в том числе импульсного обмера подстанций.

Необходимость уточнения допустимых напряжений определяется тем, что для современного оборудования характерно развитие перенапряжений с большой крутизной фронта и существенными колебательными компонентами. Это особенно важно при определении допустимых напряжений для современных силовых трансформаторов, характеризующихся относительно малыми запасами в продольной изоляции. Кроме того, необходимо адекватно учитывать изменение допустимых напряжений для оборудования, находящегося в эксплуатации длительное время.

Определение импульсных характеристик заземлений опор и контуров заземления подстанций позволит более обоснованно подходить к выбору комплекса защитных мероприятий. Особенное внимание следует уделить выполнению заземления защитных аппаратов – нелинейных ограничителей напряжения, поскольку это может приводить к существенному снижению их защитных свойств (прим. авт.).

3. Определение вольт-секундных характеристик линейной изоляции не только для широкого диапазона изменения крутизны фронтов и амплитуды импульсов тока молний, но и с учетом реальной формы перенапряжений – частично срезанных импульсов и импульсов с колебательной компонентой.

4. Определение принципов выполнения грозозащитных мероприятий для подстанций, включающих помимо обычных элементов ОРУ протяженные кабельные вставки и КРУЭ. Это особенно существенно для схем, когда между КРУЭ и силовыми трансформаторами используются достаточно длинные участки КЛ и воздушной ошиновки. Особое внимание следует уделить способам эквивалентирования КРУЭ, учитывая, что практически все такие устройства, используемые в настоящее время, имеют зарубежное исполнение.

5. Определение понятия «показатель надежности грозозащиты подстанции» и соотнесение его с общими требованиями по надежности работы высоковольтного оборудования энергосистемы. Показатель должен быть понятным и проектировщикам, и эксплуатации. Возможно, наиболее удобным будет введение вероятности появления опасных воздействий за срок службы основного оборудования и далее показателя надежности функционирования оборудования при грозовых воздействиях.

6. Переработка директивных документов, в том числе переработка ПУЭ с учетом модернизации схем и оборудования подстанций и определение границ его применения, поскольку в ПУЭ невозможно отобразить весь диапазон возможных характеристик воздействий окружающей среды и самих подстанций.

Для стандартных случаев желательно составление альбома основных схем подстанций с рекомендациями по организации грозозащиты. Для нестандартных случаев необходима разработка сертифицированного программного обеспечения по расчету надежности грозозащиты подстанций от волн, набегающих с линий электропередачи. Необходима доработка РД с учетом развития и самих схем подстанций, и линейки защитных аппаратов. Наконец, должны быть четко разграничены сферы полномочий и областей применения различных директивных документов, а также определены взаимные связи между ними (прим. авт.).

Следует отметить, что большая часть отмеченных вопросов уже решается в ряде научных организаций, в том числе в СПбГПУ, КНЦ РАН, МЭИ, НЭТИ, СибНИИЭ и т.д., в интересах различных проектных и эксплуатирующих организаций электроэнергетического профиля. Однако практически отсутствует координация этой деятельности. Большинство проектных и эксплуатирующих организаций решают свои конкретные задачи и не имеют правовых и финансовых возможностей для постановки вопроса о кардинальном решении указанных проблем.