ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК № 3 ЭНЕРГЕТИКА 2015
УДК 621.316.938
ТЕХНОЛОГИИ ГРОЗОЗАЩИТЫ ВЛ ВЫСШИХ КЛАССОВ НАПРЯЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ОПН И РАЗРЯДНИКОВ С ВНЕШНИМ ИСКРОВЫМ ПРОМЕЖУТКОМ
© 2015 г. А.С. ГАЙВОРОНСКИЙ, А.П. ЗАБОЛОТНИКОВ
Филиал ОАО "НТЦ ФСК ЕЭС" - СибНИИЭ, г. Новосибирск E-mail: z-ap59@yandex.ru
Приводится обзор отечественного опыта проектирования и эксплуатации грозозащиты ВЛ 110—500 кВ с применением линейных ограничителей перенапряжения (ОПН) и разрядников с внешним искровым промежутком (ЛР). Основное внимание уделяется технологиям грозозащиты ВЛ 110—500 кВ, эксплуатируемых без тросов, и ВЛ 110—330 кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов. Рассматриваются конструкции, области применения, технические решения по грозозащите ВЛ с применением ОПН и ЛР, а также опыт эксплуатации ОПН и ЛР на ВЛ 110-500 кВ.
Ключевые слова: воздушная линия электропередачи, грозозащита, линейный ОПН, линейный разрядник, удар молнии, перекрытие изоляции.
LIGHTNING PROTECTION TECHNOLOGIES OF HIGHER VOLTAGE CLASS OVERHEAD TRANSMISSION LINES BASED ON EXTERNALLY GAPPED AND GAPLESS SURGE ARRESTERS APPLICATION
A.S. GAYVORONSKIY, A.P. ZABOLOTNIKOV
Branch of OAO "NTC FSKEES" - SibNIIE, Novosibirsk E-mail: z-ap59@yandex.ru
Provides an overview of the domestic experience of design and operation of lightning protection 110—500 kV overhead lines using gaplesssurgearresters (GSA) and externally gapped line arresters (EGLA). Focuses on lightning protection technology for overhead lines 110—500 kV operated without shield wire and overhead lines 110—330 kV in areas with high soil resistivity. Discusses the design, application, technical solutions for lightning protection of overhead lines usingGSA and EGLA, as well as operating experience ofGSA and EGLA at 110-500 kV overhead lines.
Key words: power overhead lines, lightning protection, linearrester, externally gapped line arresters, lightning strike, insulation, overlapping.
Рис. 1. Примеры установки линейных ОПН на ВЛ 400, 500 кВ: а — ВЛ 400 кВ "Линке - 1,2"; б - ВЛ 220 (500) кВ "Центральная — Дагомыс" [4]
ВВЕДЕНИЕ
Традиционная система грозозащиты воздушных линий (ВЛ) электропередачи высших классов напряжения основывается на применении защитных тросов и заземлении опор. Как правило, такая система защиты себя оправдывает, что подтверждается достаточно высокими показателями грозоупорности отечественных ВЛ 110—750 кВ [1]. Линейные ограничители перенапряжения (ОПН) и разрядники с внешним искровым промежутком (ЛР) относятся к специальным средствам грозозащиты [2, 3], применение которых показано в тех случаях, когда традиционная система грозозащиты не может быть реализована в полной мере и (или) оказывается недостаточно эффективной. В частности, это относится к грозозащите ВЛ 110—500 кВ, эксплуатируемых без тросов и ВЛ 110—330 кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов.
Объективными предпосылками для повышения грозоупорности ВЛ 110—500 кВ с применением линейных ОПН и ЛР служат возрастающие требования к надежности, качеству электроснабжения потребителей и негативная статистика по аварийным отключениям ВЛ, которая показывает, что доля грозовых отключений в общем числе отключений наиболее проблемных ВЛ может достигать 50% и более. Известную стимулирующую роль по внедрению ОПН и ЛР в последние годы сыграла принятая ОАО "ФСК ЕЭС" целевая инвестиционная программа повышения грозоупорности ВЛ на 2011—2015 гг. Разработка проектов повышения грозоупорности ВЛ в рамках реализа-
а
Рис. 2. Примеры установки ЛР с внешним искровым промежутком на ВЛ 110-220 кВ: а - ВЛ 220 кВ "НГР-ЭС-Тында", установка ЛР на промежуточной опоре [5]; б - ВЛ 220 кВ "Тында—Дипкун", установка ЛР на анкерной опоре при большом угле поворота [5]; в - ВЛ110 кВ "Новогодняя-Губкинская", установка ЛР на анкерной опоре [6]
ции данной программы стимулировала создание соответствующей методической базы и разработку конструкций защитных аппаратов на напряжение 220—500 кВ.
В статье сделана попытка обобщить отечественный опыт проектирования и эксплуатации грозозащиты ВЛ 110-500 кВ с применением линейных ОПН и ЛР. Основное внимание уделяется грозозащите ВЛ 110-500 кВ, эксплуатируемых без тросов, и ВЛ 110-330 кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов. Рассматриваются конструкции, области применения, технические решения по грозозащите и опыт эксплуатации ОПН и ЛР на ВЛ 110-500 кВ.
1. Конструкции и области применения ОПН и ЛР
В настоящее время для защиты изоляции ВЛ от грозовых перенапряжений применяются защитные аппараты двух типов [2, 3], первый - линейные разрядники (ЛР) с внешним искровым промежутком, второй - линейные ОПН. Некоторые примеры установки ОПН и ЛР на линиях показаны на рис. 1, 2.
Конструкция линейного ОПН не отличается от подстанционного защитного аппарата и представляет собой колонку варисторов, помещенную в изоляционный корпус. Предпочтительным считается облегченный полимерный корпус в цельнолитой оболочке из кремнийорганической резины. По условиям взрывобезопасности он должен быть оборудован устройством сброса давления. Кроме того, линейные ОПН обяза-
Обобщенные данные опыта эксплуатации по грозовым отключениям ВЛ 220—500 кВ, эксплуатируемых без тросов
Класс Протяженность ВЛ: общая, км, без троса, % Среднегодовая продолжительность гроз, ч Число грозовых отключений* в расчете на:
напряжения одну ВЛ в год 100 км в год
220 кВ
330 кВ
220 кВ 330 кВ 500 кВ
563 (80%)
220 (70%)
61,5 (62%) 1537 (60%) 504 (25%)
МЭС Западной Сибири
4—10 2,1 (0,5—4,3) 1,8 (0,5—3,9)
МЭС Северо-Запада
8—10 0,75 (1,3—2,2) 1,8 (1,1—2,8)
МЭС Юга
140 5,3 8,6
2,8 (0,4—10,6) 2,3 (1,2—5,5)
3,6 (1,4—5,2) 2,1 (0,4-8,2)
40—80
* — приводится среднее значение числа грозовых отключений и пределы его изменения по нескольким ВЛ (в скобках).
тельном должны оснащаться специальным устройством — отделителем, которое срабатывает при повреждении (пробое) ОПН, разрывает цепь его подключения к фазному проводу и предотвращает образование устойчивого КЗ на линии.
Конструкция ЛР состоит из рабочего резистора (РР) с нелинейной вольт-амперной характеристикой и внешнего искрового промежутка (ВИП), отделяющего РР от провода. Конструкция РР при этом аналогична конструкции ОПН. Корпус РР также оборудуется устройством сброса давления. Устройство отделителя для ЛР не требуется, его функцию выполняет внешний искровой промежуток. Особенности работы ЛР следующие: в нормальном режиме практически все напряжение (~90%) прикладывается к ВИП. При воздействии грозовых перенапряжений, представляющих опасность для линейной изоляции, искровой промежуток перекрывается и напряжение на изоляции ограничивается до уровня остающегося напряжения на РР при данном разрядном токе. После протекания разрядного тока (тока молнии) электрическая прочность ВИП быстро восстанавливается, не вызывая перехода импульсного перекрытия в силовую дугу.
Области применения линейных ОПН и ЛР, где они наиболее востребованы в настоящее время включают грозозащиту ВЛ 110—500 кВ, эксплуатируемых без тросов, ВЛ 110—330 кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов, а также защиту локальных участков ВЛ, к которым предъявляются повышенные требования надежности (большие переходы, пересечения ВЛ и др.).
Проблема грозозащиты ВЛ, эксплуатируемых без тросов, актуальна для ВЛ 330—500 кВ МЭС Юга. Аналогичные проблемы, хотя и в меньшей степени, присутствуют на ВЛ 110—220 кВ МЭС Западной Сибири и ВЛ 330 кВ МЭС Северо-Запада. Отказ от тросов, как правило, продиктован технической необходимостью: частыми повреждениями и обрывами тросов при гололедных и ветровых воздействиях. Аварии, связанные с обрывами тросов, требуют больших затрат на их устранение, особенно в труднодоступных районах, и могут приводить к длительным перерывам в электроснабжении потребителей.
Некоторые обобщенные данные опыта эксплуатации по грозовым отключениям ВЛ 220—500 кВ без тросов представлены в табл. 1, и можно констатировать, что отказ от тросов приводит к существенному снижению грозоупорности ВЛ. Удельные показатели по числу грозовых отключений наиболее проблемных ВЛ 220—500 кВ достигают 3—8 отключений на 100 км в год, что в десять и более раз превышает аналогичные
Обобщенные данные опыта эксплуатации по грозовым отключениям ВЛ 220—330 кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов
Класс напряжения
Длина ВЛ, Сопротивление заземле- Среднегодовая
ния опор: среднее
км значение/коэффициент продолжительность
вариации, Ом/% гроз, часы
Удельное число грозовых отключений*, 1/100 км/год
220 220
220
220 330
1400
714 1273
112
442 440 196
МЭС Востока 28,5/97 50-60
МЭС Сибири 39,7/30 30
16,5/60 50-60
МЭС Западной Сибири 31,8/35 50
МЭС Северо-Запада 42,1/40 20-25
49,3/55 15-30
27,0/58 40-50
4,5 (1,8-7,2)
4,0 (1,2-9,3) 2,3 (1,2-4,5)
4,8 (4,5-5,2)
1,7 (1,2-2,4) 0,97 (0,7-1,1) 0,50 (0,4-0,6)
* - приводится среднее значение числа грозовых отключений и пределы его изменения по нескольким ВЛ (в скобках).
средние показатели по числу грозовых отключений для линий данного класса напряжения: 0,45; 0,2 и 0,08 отключений на 100 км в год для ВЛ 220; 330 и 500 кВ, соответственно [1]. Следует отметить, что в технически обоснованных случаях ПУЭ допускают сооружение ВЛ 110-500 кВ или их участков без тросов [7]. При этом число грозовых отключений, определенное расчетом с учетом опыта эксплуатации, не должно превышать трех отключений в год для ВЛ 110-330 кВ и одного отключения в год для ВЛ 500 кВ. Однако, как показывает опыт эксплуатации, фактическое число грозовых отключений ВЛ без тросов часто превышает указанные нормы. Кроме того, негативные последствия грозовых отключений при ударах молнии в провод усугубляются повреждениями изоляции (разрушением стеклодеталей и обрывами гирлянд изоляторов).
Проблема грозозащиты ВЛ 110-330 кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов важны для северных регионов Дальнего Востока, Восточной и Западной Сибири, Северо-Запада России, для которых характерны скальные, сухие песчаные и многолетнемерзлые грунты с удельным сопротивл
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.