№ 3
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2015
УДК 621.316.9,621.315.6
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГИРЛЯНД ИЗОЛЯТОРОВ-РАЗРЯДНИКОВ МУЛЬТИКАМЕРНЫХ (ГИРМК) НА ВЛ 35, 110 И 220 кВ
© 2015 г. А.Г. ЗОЛОТЫХ1, В.В. ЖИТЕНЕВ1, Ю.А. ГОРЮШИН2, Г.Н. КОВТУН2
1 ОАО «НПО "Стример"», Санкт-Петербург 2 ОАО "Федеральная сетевая компания ЕЭС", Москва E-mail: Andrey.zolotykh@streamer.ru
Сообщается о проведенной в 2010—2013 гг. опытно-промышленной эксплуатации (ОПЭ) гирлянд мультикамерных изоляторов-разрядников (ГИРМК) на действующей воздушной линии 220 кВ в Ростовской обл. и об опыте применения ГИРМК для защиты ВЛ 35 и 110 кВ, расположенных в других регионах страны. Представлена смонтированная в зоне проведения ОПЭ многокомпонентная система комплексного мониторинга грозовой обстановки и грозовых явлений (СКМ), раскрыты основные компоненты и функциональные возможности системы. Приведены информация о работе ИРМК и СКМ в период проведения ОПЭ и примеры применения уникальных возможностей СКМ при определении причин аварийных отключений линии, а также статистические данные об эффективности грозозащиты ВЛ различных классов напряжения при помощи ГИРМК, полученные в течение 2013 г.
Ключевые слова: линия электропередачи, воздушная линия электропередачи, грозозащитный трос, изолятор, разрядник, изолятор-разрядник, перенапряжение, отключение, молния, гроза, грозовая активность, разряд, мониторинг, ток, грозо-упорность, параметры разрядов.
OPERATION EXPERIENCE OF STRING MULTICHAMBER INSULATORS ARRESTERS (SMCIA) ON 35, 110 AND 220 kV OVERHEAD LINES
A.G. ZOLOTYKH1, V.V. ZHITENEV1, Y.A. GORYUSHIN2, G.N. KOVTUN2
1 JSC "StreamerElectric", St. Petersburg 2 JSC "Federal Grid Company of Unifited Energy System", Moscow E-mail: Andrey.zolotykh@streamer.ru
The paper presents multichamber insulator-arresters (MCIAs) field test that was held in 2010—2013 at the 220 kV transmission overhead power line in Rostov region, Southern Russia and also presents 35 and 110 kV lines MCIA lightning protection experience in other parts of Russian Federation. Paper as well describes lightning activity and lightning discharge data monitoring system that was established for the field test and presents this system unique performance. Overall MCIA and shielding wire performance data collected during field test, monitoring system efficiency for investigating unusual issues and some MCIA usage statistics from other lines (2013) are also disclosed in this paper.
Key words: power line, overhead power line, transmission overhead power line, shielding wire, insulator, arrester, insulator-arrester, overvoltage, cutoff, lightning, thunderstorm, lightning activity, discharge, monitoring, current, lightning protection, discharge parameters.
Перед началом массового применения ИРМК для защиты воздушных линий (ВЛ) электропередачи ОАО "ФСК ЕЭС" от грозовых перенапряжений было принято решение о проведении их опытно-промышленной эксплуатации (ОПЭ) на действующей ВЛ, расположенной в регионе с повышенной грозовой активностью, в течение трех лет.
ОПЭ проводилась в 2011—2013 гг. на ВЛ 220 кВ "Цимлянская ГЭС — Шахты 30" Ростовского ПМЭС, МЭС Юга. Протяженность линии — 141 км, количество опор — 470, год постройки — 1950, примерно на 1/3 длины ВЛ не имеет тросовой защиты.
Монтаж ГИРМК выполнялся поэтапно: к началу каждого из грозовых сезонов периода ОПЭ изоляторами-разрядниками дополнительно оборудовался новый участок линии, весной 2013 г. все ее бестросовые участки были полностью оборудованы ГИРМК.
Для обеспечения многофакторного контроля воздействия разрядов на ВЛ и работы ГИРМК и отслеживания грозовой обстановки в зоне проведения ОПЭ была создана уникальная система комплексного мониторинга грозовых явлений и грозовой актив-ности(СКМ), обеспечивавшая непрерывный мониторинг и регистрацию разрядов молнии в районе ВЛ с определением их координат и измерением параметров.
Состав оборудования полигона по изучению воздействий молнии на ВЛ:
1. Система мониторинга грозовых разрядов (СМГР) на ВЛ производства филиала ОАО "НТЦ ФСК ЕЭС" — СибНИИЭ, г. Новосибирск, обеспечивающая точное определение места и (в экспертном режиме) причины аварийного события на ВЛ. Принцип действия заключается в пересчете временного сдвига между моментами набегания волн перенапряжения на регистраторы перенапряжений, расположенные по концам ВЛ и имеющие GPS синхронизацию.
2. Датчики тока молнии (ДТМ) на опорах ВЛ производства ЗАО "Специальные энергетические технологии", г. Шатура, регистрировавшие параметры тока на опорах ВЛ с уникальным разрешением 50 нс.
3. Комплекс магнитной регистрации токов молнии производства КНТЦ "Энергия", г. Бишкек. Комплекс состоит из изготовленных из магнитомягкой стали регистраторов, смонтированных на все опоры линии, и оборудования для проверки намагниченности в лабораторных условиях.
4. Система дистанционной грозопеленгации (СДП) на базе программно-аппаратного комплекса фирмы Вайсала, поставщик информации — ЗАО "НАМОС", г. Москва. Система обеспечивала регистрацию и определение координат и основных параметров (амплитудное значение, длительность) разрядов молнии в землю в зоне проведения ОПЭ.
5. Индикаторы срабатывания гирлянд ИРМК, производства ОАО «НПО "Стример"», г. Санкт-Петербург. Регистрировали факт прохождения тока через гирлянду изоляторов-разрядников.
Следует отметить, что по масштабам применения, комплексности оснащения и качеству получаемых данных СКМ не имеет аналогов в мировой практике. Можно констатировать, что с созданием этой системы действующая ВЛ была превращена в уникальный натурный полигон по исследованию воздействия молнии на объекты энергетики, накоплению данных о параметрах грозовых разрядов и изучению эффективности средств молниезащиты в реальных эксплуатационных условиях. Благодаря профессиональному подходу ОАО "ФСК ЕЭС" при выборе места проведения ОПЭ данный полигон был создан в регионе с весьма сложными климатическими условиями и повышенной грозовой активностью, и это дополнительно подчеркивает ценность его дальнейшего использования для проведения исследований и испытаний.
Результаты работы молниезащиты на ВЛ 220 кВ ЦГЭС — Ш30 по данным СМГР в 2011—2013 гг.
Грозовой сезон
2011 г.
2012 г.
2013 г.
Количество ударов молнии в трассу ВЛ, шт. 39 17 33
Количество грозовых отключений ВЛ, шт. 6 4 2
Процент незащищенных участков ВЛ (без троса и без ГИРМК), % 30 22 0
В трехлетнем эксперименте, наряду с имевшими место на начальном этапе ОПЭ отключениями ВЛ на участках ВЛ с ГИРМК при прямых ударах молнии, были зафиксированы и срабатывания ГИРМК в штатном режиме, подтвердившие справедливость принятых при разработке ГИРМК технических решений. СКМ зарегистрировала 59 прямых ударов молнии в ВЛ 220 кВ "ЦГЭС — Ш30" и более тысячи дистанционно зарегистрированных ближних разрядов "облако—земля" в полосе прохождения ВЛ шириной по 1 км с каждой стороны (общая площадь 280 км2).
Итоги ОПЭ ГИРМК на ВЛ-220 кВ "Цимлянская ГЭС - Ш30" в 2011—2013 гг. наглядно иллюстрируют данные, накопленные СМГР (см. табл. 1.)
В 2013 г. зарегистрирован ряд случаев расчетного срабатывания ГИРМК, не допустивших перехода импульсного перекрытия изоляции в дугу промышленной частоты, соответственно, предотвративших аварийные отключения линии, вызванные прямыми ударами молнии в провод ВЛ. При этом следует отметить, что за три года наблюдения ни один из ударов молнии в молниезащитный трос, в опору или ближний удар в землю не привел к отключению линии, что подтверждает высокую эффективность грозозащитного троса при существующих на ВЛ 220 кВ ЦГЭС — Ш30 низких сопротивлениях заземления опор.
Примеры работы ГИРМК и СКМ
Для демонстрации возможностей созданного полигона по комплексной оценке грозовых воздействий и работы средств молниезащиты рассмотрим работу и перекрестную взаимоповерку его устройств и систем в нестандартных условиях, когда ни один из стандартных методов мониторинга состояния ВЛ не смог бы предоставить необходимых данных для точной оценки ситуации.
Рис. 1. Внешний вид ГИРМК-220: а — при испытаниях; б — на опоре
Рис. 2. Отображение компонент разряда, зарегистрированного системой дистанционной пеленгации на карте местности (время приведено в формате иТС, —4 ч от Московского времени)
Работа ГИРМК и СКМ во время грозы в районе ВЛ 17—18 июня 2013 г.
Несмотря на то, что в течение 20 ч прохождения грозового фронта над трассой ВЛ (с 16 ч 17 июня до 12 ч 18 июня) не менее 15 разрядов в землю, по данным СДП, были зарегистрированы в непосредственной близости от ВЛ (удаление центра эллипса доверия не более 100 м), отключений линии не было, регистраторы аварийных событий на подстанциях никаких событий не зафиксировали.
При сопоставлении баз данных СДП и СМГР был выделен ряд разрядов, совпадающих по времени и месту. В качестве примера приведен анализ работы систем полигона при одном из таких разрядов, зафиксированного18.06.2013 г. в 13:08:53 на участке ВЛ без грозотросов (опоры 312—313). На рис. 2 приведено графическое представление данного разряда в базе СДП.
К сожалению, программное обеспечение СДП не обеспечивает группирование различных регистрируемых компонент в один разряд, но можно предположить, что мы
Рис. 3. Экран базы данных СМГР с отображением регистрируемых на ВЛ событий
t, мкс t, мкс
Рис. 4. Осциллограмма импульса напряжения на конденсаторах связи ВЛ 220 кВ: а — на подстанции Ш30; б — на Цимлянской ГЭС
видим два разряда: первый — в 13:08:53,33, второй — из двух компонент (время Мск 13:08:53,52 и 13:08:53,59).
В этот же момент времени СМГР зафиксировала возникновение перенапряжения на данном участке ВЛ (см. рис. 3, время и номера опор скорректированы вручную после в связи с неполным отображением их в автоматическом режиме).
Разберем интересующее нас событие с условным номером 629й более подробно. На рис. 4 приведены осциллограммы импульсов напряжения, зафиксированных СМГР на подстанциях ЦГЭС и Ш-30.
Характер изменения напряжения на приведенных осциллограммах позволяет идентифицировать это событие как грозовое воздействие, сопровождавшееся прямым ударом молнии в фазу В и последующим усп
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.