ТЕХНОЛОГИИ ГРОЗОЗАЩИТЫ ВЛ ВЫСШИХ КЛАССОВ НАПРЯЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ОПН И РАЗРЯДНИКОВ С ВНЕШНИМ ИСКРОВЫМ ПРОМЕЖУТКОМ Авторы: Гайворонский А.С., Заболотников А.П. Докладчик : Гайворонский Александр Сергеевич

2 1.Конструкции, область применения ОПН и ЛР 2. Технические решения по грозозащите ВЛ с применением ОПН и ЛР 2.1 Схемы защиты 2.2 Требования к характеристикам ОПН, ЛР 2.3 Способы установки ОПН, ЛР на линии 3. Нормативная база применения ОПН, ЛР 4. Опыт эксплуатации и эффективность применения ОПН, ЛР СОДЕРЖАНИЕ

3 КОНСТРУКЦИИ ЛИНЕЙНЫХ ОПН И ЛР С ВНЕШНИМ ИСКРОВЫМ ПРОМЕЖУТКОМ а) ЛР с внешним искровым промежуткомб) линейный ОПН

4 ПРИМЕРЫ УСТАНОВКИ ЛИНЕЙНЫХ ОПН НА ВЛ ВЛ 400 кВ «Линке - 1,2» ВЛ 220 (500 кВ) «Центральная - Дагомыс»

5 ВЛ 220 кВ «НГРЭС-Тында», установка ЛР на промежуточной опоре ПРИМЕР УСТАНОВКИ ЛР С ВНЕШНИМ ИСКРОВЫМ ПРОМЕЖУТКОМ

6 ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Грозозащита ВЛ кВ, эксплуатируемых без тросов; Грозозащита ВЛ кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов; Защита локальных участков ВЛ, к которым предъявляются повышенные требования надежности (большие переходы, пересечения ВЛ и др.).

7 Класс напряжения Протяженность ВЛ: общая, км, без троса, % Среднегодовая продолжительность гроз, часы Число грозовых отключений* в расчете на: одну ВЛ в год 100 км в год МЭС Западной Сибири 220 кВ563 (80%)4-10 2,1 (0,5÷4,3) 1,8 (0,5-3,9) МЭС Северо - Запада 330 кВ220 (70%)8-10 0,75 (1,3÷2,2) 1,8 (1,1-2,8) МЭС Юга 220 кВ61,5 (62%)1405,38,6 330 кВ1537 (60%) ,8 (0,4÷10,6) 2,3 (1,2÷5,5) 500 кВ504 (25%) 3,6 (1,4÷5,2) 2,1 (0,4÷8,2) Обобщенные данные опыта эксплуатации по грозовым отключениям ВЛ кВ, эксплуатируемых без тросов. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Грозозащита ВЛ кВ, эксплуатируемых без тросов * - приводится среднее значение числа грозовых отключений и пределы его изменения по нескольким ВЛ (в скобках).

8 Класс напряжения Длина ВЛ, км Сопротивление ЗУ опор: среднее значение/ коэффициент вариации, Ом/% Среднегодовая продолжительность гроз, часы Удельное число грозовых отключений*, 1/100 км/год МЭС Востока ,5 / ,5 (1,8÷7,2) МЭС Сибири ,7 / 30304,0 (1,2÷9,3) ,5 / ,3 (1,2÷4,5) МЭС Западной Сибири ,8 / 35504,8 (4,5÷5,2) МЭС Северо – Запада ,1 / ,7 (1,2÷2,4) ,3 / ,97 (0,7÷1,1) 19627,0 / ,50 (0,4÷0,6) * - приводится среднее значение числа грозовых отключений и пределы его изменения по нескольким ВЛ (в скобках) ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Грозозащита ВЛ кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов Обобщенные данные опыта эксплуатации по грозовым отключениям ВЛ кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов.

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПН, ЛР Выбор типа защитного аппарата Грозозащита ВЛ кВ, эксплуатируемых без тросов – предпочтительны линейные ОПН. Главным критерием в пользу выбора линейного ОПН в этом случае является снижение токовых и энергетических воздействий на защитный аппарат при прямых ударах молнии в фазный провод. Линейные ОПН, установленные на соседних опорах (пролетах) ВЛ, работают как «распределенный» защитный аппарат. Грозозащита ВЛ кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов – предпочтительны ЛР с внешним искровым промежутком Схема растекания тока при ударах молнии в трос такова, что эффект «распределенного» защитного аппарата не реализуется. Таким образом, токовые и энергетические воздействия на ОПН и ЛР в данном применении практически одинаковы и поэтому не являются определяющими при выборе типа защитного аппарата. На первый план выходят такие показатели, как: стоимость, надежность работы, удобство монтажа и обслуживания, по которым ЛР с внешним искровым промежутком имеют преимущества по сравнению с ОПН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Выбор схемы защиты Характеристики объекта ________________ Конструктивные параметры ВЛ Трасса ВЛ Грозовая активность Схема защиты: ____________________________ Расстановка ОПН, ЛР по опорам Расстановка ОПН, ЛР по фазам Требования надежности защиты ________________ Допустимое число отключений Риск повареждения ОПН, ЛР Характеристики грозопоражаемости ВЛ ________________ Общее число ударов молнии в линию Распределение ударов по фазам и длине пролета Число отключений

11 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Выбор схемы защиты Тип опоры Одностоечная опора с треугольным расположением проводов Портальная опора с горизонтальным расположением проводов Одностоечная двухцепная опора с вертикальным расположением проводов Схема защиты Надежность защиты >0,999>0,95>0,8>0,999>0,85>0,999>0,99>0,9 Номер варианта Т1Т2Т3Г1Г2В1В2В3 Грозозащита ВЛ без тросов – варианты схем расстановки ОПН по фазам - фазный провод без ОПН; - фазный провод с установленным ОПН.

12 Грозозащита ВЛ без тросов – варианты схем расстановки ОПН по опорам: на каждой опоре через одну опору LзLз ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Выбор схемы защиты

13 Грозозащита ВЛ без тросов - надежность защиты при установке ОПН через одну опору Предельная длина пролета ВЛ при уровне надежности 0,9: - ВЛ 110 кВ – 120 м; - ВЛ 220 кВ – 160 м; - ВЛ 330 кВ – 190 м; - ВЛ 500 кВ – 270 м. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Выбор схемы защиты

14 Тип опоры Одностоечная опора с треугольным расположением проводов Одностоечная двухцепная опора с вертикальным расположением проводов Схема защиты Надежность защиты >0,999Сл. слайд>0,999 Цепь с ЛР - 0,999 Цепь без ЛР – Сл. слайд Сл. слайд Номер варианта Т1Т2В1В2В3 Варианты расстановки ЛР по фазам в схемах грозозащиты ВЛ с тросом при больших сопротивлениях ЗУ опор. - фазный провод без ОПН; - фазный провод с установленным ЛР. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ Выбор схемы защиты

15 Опора ПБ220-3 Опора П220-2 Вероятность обратного перекрытия изоляции ВЛ 220 кВ в зависимости от сопротивления ЗУ опор для вариантов с частичной защитой фаз - Т2 - В2- В3 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Выбор схемы защиты

16 Грозозащита ВЛ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов – схемы расстановки ЛР по опорам: установка ЛР производится на участках ВЛ с наибольшими сопротивлениями ЗУ опор (вероятностью обратного перекрытия изоляции); для обеспечения эффективной защиты ЛР должны быть установлены на каждой опоре защищаемого участка ВЛ, а также на ближайших опорах, примыкающих к защищаемому участку (слева и справа), независимо от сопротивления ЗУ этих опор. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Выбор схемы защиты Номер опоры Вероятность обратного перекрытия, о.е

17 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Требования к характеристикам ОПН, ЛР Требования к характеристикам линейных ОПН и ЛР должны устанавливаться с учетом особенностей конструкции и условий их применения. Прежде всего, это касается: требований к удельной энергоемкости (пропускной способности) ОПН и ЛР при воздействии грозовых перенапряжений; специальных требований к ОПН в отношении массы, габаритных размеров, устройства отделителя; специальных требований к ЛР в отношении защитной характеристики, электрической прочности, дугогасящей способности.

18 Токовые и энергетические воздействия на ОПН, ЛР при ударах молнии ________________ Количество воздействий Параметры импульсов тока молнии Конструктивные параметры ВЛ Место удара Удельная энергия ОПН, ЛР Требования надежности ________________ Допустимый риск повареждения ЛР Функция распределения энергии, поглощаемой ЛР Поток отказов ОПН, ЛР ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Выбор удельной энергии ОПН, ЛР

19 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Выбор удельной энергии ОПН, ЛР Показатель надежности – допустимый поток отказов ОПН, ЛР – не более 1/100 км/год Ожидаемое расчетное число повареждений ОПН, ЛР на 100 км в год, вызванных ударами молнии: N уд – число ударов молнии в защищаемый участок ВЛ, 1/100 км/год, P повар – вероятность повареждения ЛР (ОПН) при ударе молнии: F(W ЛР ) – функция распределения удельной энергии, поглощаемой ОПН, ЛР; W Н – нормированная удельная энергия, которую может поглощать ОПН, ЛР без риска для повареждения.

20 Модель переноса заряда Модель переноса заряда Первый удар – импульс тока 2/140 мкс, заряд Q 1 Последующие удары – 2 импульса тока 2/140 мкс, заряд Q 2 = 0,25×Q 1 Q Σ = Q 1 + 2×Q 2 W Σ = W(Q 1 ) + 2 × W (Q 2 ) ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Выбор удельной энергии ОПН, ЛР

21 Грозозащита ВЛ кВ без тросов Грозозащита ВЛ кВ с тросом в районах с высоким удельным сопротивлением грунта Расчетные функции распределения энергии, поглощаемой ОПН и ЛР, для некоторых типичных условий их применения ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ Выбор удельной энергии ОПН, ЛР

22 Наименьшая допустимая удельная энергия ОПН, ЛР при заданном допустимом потоке отказов - не более 0,1/100 км/год ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ Выбор удельной энергии ОПН, ЛР Грозозащита ВЛ кВ без тросов Грозозащита ВЛ кВ с тросом в районах с высоким удельным сопротивлением грунта

23 Область применения Класс напряжения Среднегодовая продолжительность гроз, часы Характеристики ОПН, ЛР Класс пропускной способности Удельная энергия, к Дж/кВ U НР Грозозащита ВЛ без тросов 220 кВ 104>7,0 40÷80511,0÷12,5 330 кВ 102>3,5 40÷8046,0÷7,0 500 кВ40÷8034,0÷5,0 Грозозащита ВЛ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов 110; 220 кВ 20÷302>2,4 50÷602>3,0 330 кВ20-502>2,0 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Выбор удельной энергии ОПН, ЛР Характеристики пропускной способности ОПН, ЛР для типичных условий их применения

24 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Специальные требования к ЛР с внешним искровым промежутком п.п.Наименование характеристики Значение 1Номинальное напряжение сети, кВ Номинальный разрядный ток ЛР, кА10 3Класс пропускной способности 2 4Номинальное напряжение ЛР, кВ Остающееся напряжение при номинальном разрядном токе, кВ, не более Амплитуда грозового импульса тока пропускной способности (210 мкс), кА9,2 7 Удельная энергия, поглощаемая ЛР, к Дж/кВ U нр, не менее 3,5 8 Пятидесятипроцентное разрядное напряжение грозового импульса положительной полярности, кВ, не более Разрядное напряжение грозового импульса положительной полярности при времени до разряда 1 мкс, кВ, не более Среднее разрядное напряжение промышленной частоты в сухом состоянии и под дождем (при закороченном ВИП), кВ, не менее Длина внешнего искрового промежутка, мм, не менее

25 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Способы установки ОПН на линии Установка ОПН на промежуточной опоре Установка ОПН на анкерной опоре Установка ОПН на анкерной опоре, крепление на траверсе Наиболее распространенный, стандартный способ установки ОПН – подвеска на проводе с помощью специального зажима

26 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ ВЛ Способы установки ЛР на линии Установка ЛР на промежуточной опоре Установка ЛР на анкерной опоре при больших углах поворот а Установка ЛР на анкерной опоре Наиболее распространенный, стандартный способ установки ЛР – крепление на траверсе с помощью кронштейна Варианты установки на анкерно-угловых опорах отличаются по способу организации искрового промежутка

27 НОРМАТИВНАЯ БАЗА ПРИМЕНЕНИЯ ОПН И ЛР Направления совершенствования НТД : Корректировка ГОСТ Р «Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические условия», отраслевых стандартов на ОПН с учетом дополнительных требований, предъявляемых к линейным ОПН. Разработка ГОСТ, отраслевого стандарта на ЛР с внешним искровым промежутком. Внесение изменений и дополнений в «объем и нормы испытаний электрооборудования» применительно к линейным ОПН и ЛР. Корректировка некоторых положений ПУЭ-7 в части «защиты от перенапряжений и заземления» с учетом новых возможностей, которые дает применение ОПН и ЛР для грозозащиты ВЛ.

28 ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОПН, ЛР Сведения об установке ОПН и ЛР в эксплуатации по состоянию на конец 2013 г. Обобщение опыта эксплуатации на этапе внедрения новых средств грозозащиты представляется крайне важным, позволяя оценить эффективность и перспективы их дальнейшего применения, правильность принимаемых проектных решений по грозозащите и т.д. Класс напряжения, кВ Количество ОПН, ЛР, шт. Объем опыта эксплуатации, аппаратов × лет Срок эксплуатации, лет средниймаксимальный Линейные ОПН (57,1%)95022,45, (19,5%)15871,23, (12,3%)21752, (1,6%)10359, (9,3)32135,0 В целом: (100%) ,59,0 ЛР с внешним искровым промежутком (40%)147162,75, (60%)69780,91,5 330 –– ––-- В целом: (100%) ,65,0

29 ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОПН И ЛР Сравнительные данные по грозовым отключениям ВЛ кВ до и после установки ОПН, ЛР Наименование ВЛ Длина ВЛ, км Период наблюдения после установки ОПН, ЛР Схема расстановки ОПН, ЛР по фазам Относительная длина защищаемого участка ВЛ Удельное число грозовых отключений, 1/100 км/год до установки ОПН, ЛР после установки ОПН, ЛР ВЛ 110 кВ «Новогодняя – Губкинская 1,2» 64, г.г. 4 года 100% 1 цепь – 6,3; 2 цепь – 6,7; 1,2 цепь – 3,8 1 цепь – 0,4; 2 цепь – 2,0; 1,2 цепь – 0,4 ВЛ 220 кВ «Тында-Дипкун» 149, г.г. 2 года 67%5,81,3 ВЛ 220 кВ «НГРЭС-Тында 1,2» 183, г.г. 2 года 79% 1 цепь – 6,7 2 цепь – 6,1 1,2 цепь – 5,6 1 цепь – 0,8 2 цепь – 3,8 1,2 цепь – 0,8 ВЛ 220 (500) кВ «Центральная - Дагомыс» 97, г.г. 2 года 82%11,0÷14,00,5 (2,1)* * - в скобках указано удельное число отключений с учетом отключений по невыясненным причинам, которые произошли в период грозового сезона. Наиболее объективную оценку эффективности применения ОПН, ЛР может дать сравнение числа грозовых отключений ВЛ до и после установки защитных аппаратов

30 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Линейные ОПН и ЛР с внешним искровым промежутком являются эффективным средством грозозащиты ВЛ. Применение линейных ОПН рекомендуется для повышения грозоупорности ВЛ кВ, эксплуатируемых без тросов, применение ЛР с внешним искровым промежутком – для повышения грозоупорности ВЛ кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов. В настоящее время разработаны научно-технические основы применения линейных ОПН и ЛР для грозозащиты ВЛ кВ. Разработаны отечественные конструкции и налажен серийный выпуск ОПН и ЛР на напряжение кВ. Реализован ряд проектов повышения грозоупорности ВЛ кВ с применением линейных ОПН и ЛР.. Первый отечественный опыт применения линейных ОПН и ЛР можно считать успешным: во всех случаях наблюдалось существенное снижение числа грозовых отключений и повышение грозоупорности ВЛ после установки защитных аппаратов; отказы в работе самих ОПН и ЛР по причине их повареждения (пробоя) при грозовых воздействиях зафиксированы не были. Положительный опыт применения линейных ОПН и ЛР позволяет рекомендовать их для дальнейшего внедрения на объектах электрических сетей. Дальнейшее внедрение ОПН и ЛР требует совершенствования нормативной базы и организации систематической работы по обобщению опыта их эксплуатации.

31 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!