Исследование влияния изменения характеристик защитных аппаратов на показатель надежности защиты подстанций 35-500 кВ от перенапряжений Колычев Александр Валерьевич

Содержание к диссертации

стр.

1. Причины изменения вольтамперной и вольтсекундной характеристики

вентильных разрядников (РВ) 10

2. Причины изменения В АХ нелинейных ограничителей перенапряжений

классов напряжений 35-500 кВ 21

3. Анализ показателя надежности грозозащиты подстанций 35-500 кВ при номинальных характеристиках ВР 26

4. Анализ современного состояния защиты подстанций 35-500 кВ от внутренних перенапряжений 30

5. Выводы и постановка задачи диссертационной работы 32

1. Методика численного анализа надежности грозозащиты подстанций. . . 34

2. Основные положения методики 36

3. Методика совместного расчета процессов в системе молния - подстанция 37

4. Область опасных волн при прорыве молнии на провода и при обратных перекрытиях с опоры на провод .41

5. Алгоритм построения кривых опасных волн (КОВ) .45

6. Обзор внутренних перенапряжений 50

7. Методика расчета импульсных и коммутационных токов через ОПН .. 53

8. Методика прогнозирования ожидаемого срока слз^Абы ОПН 56

Глава третья. Исследование грозозащиты типовых подстанций 35-500 кВ с использованием вентильных разрядников и мероприятия по улучшению грозозащиты подстанций ... 62

3.1.Основные положения исследования грозозащиты типовых подстанций

35-330 кВ 62

Исследование грозозащиты тупиковой подстанции 35 гсВ и импульсных токов, протекающих через защитные аппараты 64

Исследование грозозащиты типовых подстанций 110-500 кВ при использовании вентильных разрядников с гостированными и измененными характеристиками 72

1. Исследование грозозащиты типовых подстанций ПО кВ при использовании вентильных разрядников 74

2. Исследование грозозапщты типовых подстанций 220 кВ при использовании вентильных разрядников 82

3. Исследование грозозащиты типовых подстанций 330 кВ при использовании вентильных разрядников 86

4. Исследование грозозащиты типовых подстанций 500 кВ при использовании вентильных разрядников 90

Использование ОПН нового поколения в грозозащите типовых подстанций 110-500 кВ 92

Каскадный способ грозозащиты подстанций ПОкВ ПО

Анализ импульсных токов, протекающих через защитные аппараты

110-500кВ , 113

Исследование вопроса срока службы эксплуатационного оборудования. 125

Выводы по главе 127

Глава четвертая. Глубокое ограничение внутренних перенапряжений

4.1. Исследование внутренних перенапряжений при коммутациях линий

35-500 кВ 130

1. Мероприятия по улучшению заш;иты подстанций 35-500 кВ от внутренних перенапряжений 140

2. Исследование внутренних перенапряжений при коммутациях трансформаторов (автотрансформаторов) 149

3. Исследование внутренних перенапряжений при коммутациях реакторов. Мероприятия по улз^Ашению защиты реакторов от перенапряжений при

их коммутациях 159

4. Исследование коммутационных токов, протекающих через нелинейные ограничители перенапряжений 163

Глава пятая. Разработка технических требований к ОПН 35-500 кВ.. 186

4. 1. Анализ допустимых токов, протекающих в нормальном эксплуатационном режиме, при импульсных и коммутационных воздействиях 186

   2. Исследование напряжений, воздействующих на нелинейные ограничители перенапряжений 189

      1. Характеристики рабочего напряжения 189

      2. Характеристики квазистационарных перенапряжений в симметричном режиме 191

      3. Характеристики квазистационарных перенапряжений в несимметричном режиме 195

      Анализ импульсных и коммутационных токов протекающих через ОПН. 202

      Технические требования к ОПН 205

      Вопросы эксплуатации ОПН 211

      Исследование срока службы ОПН 214

      Список литературы 226

      Приложения 233

      Введение к работе

      Электроэнергетическая система России включает в себе большой спектр сетей, отличающихся как по классу напряжения, так и по предназначению. Можно выделить следующие типы сетей [ 1 ]: генераторного напряжения; собственных нужд электростанций; распределительных, работающих в режиме с изолированной или резонанс-но заземленной нейтралью; распределительных промышленных предприятий, имеющих специфику производства; общих, работающих в режиме эффективного заземления нейтрали. Одним из наиболее важных показателей работы сетей является надежность работы электрооборудования, входящего в данную сеть. Эта надежность определяется в значительной степени правильной координацией изоляции, а также мерами защиты от длительных и кратковременных перенапряжений. Так, например, по вине грозовых и внутренних перенапряжений нарушение нормальной работы сетей 0,4-35 кВ для нефтепромыслов Западной Сибири составляет 51 % от всех повреждений [ 2-4 ].

      Запщта от грозовых и внутренних перенапряжений в энергосистемах осуществляется с помощью принятия специальных мер, которые предусмотрены в ПТЭ, ПУЭ и РУ по защите от перенапряжений. Одним из основных мер защиты электрооборудования электрических сетей до сих пор являются вентильные разрядники (РВ).

      Однако в настоящее время необходимость замены вентильных разрядников 35 кВ и выше на нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) вызвана следующими обстоятельствами.

      1. Промышленностью страны практически приостановлен выпуск вентильных разрядников по ГОСТ 16357-83 [ 5 ] ( серии РВМК, РВМГ, РВМ, РВС).

      Наличие в разрядниках искровых промежутков из цветных металлов и большая материалоемкость приводит к тому, что эти защитные аппараты оказываются тяжелыми, громоздкими, а также достаточно дорогими.

      Большинство вентильных разрядников 35 кВ и выше (кроме аппаратов для сетей 1150 кВ) эксплуатируются более 25 лет. По различным причинам эти аппараты исчерпапи свой ресурс по пропускной способности и по защитным характеристикам.

      Вентильные разрядники в ряде случаев не обеспечивают технико-экономи- чески обоснованных показателей защиты от грозовых перенапряжений, а в ряде случаев и от внутренних перенапряжений.

      При коммутациях ненагруженных участков сборных шин подстанций 110 кВ и выше разъединителями наблюдаются случаи разрушения вентильных разрядников, устанавливаемых на подстанциях. Это приводит к серьезным авариям, простою оборудования на длительный период.

      Защитные характеристики вентильных разрядников, проработавших более 20ч-25 лет, ухудшаются. Как будет показано дальше вольтамперная характеристика (ВАХ) разрядников увеличивается приблизительно на 15-^Л-20 %, а вольтсе- кундная характеристика (ВСХ) - в большинстве случаев снижается, а в ряде случаев растет.

      Замена вентильных разрядников на нелинейные ограничители должна выполняться таким образом чтобы ограничители 35 кВ и выше не вызывали серьезных проектных, строительных и эксплуатационных работ и расходов. Поэтому они должны быть подключены в тех же точках (присоединениях), где в настоящее время установлены вентильные разрядники. Однако и при такой "простой" замене вентильных разрядников на нелинейные ограничители перенапряжений возникает ряд проблем, без решения которых эксплуатация сетей невозможна.

      В ряде энергосистем такая "простая" замена РВ на ОПН привела к повреждению не только самих защитных аппаратов, но и защищаемых видов электрооборудования. По этой причине у эксплуатационного персонала появилось негативное отношение к новейшим защитным аппаратам - нелинейным ограничителям перенапряжений.

      При замене вентильных разрядников на ОПН могут возникать также следующие трудности. Так как до прекращения выпуска разрядников установка ОПН проводилась для вновь вводимых в эксплуатацию объектов, то в рамках разработ ки защиты от внутренних перенапряжений проводились все необходимые расчеты аварийных и послеаварийных режимов. Соответственно по полученным результатам разрабатывались мероприятия по защите электрооборудования и линий. Однако единой методики выбора ОПН не существовало. Поэтому в последние годы, из-за экономического хаоса в стране при замене разрядников на ОПН, эксплуатирующие, некоторые проектные организации, а также заводы - изготовители не производили необходимьгх расчетов, что привело к значительному увеличению количества отказов ОПН. Например, к нарушениям условий правильной эксплуатации ОПН можно отнести случаи возникновения феррорезонансных явлений, нерасчетное загрязнение внешней изоляции защитных аппаратов, нарушение режима заземления нейтрали, частые коммутации электрооборудования и линий и т.д.

      Все отмеченное выше делает актуальной проблему, связанную с анализом изменения характеристик вентильных разрядников, с повышением показателя надежности грозозапщты и запщты от внутренних перенапряжений изоляции электрооборудования сетей высокого и сверхвысокого напряжения, с выбором и обос нованным размещением современных защитных аппаратов.

      Целью диссертационной работы является исследование влияния изменения ха рактеристик вентильных разрядников на показатель надежности грозозащиты подстанций 354-500 кВ; исследование вопроса надежной работы ОПН при замене ими вентильных разрядников; разработка рекомендаций по установке ОПН.

      Научная новизна диссертационной работы. Получены достоверные данные о состоянии характеристик вентильных разрядников после 15 -г-25 лет их эксплуатации в сетях; показано, что ухудшение электрических характеристик упомянутых запщшых аппаратов в несколько раз снижает показатель надежности грозозащиты (число лет безаварийной работы при грозовых ситуациях) подстанций; получены характеристики показателя надежности работы электрооборудования сетей 35 - 500 кВ при грозовых и внутренних перенапряжениях; даны перспективные технические условия работы новейших защитных аппаратов - нелинейных ограничителей перенапряжений.

      Практическая ценность полученных результатов состоит в следующем:

      Разработана методика отбраковки вентильных разрядников по изменению их запщтных характеристик; даны рекомендации по замене вентильных разрядников на нелинейные ограничители перенапряжений; даны рекомендации, предотвращающие повреждение ограничЕггелей перенапряжений в условиях их эксплуатации; даны исходные даннью, необходимые для безаварийной эксплуатации нелинейных ограничителей перенапряжений.

      Реализация результатов работы. Обоснованный переход от вентильных разрядников к нелинейным ограничителям перенапряжений внедрен в энергосистемах РАО "ЕЭС России" и в ряде промышленных предприятий России, в разработках АООТ "НИИ Электрокерамика" и др.

      Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на четвертой и пятой Российских научно-технических конференциях "Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов (г. Санкт-Петербург, 1996,1998 г.г.), на совещаниях "Эксплуатация, производство и обеспечение качества запщтных средств от перенапряжений в классе НО кВ и выше (г. Санкт-Петербург, 1996 г.), "Эксплуатация, производство и обеспечение качества защитных средств от перенапряжений в классе 0,5-ь35 кВ (г. Санкт-Петербург, 1997 г.), "Современные проблемы эксплуатации элеьсфообо- рудования при возникновении перенапряжений в сетях различных классов напря- жения и способы их ограничения (г. Санкт-Петербург, 1998 г.), "Современное состояние и проблемы диагностики высоковольтных измерительных трансформаторов тока и напряжения, силовых конденсаторов и батарей конденсаторов" (Боткинская ГЭС, 1998 г.).

      Публикации. По результатам работы опубликовано б печатных работ. Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, пять глав, заключение, список литературы из 63 наименований. Основной материал изложен на 285 страницах машинописного текста.

      Похожие диссертации на Исследование влияния изменения характеристик защитных аппаратов на показатель надежности защиты подстанций 35-500 кВ от перенапряжений

      

      Исследование феррорезонансных колебаний в воздушных сетях 35 КВ с изолированной нейтралью с электромагнитными трансформаторами напряжения Селиванов Василий Николаевич

      

      Разработка и исследование методов сравнительной оценки стеклянных штыревых изоляторов сельских воздушных линий 10 кВ Затеев Владимир Владимирович

      Разработка и исследование длинно-искровых и мультикамерных разрядников для молниезащиты воздушных линий электропередачи 6-220 кВКалакутский, Евгений Сергеевич

      

      Исследование опасных влияний высоковольтной сети каскадов ГЭС на подземные проводные коммуникации и разработка мер по повышению надежности их работы в условиях с низкой проводимостью грунтаКарпов, Алексей Сергеевич

      Исследование однокоаксильных линий связи при опасных влияниях внешних электромагнитных полей и разработка мер защиты Бурдин Владимир Александрович

      

      Исследование наведённых напряжений на отключённых воздушных линиях, находящихся в зоне влияния разветвлённой высоковольтной сетиЯкубович Марина Викторовна

      

      Исследование коммутационных процессов и разработка мероприятий по повышению надежности шунтирующих реакторовШиллер, Олег Юрьевич

      Исследование влияния параметров трехфазных трансформаторов на работу электрооборудования сетей 6-10 кВ при несимметричных режимахЧан Ань Киет

      

      ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ СЫРЬЕВОЙ БЕНЗИНОВОЙ ФРАКЦИИ НА ПРОВЕДЕНИЕ ПРОЦЕССОВ БЕНЗИНОВОГО И КСИЛОЛЬНОГО РИФОРМИНГАКоронатов Николай Николаевич

      Исследование влияния ограничений скорости изменения уровня воды в водохранилище, обеспечивающих безопасность ГТС, на энергетические показатели ГЭСХасянов, Сергей Владимирович