close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000102714

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Зубков Александр Сергеевич
Исследование и разработка мер повьш1ения надежности
эксплуатации изоляции сетей средних и высоких классов
напряжения, содержащих двухцепные воздушные линии
Специальность 05.14.12
-
'Техника высоких напряжений"
АВТОРЕФЕРАТ
Диссертация на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Новосибирск - 2005
Работа вьтолнена в Новосибирском Государственном Техническом
Университете
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Кадомская Кира Пантелеймоновна
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Ефимов Борис Васильевич
кандидат технических HajfK
Ивановский Александр Львович
Федеральный гйсуда]^ственный научный
центр научно-исследовательского
института высоких напряжений, г.
Томск.
Ведущая организация:
Защита диссертации состоится 17 ноября 2005 г. в 12 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском Государственном
Техническом Университете. 630092 Новосибирск - 92, пр. К. Маркса, 20.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
Государственного Технического Университета.
Автореферат разослан
14
Ученый секретарь
диссертационного совета
Новосибирского
октября 2005 г.
Тимофеев И.П.
m'ti
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. В настоящее время, для ответственных
потребителей, не терпящих перерыва в электроснабжении, все большее
применение находят распределительные сети средних классов напряжения,
содержащие в своем составе преимущественно двухцепные воздушные
линии (ВЛ), цепи которых эксплуатируются раздельно, что повышает
надежность электроснабжения потребителей, т.к. при повреждении одной
цепи потребитель продолжает бесперебойно получать электроэнергию по
второй цепи (при условии практически двойного резервирования питания).
Большой процент двухцепных В Л в сети 35 к В вносит дополнительные
требования к режимам и схемам эксплуатации таких сетей с точки зрения
обеспечения их надежной эксплуатации в режиме однофазного замыкания на
землю. Эти дополнительные требования возникают при раздельной
эксплуатации цепей этих В Л , то есть в случае присоединения цепей к
различным системам шин при отключенном междусекционном выключателе.
В распределительной сети с изолированной нейтралью или нейтралью,
заземленной через дугогасящий реактор, ток однофазного замыкания на
землю (033) не представляет серьезной опасности для элементов
электропередачи, и поэтому устройства релейной защиты могут срабатывать
на сигнал.
Увеличение протяженности линий электропередачи (в том числе и
двухцепных) приводит к увеличению емкостного тока ОЗЗ до десятков и
сотен ампер, что затрудняет условия деионизации дуги и увеличивает
длительность ее горения. Такая перемежающаяся дуга приводит к появлению
колебаний, возникающих при каждом обрыве тока и его зажигании. Около
60% всех замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью носит
именно такой характер. Возможны случаи перехода однофазного дугового
замыкания (ОДЗ) в двухфазное к.з. В этом случае могут возникнуть
многоместные повреждения, при которых изоляция электрооборудования
сети перекрьгеается в различных точках сети. В ряде случаев возникающие
перенапряжения вызывают развитие дефектов, что в конечном итоге может
привести к существенному снижению электрической прочности изоляции и
повысить вероятность её повреждения. Повышение напряжения на
трансформаторах напряжения, подключенных к секхщям шин, вызванное
однофазным дуговым замыканием, в сетях относительно небольшой
протяженности
может
привести
к
возникновению
опасных
феррорезонансных колебаний.
Некоторые особенности возникают и при эксплуатации двухцепных В Л
высших классов напряжения, эксплуатируемых при глухом заземлении
нейтрали сети. К этим особенностям можно отнести уровни напряженностей
электростатического и электромагнитного полей по их трассам, а также,
неполнофазные режимы, сопровождающие некоторые нештатные и штатные
1т™аш:рматического
коммутации, в частности, коммута
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ {
повторного включения ( О Л П В ) В Л .
БИБЛИОТЕКА
1
-*■■
I
I
I
\т.я>
«
Повышение надежности эксплуатации воздушных линий электропередач
при их грозовых поражениях остается до сих пор одной из важнейших задач
электроэнергетики.
Воздушные линии электропередачи ежегодно поражаются молниями. В
большинстве случаев линии на металлических опорах имеют один или два
заземленных
троса,
подвешиваемых
вьппе
фазных
проводов
и
воспринимающих на себя удар молнии. Применение тросовой защиты,
позволяет снизить величину индуцированных перенапряжений примерно на
30%. Однако наличие тросов не исключает появление высоких потенциалов
на фазных проводах, и также, хотя и с малой вероятностью, удара молнии в
фазный провод. На двухцепных зке опорах удар молнии зачастую приводит
к замыканию между двумя цепями. Очевидно, что такое развитие событий
при ударе молнии в двухцепную В Л должно быть исключено.
Изложенное позволяет заключить, что одной из возможных ниш
использования подвесных О П Н является их установка именно на
двухцепных опорах. Это и предопределило проведение исследования
эффективности установки О П Н на двухцепньк опорах В Л 35 -330 кВ.
При выполнении исследований эффективности установки О П Н на опорах
двухцепных В Л была использована математическая модель ориентировки
канала лидера молнии, основанная на описании распространения лидера
молнии и развития встречных разрядов как случайных процессов. Такой
подход позволяет учесть случайные отклонения траектории лидера молнии, а
также случайный характер инициирования и развития встречных разрядов. С
помощью этой модели были получены функции распределения амплитуд
волн токов молнии для разных типов опор В Л 35-330 кВ, что позволило
оценить перспективность рассматриваемой меры повышения грозоупорности
ВЛ- установки на опорах защитных аппаратов типа ОПН.
Целью работы явилось выявление особенностей стационарных и
переходных электромагнитных процессов в электропередачах двухцепного
исполнения 35-330 кВ, а также установление технической целесообразности
оснащения двухцепных В Л 35-330 кВ защитными апп^атами типа О П Н и
определение их энергоемкости при различных сопротивлениях заземления
опор.
Для достижения этой цели в работе поставлены и решены следующие
задачи:
• разработана
математическая
модель,
позволяющая
исследовать
переходные процессы, сопровождающие однофазные дуговые замыкания
на землю (ОДЗ), в электрических сетях, содержащих двухцепные В Л ;
• проведены исследования влияния как способа моделирования двухцепных
В Л 35 кВ, так и места ОДЗ на В Л на уровни перенапряжений,
возникающих при ОДЗ;
• рассмотрены феррорезонансные процессы, обусловленные насыщением
магнитопроводов трансформаторов напряжения, в распределительных
сетях 35 кВ, содержащих двухцепные В Л ;
•
проанализированы интенсивности электрических полей под двухцепными
В Л В Н 110-330 кВ и предложены рекомендации по снижению
напряженностей электростатического и электромагнитного полей по их
трассам;
• рассмотрены стационарные режимы при горении и погасании дуги
подпитки в процессе «бестоковой» паузы О А П В в двухцепных В Л В Н ;
• показано различие амплитуд волн токов молний, возникших на проводах
В Л при учете и не учете ориентировки канала лидера молнии;
• проанализированы уровни перенапряжений на изоляции двухцепных В Л
35-330 к В , возникающих при ударах молнии;
• разработаны требования по энергоемкости подвесных О П Н разных
классов напряжения при различных сопротивлениях заземления опор;
• исследовано влияние мест расстановки подвесных О П Н на опорах В Л В Н
на надежность эксплуатации линейной изоляции.
Научная новизна основных положений и результатов работы;
• разработанные математические модели стационарных режимов 033, и
переходных
процессов,
инициируемых
однофазными
дуговыми
замыканиями на землю при учете насыщения магнитопроводов
трансформаторов напряжения, позволяют выбрать целесообразный режим
заземления нейтрали в электрических сетях средних классов напряжения,
содержащих в своем составе двухцепные В Л ;
• показано влияние фазировки проводов двухцепных В Л В Н с вертикальной
подвеской фаз на интенсивность электромагнитного поля по трассе В Л
В Н и на параметры, характеризующие «бестоковую» паузу при О А П В ;
• определены законы распределения амплитуд волн токов молний,
поражающих фазные провода В Л 35-330 кВ двухцепного исполнения при
учете ориентировки канала лидера молнии;
• проанализировано влияние на требуемую энергоемкость подвесных ОПН
35-330 кВ их мест установки, а также сопротивления заземления опор.
Практическая значимость результатов работы:
1.
Разработанные математические модели процессов происходящих в
сетях 35 кВ, содержащих двухцепные В Л , могут быть использованы при
расчетах стационарных и переходных режимов как при анализе
технологических нарушений в действующих электрических сетях,
содержащих двухцепные В Л , так и при проектировании таких сетей.
2.
Показано, что при отсутствии транспонирования фаз В Л воздушной
сети 35 кВ, содержащей двухцепные В Л , установка ДГР в таких сетях может
привести к увеличению их аварийности. Оснащение же нейтрали
высокоомным
сопротивлением
позволяет
исключить
эскалацию
перенапряжений при ОДЗ в двухцепных В Л .
3.
Приведена область параметров воздушной сети 35 кВ, содержащей
двухцепные В Л , отвечающая выполнению условий существования
стационарных феррорезонансных колебаний, приводящих к повышенным
значениям
токов
в
обмотках
ВН
трансформаторов
напряжения
электромагнитного типа.
4.
Показано, что с помощью соответствующей фазировки проводов
двухцепных В Л высокого напряжения можно существенно уменьшить
интенсивности электростатического и электромагнитного полей вдоль их
трасс.
5.
Полученные при учете ориентировки канала лидера молнии законы
распределения амплитуд токов молний, прорвавшихся на провода В Л 35-330
кВ двухцепного исполнения сквозь тросовую защиту, могут быть
использованы при разработке системы защиты проектируемых двухцепных
В Л от грозовых перенапряжений с помощью подвесных ОПН.
6.
Выдвинутые требования к энергоемкости ОПН, устанавливаемых на
опорах двухцепных В Л 35-330 кВ, могут стать отправной точкой при
проектировании защиты таких В Л с помощью подвесных ОПН.
Достоверность результатов работы обусловлена использованием при ее
выполнении достаточно полных математических моделей исследуемых
режимов и процессов, а также модели ориентировки канала лидера молнии.
Правомочность полученных результатов подтверждается хорошим согласием
ряда результатов с экспериментальными данными, полученными как
отечественными, так и зарубежньга^и исследователями.
Апробация результатов работы.
Отдельные результаты работы и работа в целом обсуждались на научных
семинарах факультета энергетики и кафедры Т и Э В Н Н Г Т У , а также на трех
региональных конференциях аспирантов и молодых ученых, на Второй
Всероссийской научно-технической конференции в Новосибирске 15-17
октября 2002 г «Офаничение перенапряжений и режимы заземления
нейтрали сетей 6-35 кВ»; на межрегиональном семинаре для энергетиков
металлургических предприятий «Электротехническое электрооборудование
и комплексный подход к применению средств защиты от перенапряжений»,
Новосибирск, 23-25 сентября 2005 г.; и на Международной научнотехнической конференции «Перенапряжения и надежность эксплуатации
электрооборудования». Санкт-Петербург, 31 марта-5 апреля 2003 г.
По теме диссертации в научно-технической литературе опубликованы
тексты пяти докладов и две научных статьи.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения,
изложенных на 129 страницах текста, списка использованных источников,
содержащего 50 наименований и приложения. Работа иллюстрирована 40
рисунками и содержит 21 таблицу.
Положения, выносимые на защиту:
• Сравнительная оценка эффективности различных способов заземления
нейтрали в сетях средних классов напряжения, содержащих двухцепные
В Л , может быть произведена с помощью разработанных при выполнении
диссертации математических моделей стационарных и переходных
процессов в этих сетях, учитывающих распределенность параметров В Л и
насыщение магнитопроводов трансформаторов напряжения.
Обеспечение надежной эксплуатации сетей средних классов напряжения,
содержащих большой процент двухцепных В Л , может быть достигнуто с
помощью резистивного заземления их нейтралей Оснащение нейтралей
таких сетей Д Г Р может привести к повышению их аварийности как при
ОЗЗ, так и при ОДЗ за счет электростатической связи между цепями.
Уменьшению интенсивности электростатического и электромагаитного
полей по трассам двухцепных В Л высокого напряжения может быть
достигнуто с помощью рациональной фазировки шести проводов на
опорах с вертикальной подвеской фаз.
Повышение грозоупорности двухцепных В Л 35-330 кВ, может быть
достигнуто путем установки О П Н непосредственно на опорах В Л .
Приведенные рекомендации по расстановке О П Н по трассе В Л и по
требуемой
энергоемкости
защитных
аппаратов,
учитывающие
ориентировку канала лидера молнии в систему провода и тросы В Л ,
позволяют обеспечить надежную эксплуатацию как изоляции В Л , так и
самих защитных аппаратов в течение приемлемого срока их службы.
Снижение стоимости защитных аппаратов типа О П Н может быть
достигнуто с помощью дифференцированной установки подвесных О П Н
(на разных фазах В Л на опоре устанавливаются О П Н с разными
энергоемкостями).
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во
введении дан анализ проблемы, обоснована
актуальность
предпринятых исследований, сформулированы основные цели и задачи,
показана научная
новизна работы, её практическая
значимость.
Сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
Особенности эксплуатации двз^цепных В Л в электрических сетях
средних классов напряжения
2-АатА
Первые цепи ВЛ
2М0МВА
Вторые цепи ВЛ
Р и с . 1 . Типовая схема питешия
двухцепной В Л 35 к В
Стационарные
режимы
при
однофазных замыканиях на землю (033)
и
переходные
процессы,
сопровождающие однофазные дуговые
замыкания
(ОДЗ в сетях средних
классов
напряжения
до
35
кВ
включительно, содержащих большой
процент
двухцепных
ВЛ,
эксплуатирующихся раздельно, имеют
некоторые
особенности,
которые
необходимо
учитывать
при
проектировании и эксплуатации таких
сетей. Эти режимы и процессы в работе
рассматриваются применительно к сети
35 кВ, содержащей двухцепные В Л. Типовая схема питания такой сети
приведена на рис. 1.
В первом разделе работы рассматриваются стационарные режимы сети с
двухцепными В Л (нормальный режим и ОЗЗ). Как правило, в
эксплуатационных
режимах
междусекционный
выключатель
В
и
разъединитель Р отключены. Поэтому цепи В Л эксплуатируются раздельно.
Отличительной особенностью таких сетей является наличие межцепной
емкости, величина которой составляет ~0.6 от средней емкости фаз на землю.
При ОЗЗ в сети с нейтралью, заземленной через ДГР, при перекомпенсации
емкостного тока каждой цепи в
режиме ОЗЗ может возникнуть
резонанс напряжений (рис.2). Это
приводит как к большим значениЯлМ
токов замыкания на землю, так и к
недопустимым
напряжениям на
п о D .™
нейтралях сети. Резонансная же
Рис 2. Расчетная схема замещения для
'^
определения тока замыкания на землю на
настройка ДГР в каждой цепи, при
одной из цепей двухцепной ВЛ
которой не наблюдатся резонанса
напряжений
в
режиме
ОЗЗ,
недопустима, исходя из требования обеспечения надежной эксплуатации
сети в нормальном режиме. Таким образом, совместное выполнение
требований к величине коэффициента компенсации, выдвигаемых при
раздельном питании цепей двухцепных В Л режимом замыкания на землю
{кц < 14- '~" ) и нормальным эксплуатационным режимом при отсутствии
симметрирования емкостей по фазам {U/^j <Uj^^^„) приводят к такому
выбору kjj, при котором установка Д Г Р оказывается либо весьма
малоэффективной, либо даже ведет к увеличению тока замыкания на землю
на одной или на обеих цепях двухцепных В Л . Поэтому при раздельной
эксплуатации цепей В Л с несимметрированными параметрами В Л по фазам
следует либо отключать ДГР, либо объединять нейтрали трансформаторов,
питающих разные системы шин, в том числе и в случае, если ДГР
установлена лишь на одной системе шин. Последняя мера может быть
применена лишь в случае, если объединение
нейтралей раздельно
работающих трансформаторов допустимо по условиям эксплуатации.
Описанных выше недостатков, связанных с включением в нейтраль сети
неуправляемых ДГР, можно избежать с помощью установки в нейтралях
питающих трансформаторов управляемых реакторов типа Р У О М . Степень
компенсации емкостного тока в этом случае может быть выбрана, исходя из
требуемого ограничения токов при ОЗЗ. Нормальный же режим при этом не
накладывает никаких ограничений, так как в нормальном эксплуатационном
режиме индуктивность ДГР типа Р У О М практически бесконечна. Иными
словами, в нормальном режиме сеть эксплуатируется как сеть с
изолированной нейтралью. Однако включение в нейтраль сети высокоомного
8
резистора имеет определенные преимущества по сравнению с оснащением
нейтрали сети ДГР типа Р У О М :
• снижается уровень перенапряжений при ОДЗ и, соответственно,
уменьшается вероятность появления многоместных повреждений в сети;
•
появляется возможность организащ1и селективной и чувствительной
защиты от замыканий на землю.
Во втором разделе рассматриваются процессы при однофазных дуговых
замыканиях на землю. Все цепи В Л моделируются в виде обобщенных Псхем замещения, учитывающих как емкости цепей на землю, так и
межфазные и межцепные емкости. Цепь, на которой произошло замыкание
на землю, моделируемое в виде сопротивления дуги Кд, питается от первой
секции. Остальные цепи, питаемые от этой же секции, а также цепи,
питаемые от второй секции шин 35 кВ, моделируются в виде П-схем с
параметрами, отвечающими суммарной протяженности сети. Моделирование
двухцепных В Л в виде обобщенных П-схем замещения позволило не
совмещать мест замыкания на землю и наблюдения за процессом. Это
обстоятельство связано с тем, что при мониторинге процессов
регистрирующие устройства обычно устанавливаются на подстанциях, т.е. по
концам В Л . Замыкание же на землю может произойти в любой точке В Л .
Поэтому регистрируемый процесс отличается от процесса в точке замыкания
на землю за счет волновых процессов в В Л . Такая регистрация может
привести к ошибочной оценке уровня перенапряжений при ОДЗ.
Результаты исследования влияния места замыкания на землю в сети 35 кВ с
двухцепными В Л на перенапряжения, возникающие при ОДЗ в начале и
конце В Л длиной 32 км, приведены в табл.1. Величина сопротивления
резистора выбиралась, исходя из условия практического разряда емкостей
В Л за время, равное половине периода промышленной частоты.
Umax(MecTO зэмыкания)/ ЦпмхСместо наблюдения)
Таблица 1
Место замыкания
Начало В Л
Конец В Л
Место наблюдения
Начало В Л
Конец В Л
_L
Режим заземления нейтрали
Изолирована
0,70
RN
№олирована
RN
1,27
1,10
0,83
Из таблицы видно, что наибольшему различию перенапряжений в точках
замыкания и наблюдения отвечает замыкание в начале В Л и наблюдение в
конце линии. При этом в режиме изолированной нейтрали отношение
кратностей перенапряжений оказывается равным 1,4, а при резистивном
заземлении нейтрали - 1,2. В ходе проведенных исследований было
отмечено, что модель В Л в виде системы сосредоточенных емкостей, не
учитывающая волновых процессов в линии, приводит к заниженным
9
значениям кратностей перенапряжений. Так, при замыкании в начале В Л , а
месте наблюдения в её конце погрешность расчетов при моделировании В Л в
виде сосредоточенной емкости составляет ~30 % . Учет межфазных емкостей
приводит к уменьшению перенапряжений при замыкании в начале В Л и
наблюдении в конце линии и при замыкании и наблюдении в начале В Л в 1,3
и 1,2 раза, соответственно. Эффективность резистивного заземления
нейтрали в наиболее неблагоприятном случае замыкания в начале В Л и точке
наблюдения в конце В Л проиллюстрирована в табл.2.
Таблица 2
Кратности перенапряжений при вторичном зажигании дуги в начале В Л
iUUU^r.)
Точка наблюдения
Начало В Л
Конец В Л ( ^ =32 км)
Режим заземления нейтрали
RN
RN
Изолирована
1 Изолирована
3,96
2,73
4,43
2,95
Из табл.2 видно, что при заземлении нейтрали через резистор, величина
сопротивления которого выбрана исходя из требования разряда емкости В Л
( С , =30^(1+ 77/(1+ ;?)),/? = С „ ц / З С ^ ) за время порядка половины периода
промышленной частоты, уровни перенапряжений при ОДО оказываются не
опасными для изоляции электрооборудования сети 35 кВ.
Компьютерная
осциллограмма
j/Ui>m
процесса при ОДЗ приведена на
рис.3. Из рисунка видно, что как
i u2
при первом, так и при втором
зажигании
дуги
максимальные
pM(W перенапряжения
-AjAf
unf \J V i
возникают не при
зажигании дуги (как это следует из
Ul
. V V -. классической теории Петерсена при
\/ иЗ
моделировании В Л в виде системы
:
i
\
•
емкостей), а при её погасании.
1
ф/
^ыу
'Кг
Таким
образом,
оснащение
нейтралей
питающих
трансформаторов
высокоомными
резисторами позволяет исключить возникновение эскалации перенапряжений
при повторных зажиганиях дуги, так как кратности перенапряжений при ОДЗ
при повторных зажиганиях дуги не превышают уровней, возникающих при
первичном зажигании дуги.
В третьем разделе рассматриваются феррорезонансные явления. В сетях с
изолированной нейтралью отмечается высокая аварийность трансформаторов
напряжения для контроля изоляции (ТНКИ) типов Н Т М И , ЗНОМ, ЗНОЛ.
Указанные трансформаторы имеют номинальные токи намагничивания от
единиц до десятков миллиампер. Средняя повреждаемость Т Н К И по
опубликованным данным составляет 6... 10% в год от установленных единиц.
Рис 3. Компьютерная осциллограмма
процесса при ОДЗ (t =^2 км, Rv=2 кОм)
10
Повреждения Т Н К И происходят либо при длительном однофазном дуговом
замыкании на землю (ОДЗ), либо при возбуждении в сети феррорезонансных
колебаний ( Ф К ) . Эти режимы сопровождаются появлением токов в обмотках
высокого напряжения ( В Н ) Т Н К И , значительно превышающих допустимые
значения по тепловой стойкости обмоток. Расчеты производились в схеме,
аналогичной схеме, использованной во втором разделе, при моделировании
Т Н К И типа З Н О М , установленных на секциях шин 35 кВ. Опасные
феррорезонансные колебания возникали при погасании дуги в процессе ОДЗ.
Результаты расчетов приведены в табл. 3.
Таблица 3
Уровни перенапряжений и значений токов в первичной обмотке Т Н при ОДЗ
в сети с изолированной и резистивно заземленной нейтралью; замыкание в
начале линии
Напряжения на /„их в первичной
Режим
шинах,
i^g, км ЛтН)
■^тал
^таху
обмотке Т Н ,
нейтрали
А
мс
А
^тх).!^
фтгж
Ом
Изолиро­
ванная
Л^=2
кОм
23
(резонанс)
100
А
В
С
00
1,69
1,70
2,06
25
1,37
1,57
1,87
1,90
1,34
1,33
1,87
1,85
1,77
00
25
100
00
25
1,76
1,94
2,67
2,57
2,37
2,36
А
В
С
'Щt^f' %м
1,17
0,27
6,11 3,21
6,06 3,45
0,64 0,33
0,40
0,41
0,32
3,51 0,10
1,17 0,10
6,90 6,90 0,01
6,52 6,52 0,01
0,29 0,64 0,01
0,40 0,41 0,01
Примечание серым цветом выделены значения токов при устойчивом феррорезонансе
Результаты расчетов показали, что в воздушных распределительных сетях,
оснащенных трансформаторами типа ЗНОМ, опасные феррорезонансные
процессы в контуре емкость сети - индуктивность намагничивания Т Н
возникают при значениях емкости сети 280+320 нФ. Так, для сетей,
содержащих только одноцепные линии, феррорезонансные колебания
возникают при общей протяженности сети »27-г30 км, для сетей, содержащих
преимущественно двухцепные линии, - при протяженности сети «15+23 км.
Таким образом за счет межцепных емкостей в сетях, содержащих
двухцепные В Л , суммарная протяженность сети, при которой возникают
устойчивые феррорезонансные процессы, оказывается несколько ниже, чем в
сетях, содержащих одноцепные В Л .
В сетях с двухцепными В Л для исключения условий существования
опасных феррорезонансных явлений можно применять те же меры, что и в
сетях с одноцепными В Д Однако, поскольку в сетях, содержащих
двухцепные В Л , как уже указывалось выше, целесообразна установка
высокоомных резисторов, то никаких дополнительных мер для устранения
опасных феррорезонансных явлений в этом случае не требуется. Следует
отметить, что исключить феррорезонансные явления можно путем установки
11
антирезонансных трансформаторов типа Н А М И . Однако, в сетях,
оснащенных резисторами в нейтрали, установка Т Н типа Н А М И не является
необходимой.
Особенности эксплуатации двухцепныж В Л высокого напряжения
В четвертом разделе проанализированы интенсивности электромагнитных
полей по трассам двухцепных В Л В Н , а также стационарные режимы
сопровождающие «бестоковую паузу О А П В в этих В Л . Рассмотрено также
влияние фазировки проводов двухцепных В Л с вертикальной подвеской фаз
на основные параметры этих режимов.
В связи со строительством двухцепных воздушных линий электропередачи
высокого напряжения все более актуальным становятся вопросы не только
повышения надежности эксплуатации таких линий, но также и ограничения
их экологического влияния на техно и биосферу.
В зависимости от степени населенности местности величина действующего
значения напряженности электрического поля под линиями электропередачи
на высоте роста человека (1,8^2,0 м от земли) ограничивается значениями от
5 до 15 кВ/м. Предполагается, что напряженность магнитного поля (МП),
инициируемого В Л , существенно меньше значений, допустимых для
человека. Поэтому в России четких экологических и гигиенических норм для
М П под В Л практически нет. Однако, в мировой технической литературе
появляется все больше работ, в которых указывается на опасность
электромагнитного поля, воздействующего на организм человека на
клеточном уровне. В связи с этим во всем мире в настоящее время
пересматриваются нормы на допустимые напряженности электромагнитного
поля по трассам В Л .
Напряженность
электростатического
поля под проводом
ВЛ,
инициируемого линейным зарядами на проводе х, определялась по
выражению:
х.2+/..2_у.2
-jarctg ' J * -^'
T-hе
^""'У'
Е.=
•'
Напряженность поля, инициируемого системой проводов, определялась с
помощью принципа наложения.
Расчеты напряженности электростатического поля под двухцепными В Л ,
производились применительно к опорам типов П 110-2, П 220-2, П 330-2 с
вертикальной подвеской проводов. Основной мерой, позволяющей понизить
напряженность поля по трассе В Л , является изменение фазировки проводов
на одной из цепей (вместо традиционной АВСавс на СВАавс). При
применении оптимальной фазировки проводов уровни напряженностей под
двухцепными В Л 110, 220, 330 кВ на высоте 2 м над уровнем земли и на
12
уровне подвеса троса (цифры в скобах) уменьшились в 1,8 (3,6), 1,6 (3,0), 1,8
(1,9) раз, соответственно.
Для
анализа
разработана
напряженности
аналитическая
электромагаитного
методика,
поля
основанная
допущениях, правомочность которых показана в работе:
•
под
на
ВЛ
была
следующих
распределение плотности тока в проводе принималось равномерным, т.е.
не
учитывался
эффект
близости
расщепленных фазах;
•
проводов
и
составляющих
в
не учитывалось влияние постороннего тела (человека) на напряженность
магнитного поля в воздушной среде;
П у т е м сравнительных расчетов было показано также, что т о к в земле при её
реальной
проводимости
практически
не
влияет
на
интенсивность
электромагнитного поля над землей. В этом случае, с у ч е т о м приведенных
в ы ш е допущений, модуль вектора напряженности электромагнитного поля,
инициируемого одиночным проводом, подвешенным на высоте h, в точке,
расположенной на высоте z от поверхности земли, и на расстоянии у от
одиночного
провода,
выражению//=
напряженности
z)
+у
оси линии)
земли)
tgf = {h- z)/y.
и
по
п]х>стейшему
.Составляющие
электромагнитного
перпендикулярном
поверхности
определится
определятся
поля
z (в
по
осям
же
у
направлении,
как:
Hy=Hcos(p,
(в
вектора
направлении,
перпендикулярном
Н.
=Hs\nf,
М о д у л ь напряженности электростатического поля на высоте
Z, инициируемого токами в п проводах, расположенных на расстоянии yj от
оси
линии
на
высоте
А,
над
поверхностью
земли
определится
как:
H(y,z)=k±Hyj)U(f,«^f-
V j-<
н
Р а с ч е т ы показали, что нетрадиционная фазировка проводов на двухцепных
опорах с вертикальной подвеской фаз позволяет уменьшить напряженность
электромагнитного поля под трассами двухцепных В Л 110-330 к В в 3,3-1,2
раза. Н а рис. 4 приведено распределение напряженности электростатического
и электромагнитного полей в направлении, перпендикулярном оси В Л , при
традиционной и предлагаемой фазировке проводов.
-30
-20
-10
10
20
30
1D
20
30
Рис.4. Распределение напряженности электрического и магнитного поля под В Л 330 кВ
(на высоте 2 м) в зависимости от расстояния до оси опоры
13
Анализ стационарных режимов на отключенной фазе В Л во время
«бестоковой» паузы О А П В и горения дуги подпитки (анализировались токи
подпитки дуги), после погасания дуги (анализировались напряжения на
отключенной фазе) показал, что никаких дополнительных требований к
О А П В в двухцепных В Л 110-330 кВ, по сравнению с одноцепными В Л
соответствующих
классов
напряжения,
не
выдвигается.
В
нетранспонированных двухцепных В Л 110-330 кВ токи подпитки дуги и
напряжения на отключенной фазе после погасания дуги отличаются на
единицы процентов от токов и напряжений на отключенной фазе в В Л
одноцепного исполнения, что при абсолютных их значениях, равных
единицам ампер и порядка 0,2 Г/ф, позволяет обеспечить надежное погасание
дуги за приемлемое время "бестоковой" паузы О А П В .
Повышение грозоупорности двухцепных В Л 35-330 к В
В пятим разделе исследуется вопрос повышения надежности эксплуатации
двухцепных В Л 35-330 к В , выполненных на типовых опорах с вертикальной
подвеской проводов, при их грозовых поражениях, путем установки на
опорах защитных аппаратов типа ОПН.
Оценка перенапряжений на изоляции В Л производилась как при
непосредственном поражении фазного провода при прорыве молнии сквозь
тросовую защиту, так и при прямом ударе молнии в провод при отсутствии
тросов, а также при ударе молнии в опору или в трос, в непосредственной
близости от опоры.
При анализе параметров грозовых волн во всех рассмотренных случаях
учитывалась ориентировка канала лидера молнии при поражении системы
провода и троса В Л , земля.
Уровни перенапряжений на изоляции В Л при попадании молнии в опору
или в трос вблизи от опоры при сопротивлении заземления опор, равном 10
Ом, приведены в табл.4 (амплитуда волны тока молнии 1,2/50 мкс составляла
84 кА).
Таблица 4
Уровни напряжений на изоляции В Л при ударе молнии в опору или в
трос вблизи от опоры
1/вл,кВ
35
110
150
220
330
^Hmjnax, К В
1280
1100
1600
2140
Таким образом, при ударах молний с большими амплитудами и крутизнами
в трос вблизи опор или в опору на В Л 35-150 кВ будут иметь место обратные
перекрытия с тела опоры на провода. Расчеты показывают, что в случае
больших значений сопротивлений заземления опор (при Лзи > 20 Ом) на В Л
220 кВ, 330 кВ прямые удары молнии в опору или в трос вблизи опоры,
также приведут к возникновению обратных перекрытий. Следовательно, при
оценке надежности двухцепных В Л при их грозовых поражениях удар
молнии в опору или в трос вблизи опоры является расчетным для В Л всех
рассматриваемых классов напряжения.
14
Для оценки уровней перенапряжений на изоляции В Л при прорывах
молнии сквозь тросовую защиту была использована математическая модель
ориентировки канала лидера молнии, предложенная в СибНИИЭ и
основанная на описании распространения лидера молнии и развития
встречных разрядов как случайных процессов. Такой подход позволяет
учесть случайные отклонения траектории лидера молнии, а также случайный
характер инициирования и развития встречных разрядов, и определить
критерий ориентировки как факт опережающего развития встречных
разрядов с провода или троса до соединения с каналом нисходящего лидера
молнии.
На основе этой методики были получены законы распределения амплитуд
токов молний, прорвавшихся на провода В Л 35-330 кВ сквозь тросовую
защиту. Анализ результатов расчетов показал, что при учете ориентировки
канала лидера молнии амплитуды токов молний на проводах снижаются по
сравнению с амплитудами, полученными при не учете этой ориентировки.
Влияние учета ориентировки канала лидера молнии на закон распределения
вероятностей амплитуд волн тока молнии для В Л на двухцепных опорах типа
ПБ 110-2 (А„р = 18,5 м; Лтр= 22 м) проиллюстрировано на рис.5.
ШКА
Рис 5. Функции распределения вероятностей амплитуд токов молнии,
поразивших фазы двухцепной В Л : 1- при не учете ориентировки канала лидера молнии, 2
и 3 - при учете этой ориентировки
На рис.5 кривая 1 приведена при аппроксимации интегральной функции
распределения амплитуды тока молнии гипотетическим лог^ифмически
нормальным законом, кривые 2 и 3 отвечают аппроксимациям в виде бетараспределения (кривая 2) и логарифмически нормального распределения
(кривая 3). Кривая 1 в случае тросовой защиты В Л отвечает распределению
амплитуд токов молнии при её попадании в трос.
Из рисунка видно, что амплитуды токов молний, поражающих фазные
провода, при учете ориентировки канала лидера молнии ниже амплитуд
токов молнии, поражающих трос. Так, при Fx(XmaJ ~ 0,95 амплитуды токов
молнии составляют при попадании молнии в провод и трос 1„,^ = 50 кА и
84 кА, соответственно.
Следует отметить что:
•
увеличение высоты подвеса проводов приводит к увеличению
вероятности поражения их молнией и к возрастанию амплитуд прорвавшихся
15
молний. Так при увеличении подвеса проводов В Л ПО кВ на ~6 метров
вероятность прорыва увеличилась с 0,009 до 0,02, а расчетная амплитуда
волны тока молнии - с 50 до 57 кА;
•
вероятность поражения молнией фазньпс проводов двухцепных В Л с
вертикальным расположением фаз превышает от 4-х до !0 раз вероятность
поражения фаз одиоцепной В Л . Уровень амплитуд прорвавшихся волн токов
молний на провода двухцепных В Л в 1,6 раза выше, чем на провода
одноцепных В Л того же класса напряжения и тех же габаритов;
♦ при вертикальном расположении проводов на опорах двухцепных В Л с
одним тросом чаще поражаются верхние фазы.
Таким образом, проведенное исследование позволяет заключить, что
изоляция фаз двухцепных В Л при их грозовых поражениях находится в более
тяжелых условиях, чем изоляция фаз одноцепных В Л и, поэтому, требует
повышенного внимания в грозовые сезоны. Это обстоятельство также
должно учитываться при проектировании двухцепных В Л . Напряжения на
изоляции В Л , определенные с помощью полученных законов распределения
амплитуд токов молний, при их ударах в фазные провода, приведены в
табл.5.
Таблица 5
Максимумы волн напряжений на изоляции В Л при ударах молний в
провода с учетом ориентировки канала лидера молнии (1^ при Р=0.95)
150
35
220
330
110
ивл. кВ
Z„p, Ом
^foonmax) 1 ^
485
450
455
430
320
12125
11250
10692
11395
8160
Несмотря на то, что уровень напряжения на изоляции В Л при учете
ориентировки канала лидера молнии снизился, однако, из таблицы следует,
что линейная изоляция линий всех рассмотренных классов напряжения при
принятой амплитуде волны тока молнии будет перекрываться. Поэтому
повышения надежности эксплуатации линейной изоляции В Л при прорывах
молнии сквозь тросовую защиту можно добиться лишь при установке на
опорах защитных аппаратов типа ОПН.
Из сопоставления напряжений на изоляции, возникающих при поражении
молнией грозозащитного троса и провода следует, что при прорыве молнии
сквозь тросовую защиту напряжение на изоляции будет примерно в 8 раз
превышать напряжение на изоляции при ударе молнии в опору или в трос
вблизи опоры. Однако большая часть всех молний поражает тросы. Таким
образом, расчетньпии случаями для В Л 35-330 кВ при оценке токовых и
энергетических характеристик линейных ограничителей будут являться как
уд£фы молний в опору или в трос вблизи от опоры, так и прямые удары
молний в фазные провода.
Анализ целесообразности установки подвесных О П Н на всех фазах
защищаемого участка двухцепных В Л следует производить с учетом их
грозопоражаемости, грозовой интенсивности в регионе трассы В Л , уровня
16
сопротивления заземления опор, ущербов от перекрытий изоляции,
требуемого уровня надежности и т.дВ табл.6 приведены относительные количества ударов молнии в В Л при
трех расчетных случаях её грозовых поражений:
• при ударе в опору или в трос в близи опоры (NoJN);
• при ударе в трос в средней части пролета (NTJ/N);
• при ударе в провод (прорыв молнии через тросовую защиту) (N„^N).
(N- общее число ударов молнии).
Таблица 6
Относительное количество ударов молнии в В Л при трех расчетных
случаях грозовых поражений
Виды
Тип опор
грозовых
П
П
П
П
П
П
П
ПБ
поражений
220-2T 330-2 330-2T
110-2В
150-2В
220-2
110-2
150-2
NoJN
NJN
NJN
0,59
0,39
0,02
0,83
0,12
0,05
0,57
0,38
0.05
0.82
0,11
0.07
0,78
0,18
0,04
0.78
0,18
0,04
0,58
0,39
0,03
0,58
0,40
0,02
Из таблицы следует, что наибольшее количество ударов молнии поражает
опору и трос. В провода попадает существенно меньшее количество молний.
При этом благодаря ориентировке канала лидера слаботочных молний и
инициированию встречных разрядов с проводов и тросов основные удары
при прорывах молнии сквозь тросовую защиту приходятся на верхние фазы,
нижние же фазы двухцепных В Л практически не подвергаются ударам
молнии, так как экранированы фазами, расположенными выше (табл.7).
Таблица 7
Номер
провода
1
2
3
4
5
6
Процентное распределение количества ударов молнии
по фазам двухцепных В Л
Тип опор
ПБ
110-2
44
5
0
45
6
0
П110- П150- П150- П220- П220- ПЗЗО2В
2т
2
2В
2
2
44
6
0
44
6
0
47
3
0
47
3
0
44
5
0
45
6
0
44
5
0
45
6
0
38
12
0
39
И
0
48
2
0
48
2
0
пззо2т
41
9
0
41
9
0
Примечание. ) и 3 - верхние провода, 2 и 4 - средние по высоте подвеса провода, 3 и 6 - нижние провода.
17
Как видно из таблицы, применение второго грозозащитного троса (на В Л с
опорами типа П 220-2т, П 330-2т) приводит к лучшей защищенности верхних
фаз и увеличению числа поражений молнией средних фаз.
Анализ влияния величины сопротивления заземления опор на
грозоупорность В Л при установке ОПН на опорах позволяет сделать
следующие выводы:
•
при сопротивлениях заземления, не превышающих 10 Ом, удары молнии
в опору или в трос не приводят к возникновению обратных перекрытий,
прорвавшиеся же сквозь тросовую защиту молнии приведут к неминуемому
перекрытию линейной изоляции. Поэтому, исходя из того, что основные
удары молний при прорывах тросовой защиты приходятся на верхние фазы,
при таких величинах сопротивления заземления целесообразна установка
ОПН лишь на верхних фазах;
•
при сопротивлениях заземления опор, больших 10-20 Ом, удары молнии
в трос или в опору приведут к возникновению обратных перекрытий с тела
опоры на провода нижних фаз. Установка дополнительных О П Н на нижних
фазах в этих расчетных случаях позволит уменьшить вероятность
возникновения обратных перекрытий.
Так, для двухцепных В Л 110-330 кВ, при сопротивлениях заземления опор
равных 30 Ом и более 40 Ом, количество устанавливаемых О П Н на опоре,
необходимо довести до 4-х и 6-ти, соответственно. Следует, однако,
отметить, что при значениях сопротивлений заземления 30+40 Ом для
защиты от ударов молний в опору или в трос вблизи опоры одной
двухцепной В Л потребуется меньшее количество аппаратов, чем при защите
двух одноцепных В Л .
Для анализа требуемой энергоемкости защитных аппаратов типа О П Н было
проведено исследование влияния сопротивления заземления опор на токовые
нагрузки в ОПН. Сопротивление заземления опор варьировалось в диапазоне
10... 100 Ом. Рассматривались удары молнии в фазные провода и в трос.
Из-за того, что изменение места удара молнии вдоль пролета практически
не приводит к сколь - нибудь заметному изменению максимумов токов, так
как эти максимумы наступают раньше прихода отраженных волн от соседних
узлов, то при моделировании процессов, происходящих при прорыве молнии
сквозь тросовую защиту, принималось, что точка удара молнии находится в
середине пролета.
Результаты расчетов показали, что для оценки максимальных токовых
нагрузок подвесных апп^затов можно моделировать лишь один пролет В Л .
Это объясняется следующими причинами: срабатывание О П Н в узлах
поврежденного пролета приведет к уменьшению напряжения в этих узлах
практически до значения остающегося напряжения на ОПН. В этом случае
волна, движущаяся в сторону следующего узла, без учета обратных
набегающих волн составит ~2Uom- Коронирование проводов, а также
отражение волн от соседних опор приведёт к еще большему снижению
амплитуды волны и увеличению ее длительности фронта, и как следствие к
18
снижению энергетических нагрузок ОПН. Очевидно, что токовые нагрузки
аппаратов соседних узлов окажутся существенно меньшими, чем в узлах,
непосредственно примыкающих к пораженному молнией пролету.
Упрощенные расчетные схемы для исследования токовых и энергетических
нагрузок в подвесных линейных ОПН при ударе молнии в фазный провод в
пролете В Л и в опору или в трос вблизи опоры приведены на рис.6 (а,б). В
схемах учтены импульсное сопротивление заземления опоры (Лз.и),
индуктивность части тела опоры (от траверсы до места подвеса троса) - ZTT,
индуктивность части тела опоры (от траверсы до земли) - 1тз, индуктивность
опоры (Lon), волновые фазные сопротивления проводов ( Z B * ) и тросов с
учетом короны (Zr?).
СП-\
CJ-\
н=з
а)
б)
Рис 6. Расчетные схемы для определения токовьи нагрузок
в подвесных ОПН, установленных на опорах ВЛ;
а) при ударе молнии в фазный провод; б) при ударе молнии в опору или в трос вблизи
опоры
Источник молнии моделировался в виде источника тока при нулевой
производной тока в начальный момент времени.
В табл. 8 и 9 приведены токовые и энергетические нагрузки подвесных
ОПН, установленных на верхних (табл.8) и нижних (табл.9) фазах, при ударе
молнии в фазный провод и в опору или в трос вблизи от опоры.
Таблица 8
Токовые и энергетические нагрузки подвесных ОПН, установленных на
верхних фазах двухцепных опор В Л 1 Юч-ЗЗО кВ, при различном
сопротивлении заземления опор
Удар молнии в провод
Удар молнии в опору или в трос
RsHi
(при наличии троса)
вблизи от опоры
Ом
"ОПН» К Д Ж
''ОПН) К Д Ж
hm ШХ-, кА
^опн MAXi
10 29,3 44,0 кА
38,4 372 753 1155 6,89 5,76 5,17 15Д 31,2 25,0
30 28,5 42,8 37,0 212 713 1090 9,56 7,38 5,59 33,5 39,4 33,2
50 28,8 42.2 36,3 332 709 1047 8,92 7,17 6,10 37,8 48,6 49,2
100 28,6 40,9 35,5 351 727 984 10,2 8,84 7,66 56,7 71,9 85,3
Из таблицы видно, что при ударах молнии в провод наибольшие
энергетические нагрузки испытывают ОПН, установленные на верхних
фазах. При этом максимальная поглощаемая энергия будет при наименьшем
19
из рассмотренных сопротивлений заземления (10 Ом), при увеличении
сопротивления заземления ток, протекающий через ОПН, уменьшается и,
следовательно, уменьшаются энергетические воздействия, оказываемые на
аппараты. При сопротивлениях заземления, больших 100 Ом, удары молнии в
трос или в опору будут сопровождаться большими токами и энергиями. Так
при сопротивлении заземления 1000 Ом удар молнии в опору В Л 330 кВ
приведет к тому, что через О П Н потечет ток с амплитудой 24,9 кА, а энергия,
поглощенная аппаратом, будет 632 кДж, в то время как при ударе молнии в
провод амплитуда тока составит 27,1 кА, а энергия 721 кДж.
Таблица 9
Токовые и энергетические нагрузки подвесных ОПН, установленных на
нижних фазах двухцепных опор В Л 110-^330 кВ, при различных
сопротивлениях заземления опор
Удар молнии в провод
Удар молнии в опору или в
К-зи>
В Л . к В Ом
(при наличии троса)
трос вблизи от опоры
ПО
220
330
30
Дпн МАХ, к А
2,90
"ОПН! К Д Ж
5,50
him МАХ, к А
12,4
"ОПН? К Д Ж
44,8
100
4,60
17,2
13,7
74,0
30
2,59
5,80
9,75
54,0
100
5,19
25,0
13,4
117
30
2,98
7,90
8.97
58,7
100
5,97
31,0
14,9
156
Как видно из табл 8, 9 при ударах молнии в опору или в трос вблизи опоры
аппараты, установленные на нижних фазах, испыгывают большие
энергетические воздействия, чем при ударах молнии в провод.
Следовательно, определяющим грозовым воздействием при выборе
аппаратов, устанавливаемых на нижних фазах, будут являться удары молнии
в опору или в трос вблизи опоры.
Таким образом, в зависимости от величины сопротивления заземления,
грозовой активности, уровня изоляции В Л , уровня надежности В Л и т.д
можно предложить различные решения по расстановке О П Н на опорах.
Основные же принципы такой установки можно сформулировать следующим
образом:
• Для защиты фаз В Л от перенапряжений, вызванных только ударами
молний в опору или в трос вблизи опоры, устанавливается необходимое
(расчетное в конкретном случае) количество О П Н с малой пропускной
способностью;
• Для защиты фаз В Л от перенапряжений, вызванных ударами молний в
фазные провода на верхних фазах устанавливаются ОПН с большой
пропускной способностью;
• Для полноценной защиты В Л от перенапряжений, вызванных любыми
проявлениями грозовой деятельности, на опорах целесообразно
20
устанавливать О П Н , как с большой так и с малой пропускной
способностью;
• Проектирование грозозащиты двухцепных В Л с помощью подвесных
ОПН необходимо производить при конкретной привязке к объекту.
Приведенная методика, подкрепленная разработанным комплексом
программ для Э В М , позволяет обеспечивать такое проектирование.
Основные результаты работы
Проведенная работа позволяет сделать выводы как методического
характера, так и по существу рассматриваемой проблемы - выявления
особенностей эксплуатации двухцепных В Л в сетях среднего и высокого
напряжения, а также установления технической целесообразности оснащения
двухцепных В Л 35-330 кВ защитными аппаратами типа ОПН и определения
их энергоемкости при различных сопротивлениях заземления опор.
К методическим выводам можно отнести следующие:
• разработанная математическая модель для исследования процессов при
ОДЗ в двухцепных В Л , позволяющая моделировать двухцепную В Л не в
виде системы сосредоточенных емкостей, а в виде обобщенных П-схем
замещения, учитывающих межфазные и межцепные емкости, а также
моделировать насьицение магнитопроводов трансформаторов напряжения,
может быть использована как при анализе ОДЗ в существующих сетях,
так и проектировании электрических сетей, содержащих двухцепные В Л ,
в частности, при выборе системы заземления её нейтрали;
•
показано, что обычно принимаемое моделирование процессов при ОДЗ
при совмещении точек ОДЗ и наблюдения может привести к заниженным
оценкам перенапряжений, возникающих как в режиме зажигания дуги, так
и после её погасания;
• разработаны методики для оценки интенсивности электромагнитного поля
по трассам В Л высокого напряжения, позволяющие оценивать
напряженности электростатического и электромагнитного полей при
проектировании двухцепных В Л с целью в случае необходимости
применять меры для их снижения;
• показано, что при исследовании грозоупорности двухцепных В Л 35-330
кВ, оснащенных защитными аппаратами типа ОПН, установленными на
опорах, для получения достоверных результатов необходимо учитывать
ориентировку канала лидера молнии в систему провода и тросы ВЛземля;
•
показано, что основными факторами, влияющими на условия
эксплуатации О П Н (помимо факторов, связанных с региональной
грозовой интенсивностью), являются конструкции В Л (высоты опор,
количество грозозащитных тросов), и сопротивления заземления опор;
• при сопротивлениях заземления опор, не превышающих 10 Ом,
определяющими грозовыми воздействиями являются удары молнии в
провода при прорыве сквозь тросовую защиту. При больших значениях
21
сопротивлений заземления при установлении требований к токовым и
энергетическим нагрузкам ОПН следует учитывать также и удары молнии
в опору или в трос вблизи от опоры;
• определяющим
грозовым воздействием
при выборе аппаратов,
устанавливаемых на нижних фазах, являются удары молнии в опору или в
трос вблизи опоры.
Основные выводы по существу рассмотренной задачи, формулируются
следующим образом.
Особенности стационарных режимов однофазного замыкания на
землю (ОЗЗ).
• Применение ДГР при раздельной эксплуатации цепей В Л , питающихся от
щин различных секций, может вызвать опасные стационарные
перенапряжения как в нормальном эксплуатационном режиме, так и в
режиме замыкания на землю. В последнем случае резонанс возникает в
последовательном контуре, содержащем межцепную емкость
и
индуктивность, обусловленную перекоменсацией фазной емкости цепи.
Одновременное выполнение требований, обусловленных отсутствием
резонанса в нормальном режиме и в режиме замыкания на землю,
практически
недостижимо. Также, практически, весьма трудно
выполнимо идеальное симметрирование сети по фазам, которое в сети 35
кВ следует производить на шинах п/ст 35 кВ. Поэтому при эксплуатации
сетей, содержащих двухцепные В Л 35 к В с вертикальной подвеской
фаз на опорах при отсутствии симметрирования фазных параметров
сети, осуществляемого на шинах питающих подстанций, разумно
отказаться от применения стандартных конструкций неуправляемых
ДГР типа З Р О М .
• В случае использования вместо ДГР типа ЗРОМ управляемых аппаратов
типа Р У О М , обладающим практически бесконечньш сопротивлением в
нормальном эксплуатационном режиме, выбор его параметров можно
осуществить лишь на основе требования отсутствия резонанса
напряжений в режиме замьпсания на землю. Поэтому требования к
симметрированию сети по фазам в этом случае не являются столь
жесткими. Целесообразность же установки в сетях с двухцепными В Л
ДГР типа Р У О М определяется процессами при дуговых замыканиях на
землю и возможностью осуществления селективной и чувствительной
защиты от замыканий на землю в сети с компенсацией емкостных токов
замыкания на землю.
• Оснащение нейтрали сети, содержащей двухцепные В Л , высокоомными
резисторами является наиболее предпочтительным решением. В этом
случае напряжения на нейтралях секций сети при 033 не превосходят
допустимых значений. Существенный процент активного тока в токе ОЗЗ
позволяет осуществлять селективное отключение поврежденной фазы.
22
Особенности протекания процессов, сопровождающих однофазные
дуговые замыкания на землю.
• Межцепные емкости приводят к несколько иному характеру процессов,
сопровождающих ОДЗ Так, максимумы перенапряжений возникают, в
основном, не при зажиганиях дуги, что характерно для одноцепных В Л, а
при её погасании.
• Эксплуатации сети с изолированной нейтралью приводит при учете
волновых процессов в В Л к недопустимо высоким кратностям
перенапряжений, которые могут превысить уровень даже не дефектной
изоляции оборудования. Обеспечить надежную эксплуатацию изоляции
оборудования при ОДЗ можно путем оснащения нейтралей сети
высокоомными резисторами. В этом случае даже при учете волновых
процессов в В Л перенапряжения при повторных зажиганиях дуги не
превосходят трехкратного уровня, что не опасно для изоляции
электрооборудования сетей средних классов напряжения, включая сети 35
кВ.
• При эксплуатации сетей с двухцепными В Л диапазон их длин,
отвечающих
устойчивому
феррорезонансу,
сопровождающемуся
недопустимыми значениями токов в обмотке высшего напряжения ТН
типов ЗНОМ, ЗНОЛ и НТМИ, за счет межцепных емкостей примерно в
1,5 раза меньше соответствующего диапазона протяженностей сети с
одноцепными В Л (15.. .23 км в сети с двухцепными В Л и 27...30 км в сети
с одноцепными ВЛ).
• При оснащении сетей средних классов напряжения резисторами в
нейтралях, опасные феррорезогнансные явления не возникают. Условия
возникновения
и
существования
стационарного
феррорезонанса
нарушаются и в случае использования антирезонансных трансформаторов
напряжения типа НАМИ-35, выпускаемых в настоящее время Раменским
электротехническим заводом.
Об особенностях стационарных н квазистационарных режимов в
двухцепных В Л высокого напряжения
• Для снижения напряженностей электростатического и электромагнитного
полей по трассам В Л двухцепного исполнения с вертикальной подвеской
фаз целесообразно использовать нетрадиционную фазировку проводов
цепей (АВС-сва), позволяюхцую снизить максимальные напряженности
электростатического поля по трассам В Л 110-330 кВ в 3-1,2 раза, а
напряженность электромагнитного поля на расстоянии 20 м от оси опоры
в 5-3 раза, соответственно.
• Надежность гашения дуги подпитки на отключенной фазе при ОАПВ В Л
В Ы 110-330 к В , не оснащенных шунтирующими реакторами, практически
не зависит от числа цепей на опорах.
Особенности грозозащиты двухцепных В Л 35 -330 кВ.
• Поскольку при грозовых поражениях одной из цепей двухцепных В Л 35330 кВ весьма часто за счет близкого расположения фаз отдельных цепей
23
на опоре происходит отключение двух цепей, вопросы грозоупорности
таких
ВЛ,
связанные
с
необходимостью
бесперебойного
электроснабжения потребителей, приобретают весьма существенное
значение. Это обстоятельство приводит к настоятельной необходимости
совершенствования грозозащиты двухцепных В Л путем установки
защитных аппаратов типа ОПН непосредственно на опорах В Л .
• При разработке требований к параметрам О П Н необходимо учитывать
теорию ориентировки канала лидера молнии в систему провода ВЛ-тросы
-земля, так как не учет ориентировки приводит к чрезмерно завышенным
требованиям к характеристикам ОПН.
• Требования к параметрам ОПН в конкретном регионе зависят от
проводимости грунта, обуславливающего в большой мере величину
сопротивления заземления опор.
• На опорах с вертикальным расположением фаз цепей нижние фазы не
нуждаются в специальной защите от грозовых перенапряжений,
возникающих при ударах молнии в В Л в пролете, так как вероятность
прорыва молнии на эти фазы практически равна нулю (они экранированы
проводами, подвешенными над ними).
• В систему проектирования грозозащиты В Л с помощью ОПН,
устанавливаемых на опорах, следует отнести:
- выбор опор по трассе В Л , на которых следует устанавливать ОПН;
- выбор фаз на опоре, на которых целесообразна установка ОПН;
- определение характеристик устанавливаемых ОПН, в том числе и их
энергоемкости;
• Система грозозащиты двухцепных В Л с помощью ОПН, устанавливаемьк
на опорах, зависит от целого ряда факторов, к которым прежде всего
следует отнести: уровень грозопоражаемости в районе трассы В Л ,
удельную проводимость грунта, определяющую в большой мере величину
сопротивления
заземления
опор, конструкцию
ВЛ,
требуемые
характеристики надежности эксплуатации В Л .
• Общие положения по выбору требуемой пропускной способности
(энергоемкости) О П Н можно сформулировать следующим образом:
- Для защиты фаз В Л от перенапряжений, вызванных ударами молний в
опору или в трос вблизи опоры, требуются О П Н с малой
энергоемкостью (первой группы ).
- Для защиты фаз В Л от перенапряжений, вызванных ударами молний в
фазные провода в пролете, достаточно установить О П Н с большой
энергоемкостью (3-ей -4-ой групп) лишь на верхних фазах.
Общее заключение по работе
Выполненная работа позволяет предложить следующий комплекс
мероприятий,
обеспечивающий
надежную
эксплуатацию
изоляции
электрооборудования сетей 35-330 кВ, содержащих большой процент
двухцепных В Л .
24
в сетях средних классов напряжения, включая сети 35 кВ, с целью
исключения
эскалации
перенапряжений при ОДЗ
и опасных
феррорезонансных
явлений,
обусловленных
насыщением
магнитопроводов
Т Н типа ЗНОМ, а также для повышения
чувствительности и селективности релейной защиты от 033 следует
оснастить нейтрали секций сети высокоомными резисторами, величина
сопротивления которых определяется, исходя из времени разряда емкости
сети, примерно равного половине периода промышленной частоты;
Лд, =1/ЗоСф(1 + 27), 4 = C^JC^ (С„ц - межцепная емкость двухцепных
ВЛ).
При отсутствии в нейтрали сети резисторов альтернативной мерой
исключения опасных феррорезонансных явлений могут являться либо
оснащение третичных обмоток Т Н типа ЗНОМ (ЗНОЛ) резисторами с
рекомендуемым сопротивлением 25 Ом, либо установка в сети 35 кВ
антирезонансных трансформаторов напряжения типа Н А М И .
Уменьшения интенсивности электростатического и электромагнитного
полей по трассам В Л 110-330 кВ двухцепного исполнения с вертикальной
подвеской проводов можно добиться применением нетрадиционной
фазировки проводов цепей (АВС-сЬа).
Для повышения грозоупорности двухцепных В Л необходима установка
определенного количества защитных аппаратов типа ОПН на опорах.
Расстановку О П Н на опорах В Л и на фазах конкретных опор, так же, как и
выбор их параметров, включая требуемую энергоемкость, можно
производить в соответствии с рекомендациями, приведенными в
заключении по работе.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
1. Зубков А.С., Кадомская К.П. Однофазное дуговое замыкание в сети 35
кВ, содержащей двухцепные воздушные линии //Сб.научн.тр. НГТУ.2000, №5 (22).-С. 79-84.
2 Зубков А.С. Особенности эксплуатации сетей средних классов
напряжений, содержащих двухцепные В Л //Дни науки НГТУ-2001.
Тезисы докладов научной конференции - 2001. - С 33-34.
3. Зубков А.С. Особенности протекания процессов при однофазных
дуговых замыканиях в сетях 35 кВ, содержащих двухцепные
воздушные линии //НАУКА. Т Е Х Н И К А . ИННОВАЦИИ. Региональная
научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: Тез.
Докл. В 5-ти частях. Часть 2. - 2001. С 84-85.
4. Зубков А.С, Кадомская К.П. Повышение надежности эксплуатации
изоляции сетей средних классов напряжения, содержащих двухцепные
воздушные линии, оснащением нейтралей сетей высокоомными
резисторами. Труды Второй Всеросийской научно-технической
конференции. Ограничение перенапряжений и режимы заземления
нейтрали сетей 6-35 кВ.-Новосибирск, 2002.-С.73-78.
25
Зубков А.С. Защита сетей 35 кВ, содержащих двухцепные В Л, от
грозовых перенапряжений //НАУКА. Т Е Х Н И К А . И Н Н О В А Щ И .
Региональная научная конференция студентов, аспирантов и молодых
ученых: Тез. докл. В 5-ти частях. Часть 2. - 2002. С 134-135.
Борисов Е.А., Зубков А.С, Кадомская К.П. Повьппение достоверности
математического моделирования электромагнитных процессов в сетях
средних классов напряжения.- Международная научно-техническая
конференция
«Перенапряжения
и
надежность
эксплуатации
электрооборудования» Выпуск 1. Санкт-Петербург, 31 марта-5 апреля
2003.-С.128-138.
Зубков А.С. Защитные аппараты типа ОПН, как средство повышения
грозоупорности двухцепных В Л . -Новости электротехники.-4 (34).2005.-C.2-5.
1
26
Отпечатано в типографии Новосибирского государственного
технического университета
формат 60x84/16, объем 1,75п.л., тираж 100 экз.,
заказ № 1132, подписано в печать 10.10.05 г.
»20A97
РНБ Русский фонд
2006-4
22941
' )
{'
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 320 Кб
Теги
bd000102714
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа