ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК
№ 3
ЭНЕРГЕТИКА
2015
УДК 621.316.938
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗРЯДНИКОВ С ВНЕШНИМ ИСКРОВЫМ ПРОМЕЖУТКОМ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ГРОЗОУПОРНОСТИ ВЛ 220 кВ В РАЙОНАХ С ВЫСОКИМ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ГРУНТОВ
© 2015 г. О.В. ГРИНЬКО1, С.С. ДАНИЛЕВСКИЙ 2, Н.В. МАЗИКИН 3, С.Г. ПЕЧЕРЕВИН 1
Представлен пилотный проект повышения грозоупорности ВЛ 220 кВ МЭС Востока с применением линейных разрядников с внешним искровым промежутком (ЛР).Рассматриваются характеристики грозопоражаемости, основные технические решения по повышению грозоупорности ВЛ 220 кВ, принятые в проекте, и опыт эксплуатации грозозащиты ВЛ 220 кВ до и после установки ЛР на линии.
Ключевые слова: воздушная линия электропередачи, грозозащита, линейный разрядник, внешний искровой промежуток, удельное сопротивление грунта, удар молнии, обратное перекрытие изоляции, грозовое отключение.
APPLICATION EXPERIENCE OF EXTERNALLY GAPPED LINE ARRESTERS FOR IMPROVEMENT LIGHTNINGPROTECTON OF OVERHEAD LINES 220 kV IN AN AREA WITH A HIGHSOIL RESISTIVITY
O.V. GRINKO1, S.S. DANILEVSKIY2, N.V. MAZIKIN3, S.G. PECHEREVIN 1
Presented a pilot project of lightning protection improvement of 220 kV transmission lines of MES Vostoka by using surge arresters with an external gap. Discusses lightning protection characteristics, the main technical solutions oflightning protection improvement 220 kV transmission linestaken by the project, and operating experience of lightning protection before and after surge arrester installation on the transmission lines.
Key words: power overhead lines, lightning protection, line arrester, external gap, soil resistivity, lightning strike, reverse insulation overlapping, lightning shutdown.
1 Филиал ОАО "ФСКЕЭС" МЭС Востока, г. Хабаровск 2ЗАО "Полимер-Аппарат", Санкт-Петербург 3 Филиал ОАО "НТЦ ФСК ЕЭС" - СибНИИЭ, г. Новосибирск E-mail: s.danilevskiy@polymer-apparat.ru
1 Branch of OAO "FSKEES" MES Vostok, Khabarovsk
2ZAO "Polymer-apparat", Saint-Petersburg Branch of OAO "ТЕС FSK EES" - SibNIIE, Novosibirsk E-mail: s.danilevskiy@polymer-apparat.ru
1
3
Характеристики ВЛ 220 кВ "НГРЭС—Тында" и "Тында—Дипкун"
Наименование характеристики
Значение для ВЛ
"Тында—Дипкун"
"НГРЭС—Тында"
Протяженность ВЛ, км
Количество цепей
Тип (количество) опор
Тип изоляторов в гирляндах
Среднегодовая продолжительность гроз, ч
149,3 1
П220-3, У220-1 (355) 14ПС6-Б
183,6 2
П27М, У38М (496) 14ПС6-Б, 14ПС70-Д
50
ВВЕДЕНИЕ
Проблема грозозащиты ВЛ 220-330 кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов актуальна для предприятий ОАО "ФСК ЕЭС" МЭС Востока, МЭС Западной Сибири, МЭС Северо-Запада. Удельные показатели по числу грозовых отключений наиболее проблемных ВЛ 220 кВ в этих регионах могут достигать 5—10 отключений на 100 км в год, что значительно превышает аналогичные средние статистические показатели по числу грозовых отключений для линий данного класса напряжения [1]. Причина низкой грозоупорности ВЛ в рассматриваемых условиях — недостаточная эффективность существующих традиционных средств грозозащиты (защитных тросов и заземления опор), это обусловлено высокими удельными сопротивлениями грунтов (>1000 Ом • м), трудностью прокладки искусственных заземлителей в скальных и мно-голетнемерзлых грунтах, высокими сопротивлениями заземляющих устройств (ЗУ) опор и повышенной вероятностью обратного перекрытия линейной изоляции при ударах молнии в трос.
Одной из эффективных мер повышения грозоупорности ВЛ в указанных районах является применение так называемых линейных разрядников (ЛР) с внешним искровым промежутком, устанавливаемых на опорах ВЛ и обеспечивающих защиту изоляции от грозовых перенапряжений. Такие разрядники успешно применяются в Японии, а также ряде других стран начиная с середины 80-х годов прошлого века [2, 3]. В последние годы были разработаны отечественные конструкции ЛР на напряжение 220—330 кВ, и в настоящее время начинается их активное внедрение на объектах ОАО "ФСК ЕЭС". Первый масштабный российский проект по повышению грозоупорно-сти ВЛ 220 кВ с применением ЛР был реализован в МЭС Востока на ВЛ 220 кВ "НГРЭС—Тында" и ВЛ 220 кВ "Тында—Дипкун". Опыт эксплуатации, полученный в течение грозовых сезонов 2012—2013 гг., позволяет оценить эффективность применения ЛР, как нового средства грозозащиты, и представляется важным для дальнейшего их внедрения.
В статье рассматриваются характеристики грозопоражаемости, основные технические решения по повышению грозоупорности ВЛ 220 кВ "НГРЭС—Тында" и ВЛ 220 кВ "Тында—Дипкун, принятые в проекте, и опыт эксплуатации грозозащиты ВЛ до и после установки ЛР на линии.
1. Предварительный анализ грозоупорности ВЛ
Трассы ВЛ 220 кВ "НГРЭС—Тында" и ВЛ 220 кВ "Тында—Дипкун" проходят по территории Республики Саха и Амурской обл. в сложных климатических условиях. Основные характеристики ВЛ приведены в табл. 1. Защита ВЛ от прямых ударов молнии обеспечивается грозозащитными тросами, установленными по всей длине линии; угол защиты не превышает 30°. В качестве заземляющих устройств опор ВЛ использу-
I г
°°-г^Ч с
1П01П01П01П01П01П01П01П +
О I I I I 111111 I I I I
1П01П01П01П01П01П01П0
Значение ЯЗУ, Ом
I ^н^нс^г^т 0
1Л01П01Л
1ЛОЮ +
I I I £
10 1Л0
I
Значение ЯЗУ, Ом
Рис. 1. Гистограммы сопротивлений заземления опор ВЛ: а — "Тында—Дипкун"; б — "НГРЭС—Тында"
ются естественные фундаментные заземлители в комбинации с противовесами или дополнительными лучевыми заземлителями, установленными на части опор. Условия прохождения трасс ВЛ характеризуется чередованием выходов на поверхность скальных пород, возвышенных песчаных и суглинистых заболоченных участков. Удельное сопротивление грунта на трассах ВЛ варьирует от 1000 до 10000 Ом • м. Данные по сопротивлениям ЗУ опор (ЯЗУ), полученные в ходе обследования ВЛ измерениями на импульсном токе, представлены на рис. 1. Следует отметить, что сопротивления ЗУ опор по трассам ВЛ очень неоднородны. При средних значениях 24—34 Ом коэффициенты их вариации достигают 70—120%.
Обобщенные данные опыта эксплуатации по грозовым отключениям ВЛ за период 2006—2010 гг. (до установки ЛР) приведены в табл. 2. Удельные показатели по числу грозовых отключений составляют 5,8—7,2 отключений на 100 км в год, что более чем в 10 раз превышает аналогичные средние статистические показатели для линий данного класса напряжения (0,03—1,2 отключения на 100 км в год, среднее значение — 0,45/100 км/год [1]). Важна существенная доля — 78% двухцепных отключений ВЛ 220 кВ "НГРЭС—Тында".
Численные расчеты характеристик грозопоражаемости ВЛ проводились по программе LIGHTNING.1, основанной на модели ориентировки лидера молнии [4]. Расчеты грозовых перенапряжений и вероятности обратного перекрытия изоляции при ударах молнии в трос, опору проводились по программе LineLightStroke (разработка СибНИИЭ) в соответствии с рекомендациями [1]. В расчетах принимались следующие исходные данные по конструктивным параметрам ВЛ и параметрам разрядов молнии:
Таблица 2
Эксплуатационные показатели грозоупорности ВЛ 220 кВ
Наименование ВЛ Протя- Число грозовых отключений, 1/год, за период Удельное число грозовых отключений, 1/100 км/год
женность
ВЛ, км 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г. среднее
"Тында—Дипкун" 149,3 11 6 9 4 13 8,6 5,8
"НГРЭС—Тында" 183,6 - - 11 4 25 13,3 7,2
Расчетные показатели грозоупорности ВЛ 220 кВ
Наименование Длина Число ударов Вероятность перекрытия изоляции при ударе в опору (трос) Удельное число грозовых отключений, 1/100км/год, при ударах молнии
ВЛ ВЛ, км молнии, 1/год в провод в трос (опору) суммарно
"Тында—Дипкун" 149,3 52,7 0,159 0,7 5,6 6,3
"НГРЭС—Тында" 183,6 79,1 0,197 1,0 8,5 9,5
а) геометрическое расположение проводов, тросов — в соответствии со схемами подвески на опорах П-27М, П-220-3 с учетом провисания проводов, тросов в пролете ВЛ; средняя длина пролета: 360 м для П-27М, 400 м для П-220-3;
б) наибольшее рабочее (фазное) напряжение — 146 кВ;
в) уровень импульсной электрической прочности изоляции — в соответствии с разрядными характеристиками гирлянд изоляторов 14 х ПС 70Д;
г) сопротивление заземления опор — в соответствии с фактическими данными по результатам обследования (рис. 1);
д) закон распределения амплитуд токов молнии для ударов в землю — логарифмически нормальный закон распределения с параметрами: ц1оё1 = 1,36; 81оё1 = 0,32 — в соответствии с рекомендациями СИГРЭ [5];
е) плотность ударов молнии в землю — 2,5 удара/км2/год при средней продолжительности гроз в часах — 50 [1].
0 50 100 150 200 250 300 350
Номер опоры
Рис. 2. Распределения вероятности обратного перекрытия изоляции
Прогнозируемые расчетные показатели грозоупорности ВЛ приведены в табл. 3. Они получены с учетом неоднородности линий: фактических данных по сопротивлениям ЗУ, типам опор и длинам пролетов для каждой ВЛ. Соответствующие расчетные распределения вероятности обратного перекрытия изоляции по линиям (пролетам ВЛ) показаны на рис. 2. Согласно расчетным данным, грозовые отключения ВЛ при существующих сопротивлениях ЗУ опор обусловлены в основном обратными перекрытиями изоляции при ударах молнии в трос (опору). Отключения ВЛ из-за прорывов молнии через тросовую защиту (прямые удары в провод) маловероятны и не являются определяющими.
Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с данными опыта эксплуатации. Отличие расчетных и эксплуатационных показателей по числу грозовых отключений можно объяснить недостаточной статистикой опытных данных и расчетными погрешностями, связанными с неопределенностью исходной информации по интенсивности грозовой деятельности в регионе. Согласно [5], плотность ударов молнии в землю при одинаковом числе грозовых дней (часов) может изменяться в широких пределах и отличаться от среднего значения в 2—3 раза. С учетом этого полученное отличие расчетных и эксплуатационных показателей по числу грозовых отключений можно считать приемлемым.
2. Основные технические решения по повышению грозоупорности ВЛ
Основные технические решения по повышению грозоупорности ВЛ с применением ЛР включают определение тре
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.