CC BY
109
5. Ефимов Б.В., Гумерова Н.И. Методические вопросы расчета распространения грозовых волн в коронирующей линии электропередачи методом бегущих волн // Труды КНЦ РАН. Энергетика. 2011. Вып. 3 (5). С. 83-98.
6. Гумерова Н.И., Ефимов Б.В. Влияние многослойности грунта на параметры многопроводной линии и деформацию фронтов грозовых волн // СПб.: НТВ СПбГПУ. 2009. Т. 4-1, № 89. С. 188-201.
7. Ефимов Б.В., Гумерова Н.И., Стогова Я.А. Анализ деформации грозовых волн при их распространении по ВЛ на расстояние более 100 км // Труды КНЦ РАН. Энергетика. 2011. Вып. 2 (4). С. 43-59.
8. Ефимов Б.В., Гумерова Н.И. Моделирование деформации фронтов грозовых волн в воздушных линиях вследствие потерь в земле с помощью дискретных неоднородностей // Труды КНЦ РАН. Энергетика. 2011. Вып. 3 (5). С. 99-116.
9. Ефимов Б.В., Гумерова Н.И. Моделирование деформации грозовых волн в воздушных линиях с учетом совместного влияния конструкции опор, короны на проводах и потерь в земле // Труды КНЦ РАН. Энергетика. 2013. Вып. 7 (17). С. 13-32.
10. Анализ надежности грозозащиты подстанций / М.В.Костенко, Б.В.Ефимов, И.М.Зархи, Н.И.Гумерова. Л.: Наука. 1981. 127 с.
Сведения об авторах
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
Гумерова Нателла Идрисовна,
доцент кафедры «Электроэнергетика, техника высоких напряжений»
Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, к.т.н., с.н.с.
Россия, г. Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29
тел.: +79112573809
эл. почта: nigumerova@mail.ru
Селиванов Василий Николаевич,
заместитель директора Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, кт.н. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: selivanov@ien.kolasc.net.ru
УДК 621.311
В.В.Колобов, М.Б.Баранник
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТРОЙСТВА РЕГИСТРАЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ЧЕРЕЗ ОПН ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ КОММУТАЦИОННЫХ И ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Аннотация
Рассмотрен опыт эксплуатации на трех подстанциях устройства регистрации импульсных токов, протекающих через ОПН под воздействием коммутационных и грозовых перенапряжений. Проведен анализ результатов регистрации импульсных токов через ОПН.
Ключевые слова:
опыт эксплуатации, ограничители перенапряжений нелинейные, коммутационные и грозовые перенапряжения, импульсные токи, заряд импульса, диагностика, регистратор.
V.V.Kolobov, M.B.Barannik
OPERATING EXPERIENCE OF SWITCHING AND LIGHTNING SURGES COUNTER FOR ARRESTERS
Abstract
The analysis of the first operating experience of switching and lightning surges counter
for arresters is presented. Monitoring results of pulse currents in arresters are considered.
Keywords:
operating experience, surge arresters, switching and lightning surges, surge current, electric charge,
monitoring, counter.
Как показала практика, ограничители перенапряжений являются одним из самых ненадежных элементов энергосистемы. Причины, приводящие к выходу ОПН из строя, можно разделить на две группы. Первая - системная, связанная с неправильными режимами работы ОПН, например, если на конкретном защитном аппарате при определенных коммутациях возникают феррорезонансные перенапряжения. При этом защитный аппарат, систематически подверженный подобным перенапряжениям, неминуемо выйдет из строя.
Вторая группа - выход ОПН из строя из-за технической неисправности. Самой распространенной неисправностью является пробой ОПН из-за увлажнения внутренних элементов конструкции и изоляции аппарата вследствие разгерметизации корпуса. Менее распространенной неисправностью является критическое увеличение активного тока через нелинейные элементы ОПН вследствие деградационных процессов, происходящих в оксидно-цинковых элементах [1].
Процесс разгерметизации ОПН с последующим выходом его из строя может происходить за несколько дней, а иногда часов. Поэтому, проводя диагностику защитного аппарата, руководствуясь только рекомендациями предприятий-изготовителей ОПН (измеряя раз в полгода величину тока проводимости), невозможно уверенно выявлять возможные технические неисправности. Кроме того, выпускаемые в настоящее время ОПН не имеют вторичных цепей, позволяющих дистанционно в непрерывном режиме контролировать состояние и работоспособность защитного аппарата и выводить информацию о его возможной неисправности на рабочее место дежурного по подстанции.
В последнее время из-за замены устаревших защитных аппаратов на ограничители перенапряжений нелинейные количество последних в энергосистеме значительно увеличилось, соответственно участились аварии, связанные с выходом ОПН из строя.
Таким образом, разработка устройств, позволяющих проводить диагностику активной составляющей полного тока через ОПН, а также мониторинг импульсов тока, проходящих через ОПН под воздействием грозовых, коммутационных и феррорезонансных перенапряжений, является актуальной задачей. Применение таких устройств позволит обеспечить увеличение надежности работы оборудования подстанций и значительно снизить аварийность в энергосистеме из-за отказов ОПН.
Создание устройств диагностики состояния ОПН невозможно без разработки и проведения опытной эксплуатации первичных датчиков активного тока и автономных регистраторов импульсных токов, проходящих через ОПН. В работах [2, 3] были подробно рассмотрены устройство и принцип действия разработанного в ЦФТПЭС КНЦ РАН преобразователя тока проводимости с функцией регистрации импульсов тока, проходящих через ОПН под воздействием грозовых и импульсных напряжений. Разработанное устройство может использоваться как первичный датчик тока для контроля спектрального состава, величины активной составляющей тока проводимости ОПН, а встроенный регистратор срабатываний ОПН позволяет фиксировать импульсы разрядного тока через ОПН, вызванные грозовыми или коммутационными перенапряжениями, электрический заряд которых превышает 25 мкКл, измерять заряд
импульсов, вычислять суммарный заряд, прошедший через ОПН за все время эксплуатации, и сохранять эту информацию в памяти с привязкой к дате и времени.
В данной статье рассмотрены результаты опытной эксплуатации преобразователя тока проводимости с функцией регистрации импульсов тока, проходящих через ОПН, на примере нескольких таких устройств, установленных на подстанциях ПС 30, ПС 112 и ПС 203А в начале грозового сезона 2014 г.
Напомним, что регистратор срабатывания ОПН оценивает заряд импульса тока, проходящего через ОПН, численно равный интегралу от функции тока по продолжительности импульса [2]. Регистратор реагирует на импульсы тока с зарядом, превышающим уровень 25 мкКл (такой заряд имеет грозовой импульс тока 8/20 мкс с амплитудой 1.25 А или импульс тока 30/60 мкс с амплитудой 0.45 А). Кроме того, регистратор отдельно выделяет импульсы с зарядом, превышающим уровень 25 мКл, что соответствует грозовому импульсу тока 8/20 мкс с амплитудой 1250 А или импульсу тока 30/60 мкс с амплитудой 450 А. Информация о количестве и времени прихода импульсов, а также их суммарном заряде сохраняется в цифровом виде в энергонезависимой памяти. Для считывания информации из памяти регистратора (рис. 1) используется прибор для диагностики состояния ОПН в процессе эксплуатации «СКАТ-4» [4].
Рис.1. Считывание информации, хранящейся в памяти регистратора срабатываний ОПН, с помощью прибора «(ОКАТ-4»
В памяти регистратора хранится следующая информация.
1. Идентификационный (серийный) номер счетчика.
2. Суммарная информация по событиям, где под «событием» понимается пакет импульсов тока с зарядом, превышающим величину 25 мкКл, прошедших через ОПН в течение «текущей секунды» [2]:
• количество зарегистрированных событий за время работы регистратора ПТПР;
• количество событий, информация о которых находится в памяти регистратора; в зависимости от количества импульсов в событиях сохраняется информация о последних 352-360 событиях;
• количество импульсов тока через ОПН, зарегистрированных ПТПР за все время (с зарядом более 25 мкКл);
• количество импульсов тока из тех, что зарегистрированы ПТПР за все время, которые имели заряд более 25 мКл;
• заряд, прошедший через ОПН, за все время (сумма зарядов зарегистрированных импульсов).
3. Детализированная информация о сохраненных в памяти последних событиях:
• номер события;
• дата и время;
• количество импульсов тока в событии (с зарядом более 25 мкКл) и количество импульсов из них, которые имели заряд более 25 мКл;
• суммарный заряд импульсов в событии.
На ПС 30 были установлены шесть регистраторов - на ОПН каждой фазы 1-й и 2-й системы шин 150 кВ. На рис.2 приведен фрагмент однолинейной схемы подстанции с отмеченными местами установки регистраторов срабатывания ОПН. Таким образом, установленные устройства позволяли регистрировать импульсные токи, протекающие через ОПН под воздействием грозовых и коммутационных перенапряжений, возникающих на системах шин 150 кВ ПС 30 и линиях Л-153, Л-154. Двухцепная линия Л-153/154 соединяет ПС Выходной и ПС 11А с отпайкой на ПС 30 (рис.3).
Результаты регистрации импульсных токов через ОПН 2-й системы шин 150 кВ ПС-30 приведены в табл.1, а через ОПН 1-й системы шин - в табл.2. Проведем анализ полученных результатов.
Как видно из табл.1, 16 апреля регистратором зафиксированы поочередные срабатывания ОПН каждой из фаз 2-й системы шин. ПС 30 (№ 1-3 в табл.1). Зарегистрированные импульсные токи через ОПН объясняются перенапряжениями на Л-154, возникавшими в ходе исследований, проводимых 16 апреля 2014 г. ЦФТПЭС КНЦ РАН на ПС 11А. Целью исследований являлось получение экспериментальных данных по перенапряжениям на изоляции выключателей ВМТ-150Б на подстанции ПС 11А, возникающих при отключении ненагруженной линии Л-154 под рабочим напряжением. Линия Л-153 находилась в работе. Линия Л-154 была отключена на ПС Выходной линейными разъединителями. Включения и отключения ненагруженной линии Л-154 на ПС 11А выполнялись выключателем ВЛ-154 (2 на рис.3). На ПС-30 Л-154 оставалась подключенной ко 2-й системе шин, что позволило выполнить измерение напряжений на линии, используя трансформаторы напряжений ТН-150-2. Всего в ходе эксперимента было выполнено три цикла включения - выключения линии Л-154. После обработки результатов опытов было установлено, что выключения ненагруженной линии не сопровождались вторичными пробоями в камерах выключателей, а следовательно, не возникало перенапряжений на Л-154. Далее будем рассматривать только опыты включения выключателей, так как именно они приводили к возникновению перенапряжений на линии и, соответственно, на ОПН. По экспериментальным осциллограммам фазных напряжений на 2-й системе шин ПС 30, полученным в ходе эксперимента и имеющим привязку к точному времени, определены времена подачи напряжения в линию. На рис.4 приведена обработанная экспериментальная осциллограмма фазных напряжений на Л-154 после первой коммутации выключателя в 16:58:31. Коммутационный импульс на фазе А имел амплитуду 232.6 кВ (для сравнения: амплитуда импульса на фазе В ~200 кВ), что привело к срабатыванию ОПН фазы А (№ 1 в табл. 1).
Рис. 2. Фрагмент однолинейной схемы подстанции ПС 30 с отмеченными местами установки регистраторов срабатывания ОПН, где Р1, 2 - регистраторыi срабатывания ОПН фазы A, B, C 1-й (Р1) и 2-й системы шин (Р2)
Рис.3. Фрагмент участка сети 150 кВ c двухцепной линией Л-153/154 (схемы ПС Выходной и ПС 11А отображены частично). Цифрами обозначены:
1 - место установки регистраторов срабатывания ОПН; 2 - выключатель линейный Л-154, которым выполнялись коммутации на ПС 11А; 3 - автотрансформатор АТ-2, в нейтрали которого установлен регистратор геоиндуктированных токов
Таблица 1
Результаты регистрации импульсных токов через ОПН трех фаз 2-й системы шин 150 кВ ПС-30 (линия Л-154)
№ Дата Время Общее число импульсов, фаза Число импульсов >25 мКл Заряд, прошедший через ОПН, мКл
A B C
1 16.04.14 16:58:31 1A 0.47 - -
2 16.04.14 17:08:12 1С - - 1.18
3 16.04.14 17:24:37 1В - 4.25 -
4 06.05.14 06:06:44 2А, 2В, 1С 0 0 0
5 06.05.14 06:12:53 2В - 0 -
6 06.05.14 15:26:55 2В, 1С - 0 0
7 28.06.14 00:22:51 79А, 120В, 56С 0 0.95 0
8 01.07.14 17:05:52 22А, 236В, 25С 0 0.47 0
9 08.07.14 16:20:46 25А, 23В 5В 4.73 293.0 -
10 08.07.14 16:21:44 29А, 2В, 10С 133.2 0 37.11
11 09.07.14 14:47:25 2В, 1С - 0 0
12 28.07.14 17:17:42 1В - 1.65 -
13 28.07.14 17:20:24 1А 0.47 - -
14 08.08.14 20:52:53 1А 0.24 - -
15 21.08.14 10:31:57 22А, 53В 0 0 -
16 22.09.14 06:19:11 2А, 2В, 1С 0 0 0
17 26.09.14 15:16:12 10А, 46В 0 0 -
18 26.09.14 19:35:30 1В - 0 -
19 26.09.14 19:48:28 1В - 0 -
Таблица 2
Результаты регистрации импульсных токов через ОПН трех фаз 1-й системы шин 150 кВ ПС-30 (линия Л-153)
Общее число Число Заряд, прошедший через ОПН, мКл
№ Дата Время импульсов, фаза импульсов >25 мКл A B C
1 08.10.13 11:33:23 15А 0 - -
2 06.05.14 05:52:01 1А, 1В 0 0 -
27.06.14 20:29:11-21:28:13 21С 15С - - 3606
3 (360 событий) (последнее событие) (последнее событие) (последнее событие)
Рис.4. Осциллограммы фазных напряжений на 2-й системе шин 150 кВ ПС 30 после первой коммутации выключателя
На рисунке 5 приведены осциллограммы для второй коммутации в 17:08:12. Максимальную амплитуду 228.3 кВ имел импульс на фазе C, что привело к срабатыванию ОПН фазы C (№ 2 в табл.1). На аналогичной осциллограмме для третьего включения выключателя в 17:24:37 (рис.6) амплитуда импульса напряжения на фазе B имела наибольшую величину - 239 кВ, соответственно, сработал ОПН этой фазы (№ 3 в табл.1). Основываясь на показаниях регистратора и вышеописанных исследованиях, можно экспериментально оценить уровень импульсного напряжения, приводящего к срабатыванию ОПН класса напряжения 150 кВ, установленных на 2-й системе шин ПС 30 (~230 кВ).
Рис. 5. Осциллограммы фазных напряжений на 2-й системе шин 150 кВ ПС 30 после второй коммутации выключателя
Рис. 6. Осциллограммы фазных напряжений на 2-й системе шин 150 кВ ПС 30 после третей коммутации выключателя
Кроме того, в ходе создания системы регистрации (мониторинга) воздействия магнитосферных возмущений на энергосистему Карелии и Кольского полуострова на ряде подстанций были установлены регистраторы геоиндуктированных токов (ГИТ) в нейтралях автотрансформаторов [5]. Такой регистратор был установлен в нейтрали АТ-2 330/150кВ ПС Выходной. Особенностью регистратора является то, что, кроме постоянной записи в цифровом виде непосредственно квазипостоянных ГИТ с частотой дискретизации 10 Гц, он имеет режим записи импульсов тока, возникающих в нейтрали АТ при переходных процессах от грозовых и коммутационных перенапряжений. Регистратор переходит в такой режим при превышении величиной dI fdt некоторого порога. При этом ток через нейтраль оцифровывается с гораздо большей частотой дискретизации - 14.4 кГц. Длительность выборки кривой тока с предысторией составляет приблизительно 18 мс. Запись сохраняется в памяти регистратора, а затем передается по каналу связи на сервер для дальнейшего анализа [6]. На рис.7 приведены осциллограммы переходных процессов в нейтрали АТ-2 ПС Выходной 16 апреля 2014 г.
Рис. 7. Осциллограммы тока в нейтрали АТ-2 ПС Выходной, записанные регистратором ГИТ 16апреля 2014 г. в 16:58:31 (а), 17:08:12 (б) и 17:24:37 (с)
Записи сделаны регистратором ГИТ в 16:58:31 (а), 17:08:12 (б) и 17:24:37 (с), т.е. в моменты коммутации выключателей на ПС 11А. Причем, как отмечалось выше, линия Л-154 была отключена на ПС Выходной линейными разъединителями, соответственно записанные осциллограммы представляют собой токи в нулевой последовательности Л-153, наведенные коммутационными процессами в Л-154 за счет индуктивно-емкостной связи между линиями (линия Л-153/154 является двухцепной).
Импульсы тока через ОПН, зафиксированные регистратором в период с 06.05.14 по 09.07.14 (№ 4-11 в табл.1), не идентифицированы по причине возникновения и, вероятнее всего, были вызваны коммутационными перенапряжениями на 2-й системе шин ПС 30.
28 июля зафиксированы импульсы тока через ОПН фаз B и A c зарядом 1.65 и 0.47 мКл соответственно (,№ 12-13 в табл.1). Причина этих срабатываний ОПН установлена. В этот день наблюдалась грозовая активность, соответственно регистратор зафиксировал импульсные токи через ОПН от грозовых перенапряжений на линии Л-154. Это подтверждают и данные, полученные от регистратора ГИТ, установленного на ПС Выходной (рис.8), который зафиксировал импульсные токи в нейтрали АТ-2 в 17:17:42 (а) и 17:20:24 (б). Амплитуда тока была так велика, что превысила входной диапазон регистратора ГИТ, поэтому сигналы на рис.8 ограничены по амплитуде. Форма сигнала тока - период промышленной частоты - свидетельствует о том, что на линии вследствие удара молнии произошло перекрытие изоляции на землю, приведшее к короткому замыканию с последующим отключением линии. Факты отключения линии в указанное время подтверждаются диспетчерской документацией.
Рис.8. Токи в нейтрали АТ-2, вызванные попаданием молнии в линию Л-154 28 августа 2014 г. в 17:17 (а) и 17:20 (б)
Грозовым перенапряжением на Л-154 объясняется и срабатывание ОПН фазы A 8 августа в 20:52:53 (№ 14 в табл.1). Регистратор ГИТ на ПС Выходной в этот момент времени также зарегистрировал импульс тока в нейтрали АТ-2 (рис.9). Ток на рисунке не является следствием короткого замыкания, что подтверждается диспетчерской документацией, в которой отключение линии не зафиксировано.
Рис.9. Осциллограмма тока в нейтрали АТ-2, записанная регистратором ГИТ 8 августа в 20:52:53
Результаты регистрации импульсных токов через ОПН 1-й системы шин ПС 30 (линия Л-153), как уже отмечалось, приведены в табл.2. Причины возникновения импульсов тока № 1 и 2 не определены. Вероятнее всего, срабатывания ОПН были вызваны коммутационными перенапряжениями на 1-й системе шин.
27 июня 2014 г. зафиксированы многократные срабатывания ОПН фазы С. Эти импульсы тока объясняются процессом выхода из строя с разрушением конструкции ОПН фазы С. Как выяснилось впоследствии, причиной аварии ОПН послужило попадание влаги на внутреннюю поверхность оболочки ОПН вследствие разгерметизации конструкции (в течение всего дня 27 июня в Оленегорске наблюдались осадки в виде дождя). Регистратор зафиксировал в период с 20 ч 29 мин 11 с по 21 ч 28 мин 13 с 360 событий, позволяющих «наблюдать» процесс выхода ОПН из строя. В течение всего указанного периода времени через ОПН протекали импульсные токи, вызванные не приводящими к короткому замыканию пробоями по увлажненной внутренней поверхности оболочки ОПН. В течение одного события (секунды) количество импульсов составляло от 1 до 7, а их суммарный заряд достигал
0.47 мКл. Величина заряда импульсов имела случайное распределение по времени и не увеличивалась. Интервал между событиями составлял от единиц до нескольких десятков секунд. Большие интервалы могут объясняться тем, что образовавшийся проводящий канал на внутренней поверхности оболочки ОПН успевал подсыхать за время серии незавершившихся разрядов. Эти события из-за большого количества в табл.2 не приведены. На последней минуте (21:28) частота следования событий увеличилась - пробои происходили практически каждую секунду. За последнюю секунду (21:28:13) зафиксирован 21 импульс, 15 из которых имели заряд более 25 мКл. Суммарный заряд последнего события составил более 3.6 Кл (№ 3 в табл.2). Далее произошло разрушение ОПН.
После аварии защитный аппарат фазы C был заменен, а на ОПН остальных фаз преобразователи тока проводимости с функцией регистрации импульсов тока были сняты и установлены стандартные датчики токов утечки.
Один комплект из трех регистраторов срабатывания ОПН был установлен на ОПН 150 кВ линии ОЛ-156 (отпайка Л-156) подстанции ПС 112. Фрагмент однолинейной схемы ПС 112 с отмеченным местом установки регистраторов приведен на рис.10.
Результаты регистрации токов через ОПН на ПС 112 приведены в табл.3. В колонке «Заряд» нулем обозначены те случаи срабатывания ОПН, зафиксированные регистратором, для которых энергия импульса тока была меньше минимально измеряемой устройством величины.
Проанализируем результаты регистрации. Сразу отметим, что все срабатывания ОПН идентифицированы по причине возникновения и связаны с грозовыми перенапряжениями. При анализе результатов регистрации использовалась информация об отключениях линий, предоставленная диспетчерской службой (приведена в столбце «Комментарий» табл.3). Большое количество событий 7 июня 2014 г. обусловлено сильной грозой в этот день. В 18:19 зарегистрировано попадание молнии в линию Л-155 с перекрытием изоляции и отключением линии с последующим успешным АПВ. При этом наведенное напряжение на Л-156 привело к срабатыванию ОПН фазы B, но импульс тока имел малый заряд (№ 1 в табл.3). В 18:47 и 18:52 регистратор импульсов срабатывал из-за грозового перенапряжения на фазах B и С соответственно (№ 2, 4 в табл.3). По величине заряда импульсов можно заключить, что попадание молнии произошло в линию Л-156. В 18:51 сработал ОПН фазы B (№ 3 в табл.3), что вызвано попаданием молнии в провод этой фазы линии Л-156. При этом произошло перекрытие изоляции и отключение линии с успешным АПВ.
Рис.10. Фрагмент схемы ПС 112 с отмеченным местом установки трех регистраторов срабатывания ОПН (Р)
Таблица 3
Результаты регистрации импульсных токов через ОПН линии ОЛ-156 ПС 112
№ Дата Время Заряд, прошедший через ОПН, мКл Комментарий
фаза A фаза B фаза C
1 07.06.14 18:19 - 0 - Откл. Л-155, АПВ - успешный
2 07.06.14 18:47 - 9.22 0 -
3 07.06.14 18:51 - 2.13 - Откл. Л-155, АПВ - успешный
4 07.06.14 18:52 0 0 0.24 -
5 07.06.14 19:02 0 - - -
6 07.06.14 19:14 - - 0 -
7 31.07.14 21:52 1.89 0.71 0.24 -
8 14.08.14 18:34 0 1.89 - Откл. Л-155, 156 АПВ - успешный
9 15.08.14 18:03 5.91 6.85 38.76 -
31.07.14 в 21:52 регистратор зафиксировал токи от грозового перенапряжения на линии, причем, судя по измеренной величине заряда импульса тока, попадание молнии произошло в провод фазы A, а ОПН других фаз сработали от наведенных напряжений (№ 7 в табл.3). Грозовое перенапряжение на линии не вызвало перекрытия изоляции и отключения линии.
14.08.14 зафиксировано срабатывание ОПН фазы А и B от грозового перенапряжения. Это событие сопровождалось отключением обеих линий Л-155, 156 с последующим успешным АПВ (№ 8 в табл.3).
15.08.14 в 18:34 зарегистрированы импульсные токи через ОПН всех фаз со значительным зарядом (,№ 9 в табл.3). Максимальный заряд - 38.76 мКл - прошел через ОПН фазы С, что свидетельствует о попадании молнии в провод этой фазы. ОПН остальных фаз сработали от наведенных напряжений. Грозовое перенапряжение на линии не привело к перекрытию изоляции и отключению линии.
Комплект из трех регистраторов срабатывания ОПН был также установлен на ОПН 150 кВ линии ОЛ-114 (отпайка Л-114) подстанции ПС 203A. Фрагмент однолинейной схемы ПС 203A с отмеченным местом установки регистраторов приведен на рис.11, а результаты регистрации токов - в табл.4. Все срабатывания регистратора на ПС 203А также объясняются грозовой активностью.
Рис.11. Фрагмент схемы ПС 203A с отмеченным местом установки трех регистраторов срабатывания ОПН (Р)
Во время сильной грозы 7 июня в 19:00 зарегистрировано срабатывание ОПН фазы C ПС 203A со значительным зарядом импульса тока - 133.7 мКл (№ 3 в табл.3). Это вызвано грозовым перенапряжением от попадания молнии в провод этой фазы линии Л-114. При этом произошло перекрытие изоляции и отключение линии с последующим успешным АПВ (№ 1 в табл.4). Аналогичное явление зафиксировано в 21:52 во время грозы 31.07.14 (№ 2 в табл.4), при этом, исходя из показаний регистратора, удар молнии пришелся в провод фазы B линии Л-114.
Таблица 4
Результаты регистрации импульсных токов через ОПН линии ОЛ-114 ПС 203A
№ Дата Время Заряд, прошедший через ОПН, мКл Комментарий
фаза A фаза B фаза C
1 07.06.14 19:00 - - 133.7 Откл Л-114, АПВ - успешный
2 31.07.14 21:50 0 2.6 - То же
Сравнивая данные регистраторов, установленных на трех подстанциях, можно сделать заключение, что защищаемое ОПН оборудование ПС 30 подвержено как коммутационным, так и грозовым перенапряжениям, а причиной срабатывания ОПН подстанций ПС 112А и ПС 203А являются только грозовые перенапряжения.
Таким образом, опытную эксплуатацию преобразователя тока проводимости с функцией регистрации импульсов тока, проходящих через ОПН под воздействием грозовых и импульсных напряжений, можно считать успешной. Анализируя опыт эксплуатации в течение грозового сезона 2014 г. двенадцати таких регистраторов, установленных на трех подстанциях, можно заключить, что разработанное устройство регистрирует импульсные токи через ОПН, вызванные как коммутационными, так и грозовыми перенапряжениями. Информация о срабатывании ОПН, полученная с помощью устройства, позволяет убедиться в функционировании защитного аппарата и получить данные относительно интенсивности перенапряжений на соответствующем участке сети, защищаемом ОПН, помочь диагностировать причины возникновения перенапряжений, в том числе критических, приводящих к выходу защитного аппарата из строя. Анализируя данные регистратора, можно восстановить процесс развития аварии в защитном аппарате. По нашему мнению, является целесообразным оснащение ОПН такими регистраторами, особенно тех, которые подвержены частым авариям. Данные регистратора позволяют оценить реальный оставшийся ресурс защитного аппарата по пропускной способности, вовремя принять решение о выводе ОПН из эксплуатации или продлении его срока службы и тем самым обеспечить увеличение надежности работы оборудования подстанции. Разработанный регистратор может служить одним из элементов для создания системы непрерывной диагностики и дистанционного мониторинга состояния ОПН в процессе эксплуатации.
Литература
1. Особенности контроля состояния ограничителей перенапряжений нелинейных на местах их эксплуатации / М.Б.Баранник, В.Ю.Барбарович, В.Л.Дмитриев, В.В.Колобов // Электротехнический рынок. 2013. № 1 (49). С. 82-85.
2. Баранник М.Б., Колобов В.В., Прокопчук П.И. Разработка устройства регистрации импульсных токов, протекающих через ОПН под воздействием коммутационных и грозовых перенапряжений в процессе эксплуатации // Труды КНЦ РАН. Энергетика. 2013. Вып.6. С. 86-96.
3. Баранник М.Б., Евстигнеев А.В., Колобов В.В. Аспекты функциональной достаточности и электромагнитной совместимости устройств для регистрации срабатывания ОПН // Труды КНЦ РАН. Энергетика. 2013. Вып.7. С. 101-107.
4. Опыт калибровки и практической эксплуатации прибора для диагностики состояния
ОПН типа СКАТ-3 / М.Б.Баранник, В.Ю.Барбарович, Б.Л.Дмитриев, B.BКолобов // Приборы. 2011. 11 (137). С. 40-45.
5. Система регистрации геоиндуктированных токов в нейтралях силовых автотрансформаторов / М.Б.Баранник, А.Н.Данилин, Ю.В.Катькалов, В.В.Колобов, Я.А.Сахаров, В.Н.Селиванов // Приборы и техника эксперимента. 2012. N° 1. С. 118-123.
6. Исследование влияния геомагнитных возмущений на гармонический состав токов в нейтралях автотрансформаторов / В.Н.Селиванов, М.Б.Баранник, А.Н.Данилин, В.В.Колобов, ЯА.Сахаров // Труды КНЦ РАН. Энергетика. 2012. Вып.4. С. 60-68.
Сведения об авторах
Колобов Виталий Валентинович,
ведущий научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н.
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: 1_i@mail.ru
Баранник Максим Борисович,
ведущий инженер лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: maxbar@ien.kolasc.net.ru
УДК 621.311
А.Н.Данилин, В.В.Ивонин
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПОЛИГОН ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ИСКРООБРАЗОВАНИЯ В ГРУНТАХ ПРИ СТЕКАНИИ БОЛЬШИХ ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ С ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ
Аннотация
Описаны высоковольтный полигон для исследования процессов искрообразования в грунтах, а также оборудование, созданное для формирования и измерения высоковольтных импульсов напряжения.
Ключевые слова:
искрообразования в грунте, генератор импульсных напряжений, генератор Аркадьева - Маркса, омический делитель напряжения.
A.N.Danilin, V.V.Ivonin
HIGH VOLTAGE OPEN-AIR TESTING AREA FOR INVESTIGATION OF SPARKING IN SOIL UNDER HIGH IMPULSE CURRENT ON GROUND
Abstract
High-voltage polygon for investigation of sparking in soil and equipment designed for generating and measuring high-voltage pulses are described.
Keywords:
sparking in soil, Marx generator, resistive voltage divider.
Проблема защиты от ударов молнии зданий и сооружений различного назначения разрабатывается на протяжении многих десятилетий, однако до сих пор в проблеме выбора оптимальной конструкции заземлителей остаются нерешенные вопросы. Достоверность расчета и выбора схем молниезащиты должна быть обоснована результатами экспериментальных исследований при процессах, подобных разряду молнии. Расчет сопротивлений заземлителей сложен из-за наличия искрообразования
