CC BY
121
УДК 621.311
Ф. Х. Халилов, Б. В. Ефимов, А. А. Соколов, А. В. Герасимов
МОЛНИЕЗАЩИТА ПОДСТАНЦИЙ 110-500 кВ ОТ ВОЛН, НАБЕГАЮЩИХ ПО ЛИНИЯМ
Аннотация:
В сетях 110-500 кВ ряда энергокомпаний до сих пор применяют вентильные разрядники (РВ) и ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) первого поколения. Это приводит к тому, что в ряде случаев расчетная величина показателя надежности молниезащиты меньше нормируемой величины. Приведены результаты исследования 35 подстанций 110-500 кВ и даны рекомендации по улучшению защиты от перенапряжений.
Ключевые слова:
молниезащита подстанций, вентильный разрядник, нелинейный ограничитель перенапряжений.
F. H. Halilov, B. V. Efimov, A. A. Sokolov, A. V. Gerasimov
LIGHTNING PROTECTION OF 110-500 kV SUBSTATIONS AGAINST THE WAVES COMING FROM POWER LINES
Annotation:
A number of energy companies still use valve and first generation metal oxide arresters in 110-500 kV networks. As a result, in some cases the estimated value of lightning protection reliability is less, than the rated value. The results of the study of 110-500 kV substations and recommendations to improve the protection against overvoltage are presented in this article.
Keywords:
lightning protection of substations, valve arrester, metal oxide arrester.
Постановка проблемы. В настоящее время молниезащита распределительных устройств высокого и сверхвысокого напряжений (ВН и СВН) большинства энергокомпаний, в том числе ОАО "Сетевая компания" Республики Татарстан, несколько ухудшила свои характеристики. Это связано со следующими обстоятельствами.
1. При нормативном сроке эксплуатации электрооборудования 110-500 кВ, равном 25-30 годам, фактически оно работает более 40-50 лет. По этой причине несколько снизилась электрическая прочность изоляции.
2. Большинство защитных аппаратов (ОПН и РВ) работает более 35-40 лет, что, по-видимому, привело к ухудшению их защитных вольтсекундных и вольтамперных характеристик (ВСХ, ВАХ).
3. У многих подстанций контуры заземления подвержены электрокоррозии, и поэтому их импульсное сопротивление несколько возросло.
По перечисленным причинам нами исследована молниезащита ряда подстанций 110, 220 и 500 кВ сетевой компании.
Обследованы три подстанции 500 кВ. Их условно обозначим 500-1, 500-2 и 500-3. Подстанции 500-1 и 500-2 работают в проходном режиме, 500-3 -в многофидерном режиме. Длины отходящих воздушных линий изменяются в широких пределах, а на распределительных устройствах установлены различные выключатели, электромагнитные и емкостные трансформаторы
17
напряжения, автотрансформаторы мощностью от 250 до 500 (3-167) MBA. Токи однофазного 1^ и трехфазного ij-/ короткого замыкания изменяются в пределах 1^ = (10.6 + 13.87) кА и 4® = (11.63 + 15.72) кА. На всех подстанциях установлены только ОПН-500 (3, 4 и 3 комплекта для 500-1, 500-2 и 500-3 соответственно). Кроме того, ОПН-500 установлены на двух воздушных линиях, отходящих от 500-2, и одной линии, отходящей от 500-3.
Исследованы 12 подстанций 220 кВ (их условно обозначим через 220-1-220-12). Подстанция 220-1 имеет тупиковую схему, 220-2, 220-3, 220-4, 220-5 -проходную, а 220-6, 220-7, 220-8, 220-9, 220-10, 220-11, 220-12 -
многофидерную.
Мощность трансформаторов и автотрансформаторов, установленных на подстанциях 220 кВ, изменяется от 63 до 500 MBA. Токи 1^ находились в пределах от 6 до 28 кА, 1^ - в пределах от 7.25 до 30 кА.
В работе также обследована молниезащита 20 подстанций 110 кВ, их некоторые характеристики приведены в таблице 1.
Таблица 1
Характеристики молниезащиты подстанций 110 кВ
Условное обозначение подстанций Число отходящих ВЛ (КЛ), шт. 1<« кА т(3) кА Число и тип ЗА Расчетная величина показателя надежности М, лет Нормированная величина показателя надежности М, лет
110-1 3(0) 0.83 0.99 2РВС 350 -450 300- -400
110-2 7(0) 2.95 3.1 4РВС 600 -800 300- -400
110-3 1(0) 1.6 2.44 1РВС 300 -400 300- -400
110-4 2(0) 1.4 1.56 2РВС 350 О о ? 300- -400
110-5 2(0) 4.22 4.94 1РВС 250 -350 300- -400
110-6 2(0) 0.85 1.13 1РВС 250 -350 300- -400
110-7 0(4) 15.49 15.9 6ОПН более 3500 300- -400
110-8 0(2) 18.9 20.2 2ОПН более 4200 300- -400
110-9 7(0) 36.6 34.6 4ОПН 900-950 300- -400
110-10 8(0) 14.1 14.2 5ОПН 950-1000 300- -400
110-11 4(0) 16.2 15.9 4ОПН 700-800 300- -400
110-12 3(0) 14.9 14.5 4ОПН •1- О о о 1100 300- -400
110-13 9(0) 9.3 9.3 5ОПН 1250- 1400 300- -400
110-14 6(0) 21 20.9 5ОПН •1- О о о 1100 300- -400
110-15 8(0) 23.1 20.9 4ОПН 950- 1150 300- -400
110-16 9(0) 21.3 19.2 4ОПН •1- О о о 1200 300- -400
110-17 11(0) 25.5 22.8 3ОПН •1- о о о 1200 300- -400
110-18 5(0) 13.8 14.1 3ОПН 950- 1050 300- -400
110-19 23(0) 17.4 19.3 6РВС 600-700 300- -400
110-20 24(0) 37.1 36.3 6ОПН 1400-1600 300- -400
18
Расчет основной характеристики молниезащиты подстанций высокого и сверхвысокого напряжения - показателя надежности (число лет, в течение которых будет хотя бы одно молниевое повреждение) выполняется по методике [1-3]. При этом ясно, что молниезащита различна даже для подстанций одного и того же класса напряжения. Все возможные в эксплуатации (при проектировании) схемы молниезащиты типовых подстанций здесь сведены к трем группам, зависящим от числа отходящих (подходящих) линий:
1) тупиковые подстанции с одной отходящей линией;
2) проходные подстанции с двумя отходящими линиями;
3) многофидерные подстанции с тремя и более отходящими линиями.
Однако даже типовые схемы молниезащиты подстанций ВН и СВН,
выполненные по требованиям ПУЭ, по своей структуре и размерным данным не охватывают все ситуации, встречающиеся в эксплуатации. Вместе с тем, на примере упомянутых типовых схем молниезащиты можно сделать общие выводы, которые с некоторыми оговорками могут распространяться на все случаи эксплуатации молниезащиты подстанций независимо от потребителей, питающихся от этих распределительных устройств.
Ниже приводятся результаты расчета показателя надежности молниезащиты подстанций без учета трех обстоятельств.
1. На ряде подстанций до сих пор находятся в эксплуатации вентильные разрядники, которые выпущены более 40 лет тому назад и поэтому несколько («10%) ухудшили свои защитные характеристики [4].
2. Из-за "старости" электрооборудования их изоляция снизила свою электрическую прочность, как минимум, на 5-10 %, что почти не учитывается при анализе молниезащиты. Такое положение обычно учитывается искусственным ухудшением вольтамперных характеристик (ВАХ) защитных аппаратов -ограничителей нелинейных перенапряжений (ОПН). По этой причине вентильные разрядники будем рассматривать как ОПН с ухудшенными характеристиками.
3. ОПН первого поколения с варисторами, выпускаемыми 25-30 лет тому назад, ухудшили свои ВАХ до уровня ВАХ вентильных разрядников.
Из таблицы 1, где приведены расчетные и нормированные [5] величины показателя надежности молниезащиты М, видно:
• молниезащита по нормированным требованиям обеспечивается для подстанций 110-2, 110-7, 110-8, 110-9, 110-10, 110-11, 110-12, 110-13, 110-14, 110-15, 110-16, 110-17, 110-18, 110-19, 110-20;
• достаточно высокий показатель надежности молниезащиты обеспечивают такие благоприятные влияния, как большое число защитных аппаратов (110-2, 110-7—110-11) и большое число отходящих линий (110-9, 110-10, 110-13-110-20);
• важнейшим позитивным влияющим фактором является наличие в схеме кабельных линий (110-7, 110-8);
• в остальных случаях показатель надежности молниезащиты с учетом старения изоляции защищаемого оборудования и старения защитных аппаратов требует улучшения.
С целью улучшения молниезащиты для подстанций 110 кВ действенными мероприятиями являются замена вентильных разрядников на ОПН и ограничителей перенапряжений выпуска 1995 г. на новейшие ОПН.
19
Результаты расчета М для рассмотренных подстанций 220 кВ приведены в табл.2, из которой видно следующее.
1. Нормированным по [5] требованиям отвечают молниезащита подстанций 220-4, 220-6-220-12.
2. На подстанции 220-4 успешную молниезащиту обеспечила установка трех комплектов ОПН, 220-4-220-12 - большое число отходящих воздушных линий, 220-6 - наличие кабельной линии.
Таблица 2
Характеристики молниезащиты подстанций 220 кВ
Условное обозначение подстанций Число отходящих ВЛ (КЛ), шт Число и тип ЗА Расчетная величина показателя надежности М, лет Нормированная величина показателя надежности М, лет
220-1 1(0) 2РВС 350-450 400-600
220-2 2(0) 2ОПН 450-500 400-600
220-3 2(0) 2ОПН 450-550 400-600
220-4 2(0) 3ОПН 550-950 400-600
220-5 2(0) 2ОПН 450-550 400-600
220-6 2(1) 2ОПН 450-650 400-600
220-7 4(0) 2ОПН 500-700 400-600
220-8 10(0) 4ОПН 900-1100 400-600
220-9 4(0) 4ОПН 1300-1600 400-600
220-10 9(0) 4ОПН 1150-1500 400-600
220-11 7(0) 4ОПН 1300-1600 400-600
220-12 6(0) 3ОПН, 1РВС 850-1000 400-600
Результаты расчета молниезащиты для подстанций 500 кВ сведены в табл.3. В этом случае показатель надежности молниезащиты всех трех обследованных подстанций 500 кВ отвечает нормированным показателям и здесь усиление молниезащиты не требуется.
Таблица 3
Характеристики молниезащиты подстанций 500 кВ
Условное обозначение подстанций Число отходящих ВЛ, шт Расчетная величина показателя надежности М, лет Нормированная величина показателя надежности М, лет
500-1 1 1200-1300 800-1000
500-2 2 1400-1650 800-1000
500-3 3 1200-1300 800-1000
20
Выводы
1. Молниезащита исследованных подстанций 110-500 кВ в основном отвечает требованиям [5].
2. С учетом старения изоляции электрооборудования и "ухода" защитных характеристик вентильных разрядников из-за деградации их элементов следует на подстанциях взамен РВ устанавливать нелинейные ограничители перенапряжений.
3. На ряде подстанций установлены ОПН 20-25-летней давности. Необходимо с учетом состояния изоляции электрооборудования существующие ОПН заменить на ОПН, скомплектованных варисторами последнего поколения с большей пропускной способностью.
Литература
1. Костенко М. В. Анализ надежности грозозащиты / М. В. Костенко, Б. В. Ефимов, И. М. Зархи, Н. И. Гумерова Л., Наука, 1981.
2. Костенко М. В. Грозозащита электрических сетей в районах с высоким удельным сопротивлением грунта / М. В. Костенко, Ю. М. Невретдинов, Ф. Х. Халилов. Л.: Наука, ЛО, 1984.
3. Половой И. Ф., Михайлов Ю. А., Халилов Ф. Х. Перенапряжения на электрооборудовании высокого и сверхвысокого напряжения. Л.: Энергия, ЛО, 1975.
4. Алиев Ф. Г. Влияние старения защитных аппаратов на надежность грозозащиты подстанций 35-500 кВ / Ф. Г. Алиев, К. Б. Демьяненко, Н. П. Домрачев, Н. П. Гуров, Ф. Х. Халилов. СПб.: САВОЖ. 2002.
5. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений / Под редакцией Н. Н. Тиходеева. 2-е изд. СПб.: Изд. ПЭИПК, 1999.
Сведения об авторах:
Халилов Фирудин Халилович,
профессор Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, доктор технических наук, Россия, 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, Тел. (812)2974854, эл. почта: firudin-khalilov@yandex.ru
Ефимов Борис Васильевич,
директор Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, д.т.н. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: efimov@ien.kolasc.net. ru
Герасимов Андрей Викторович,
студент кафедры "Техника высоких напряжений, изоляционная и кабельная техника" Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого Россия, 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29 Эл.почта: andrei-ger@mail.ru
Соколов Александр Андреевич,
ведущий инженер ООО "Проектное бюро "Интеллектуальная электроэнергетика""
Тел. (952)2637164
21
