close
Choose Your Site
Global
Social Focus
Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2022-01-20 Происхождение:Работает
Применение ОПН с зазором (EGLA) или без зазора (NGLA) на линии электропередачи (TLSA) предлагает, пожалуй, наилучшую возможность для инженеров-энергетиков повысить надежность системы.Однако, как бы важно это ни было, ценность их использования выходит за рамки одной только этой цели.Есть также много дополнительных преимуществ.
В этом отредактированном вкладе в INMR специалиста по разрядникам Джонатана Вудворта проанализирован ряд ситуаций, когда TLSA способствуют улучшению энергосистем.
NGLA представляет собой разрядник, применяемый параллельно с изоляторами линий электропередачи для предотвращения пробоя изолятора.EGLA работает практически так же (см. INMR Q2, 2015).Если в фазу, к которой подключены эти TLSA, попадает молния или происходит перенапряжение при переключении, избыточный ток и заряд отводятся на землю.Если TLSA применяется к экранированной линии, он довольно часто проводит ток от земли к фазе, чтобы избежать обратного перекрытия.В то время как легко визуализировать, когда происходит передняя вспышка, это не так просто в случае обратной вспышки.
Рис. 1: Пример передачи без интервалов
линейный разрядник (NGLA).
Рис. 2: Пример передачи с внешним зазором
линейный разрядник (EGLA).
Прежде чем перейти к различным дополнительным приложениям для TLSA, важно разобраться с опасениями, которые некоторые инженеры выражают при их первом использовании, а именно по поводу долговременной надежности и возможного дополнительного обслуживания.
Действительно, было время, когда разрядники из карбида кремния с зазором имели сомнительную надежность.Однако в нынешнюю эру разрядников MOV авторитетные поставщики постоянно добиваются низкой частоты отказов, близкой к частоте отказов изоляторов.В случае производителей в США, например, недавний опыт с интенсивностью отказов находится в диапазоне 200 частей на миллион (ppm).Этот показатель, скорее всего, аналогичен для известных поставщиков по всему миру.Учитывая это, у новых пользователей не должно быть сомнений в отношении линейных разрядников, основанных исключительно на соображениях надежности.
Что касается возможных дополнительных потребностей в техническом обслуживании, на самом деле их обычно нет.Тем не менее, если пользователи хотят контролировать свою совокупность TLSA, рекомендуемым способом является тепловидение.В то же время ожидается, что вскоре станет доступен более универсальный непрерывный мониторинг состояния ОПН.
Национальный кодекс электробезопасности (NESC, IEEE C2-2012) определяет горизонтальные и вертикальные зазоры незащищенных частей и зазоры до токоведущих частей энергосистем сверхвысокого напряжения 345 кВ и выше.Задаются базовые зазоры, которые затем можно регулировать в зависимости от коммутационных амплитуд перенапряжения.Если зазоры на линии оказываются недостаточными для соответствия критериям NESC, TLSA могут экономично контролировать амплитуды коммутационных перенапряжений с помощью всего нескольких установок вдоль линии.Например, в системе 500 кВ максимальное пиковое рабочее напряжение (линия-нейтраль) составляет 449 кВ.Если коммутационное перенапряжение (фаза-земля) составляет 808 кВ, коммутационный коэффициент перенапряжения составляет 808/449,1=1,8 о.е.
В таблице 124.1, часть B последней версии NESC (IEEE C2-2012), даны допуски для коммутационных коэффициентов перенапряжения в диапазоне от 1,8 до 2,7 о.е. для энергосистемы 500 кВ.Зазор для максимума перенапряжения переключения 1,8 pu намного меньше, чем для выброса 2,7 pu.Это может иметь существенное значение в требуемой ширине полосы отвода, экономя огромные затраты на проект.(Пример обсуждался в документе, представленном Джеймсом Хантом из проекта Солт-Ривер на ВСЕМИРНОМ КОНГРЕССЕ INMR 2013 в Ванкувере).
В Таблице 1 показано, насколько гасители ударов могут влиять на требования к зазору.Если, например, система 345 кВ имеет изоляцию с большой длиной пути утечки из-за загрязнения или по другим причинам, зазоры могут быть уменьшены на 57 % с помощью разрядников.Конструкции ЭГЛА в таком случае должны быть рассчитаны на коммутацию, а не только на грозовые перенапряжения.Обратите внимание, что другие ограничения на зазоры между линиями также могут повлиять на минимальный достижимый уровень.Известно, что требования к вспышке ARC более строгие, чем стандартные зазоры при определенных напряжениях, в то время как уровень комфорта рабочих при меньшем зазоре является еще одним фактором.Механические факторы, такие как лед, ветер и провисание, также необходимо учитывать при уменьшении зазоров.
Таблица 1: Примеры зазоров в системе сверхвысокого напряжения с установленными разрядниками и без них
Повышение напряжения включает увеличение рабочего напряжения при сохранении исходного уровня изоляции.Перевод существующих линий электропередач и подстанций на более высокое напряжение становится намного более практичным с применением линейных разрядников.Например, уже успешно реализовано повышение мощности линий 69-230 кВ с использованием таких разрядников.
Существующие подстанции могут быть повышены до более высокого напряжения путем замены автоматических выключателей, трансформаторов и другого чувствительного к напряжению оборудования без необходимости полной реконструкции объекта.При установке линейных разрядников в определенных местах, например, на входах линии, зазоры при более низком уровне напряжения будут приемлемы при повышенном номинальном напряжении.В соответствии со стандартом IEEE 1427 было достигнуто повышение номинального напряжения в следующих системах:
• ПС 115 кВ, 550 кВ класса BIL, переведенные на 230 кВ;
• ПС 69 кВ, 350 кВ класса BIL, переведенные на 138 кВ;
• ПС 69 кВ, 350 кВ класса BIL, переведенные на 115 кВ.
Финансовые выгоды от повышения мощности значительны, поскольку связанные с этим затраты намного меньше, чем затраты на восстановление всей подстанции.Благодаря линейным разрядникам и повышению напряжения на подстанциях также можно использовать компактное расстояние между шинами, что обеспечивает экономическую выгоду там, где стоимость земли высока.Более того, там, где земля, необходимая для строительства подстанции с обычными зазорами, недоступна, жизнеспособной альтернативой является компактная шинная подстанция.Принятие подстанции общественностью также может быть улучшено за счет компактной конструкции шины, занимающей меньшую площадь, чем аналогичная обычная подстанция.
Меньший зазор при повышении мощности системы также может привести к снижению высоты шины, что может привести к снижению затрат на эстетические процедуры, такие как стены и другие барьеры, если это необходимо.Дополнения к существующим подстанциям в ряде случаев затруднительны из-за отсутствия места для установки нового оборудования.Использование меньших зазоров за счет использования линейных разрядников на подстанции позволяет добавлять новое оборудование с гарантией сохранения надлежащих электрических зазоров.(Дополнительную информацию см. в IEEE 1427).
Иногда техническое обслуживание необходимо выполнять при включенной системе, и рабочие должны знать минимальное расстояние подхода (MAD) к линии.MAD определяется как ближайший рабочий или токопроводящий инструмент, удерживаемый работником, который может приближаться к оголенному проводнику под напряжением.Так как МАД определяется максимальным уровнем коммутационных перенапряжений линий выше 345 кВ и грозовых перенапряжений на линиях ниже 345 кВ, то на этот уровень может повлиять временная установка разрядников.
Хотя это все еще находится на экспериментальной стадии на большинстве коммунальных предприятий, вполне вероятно, что разрядники будут использоваться все больше и больше для временного изменения MAD.Линейный разрядник из-за его минимального веса является идеальным кандидатом для этого применения, и здесь тип EGLA может быть более подходящим для этого применения, поскольку остаточное напряжение молнии и коммутации может быть на 25% ниже.В обоих случаях, однако, MAD может быть снижен до уровня, который позволяет даже обеспечить доступ к башням без отключения, где в противном случае это потребовалось бы.Например, на октябрьском совещании IEEE по устройствам защиты от перенапряжений была создана целевая группа для разработки рекомендаций по использованию разрядников для снижения минимального вредного воздействия для рабочих.Рекомендация должна появиться в следующем году.
Линия передачи может не нуждаться в защите TLSA, особенно если она имеет нулевую частоту отключений, вызванных молнией.Однако в других случаях применение TLSA может иметь большое значение в частоте отказов линий передачи, вызванных обратным вспышкой.Карта типа, показанного на рис. 3, предлагает инженерам возможность лучше ознакомиться с частотой ударов молний в интересующих их областях.
Рис. 3: Грозовая активность за 1 час в октябре 2016 г. (с сайта www.lightningmaps.org).Линии проведены между ударом и датчиком для самых последних ударов.
Если линия передачи имеет высокий уровень отключений из-за молнии, это, скорее всего, связано с обратной вспышкой, и наиболее распространенной причиной является удар молнии в провод воздушного экрана и слишком высокое сопротивление заземления опоры.Причина использования термина «обратный прорыв» заключается в том, что он находится в направлении, противоположном пробоям, возникающим во время прямого удара по фазе.За обратным перекрытием обычно следует стандартное прямое перекрытие изолятора, обеспечивающее путь для тока промышленной частоты (повреждения), который требует прекращения работы выключателя.На рис. 4 показан общий вид процесса обратной вспышки.
Рис. 4: Обзор процесса обратной прошивки.
В основном есть два способа уменьшить частоту обратных вспышек линии передачи: первый и наиболее часто используемый метод заключается в повышении сопротивления заземления мачты, и еще 20 лет назад это был единственный вариант.Однако с тех пор установка разрядников для защиты от перенапряжения стала еще одним средством улучшения характеристик молнии.
Существует несколько методов защиты от молнии на экранированных линиях с помощью разрядников.Во-первых, провести исследование системы и определить, значительно ли снизит количество отключений добавление нескольких разрядников.Этот метод использует меньше разрядников и стоит меньше, чем полная схема защиты.Второй и менее используемый метод заключается в установке ограничителей перенапряжения на каждой фазе каждой опоры, что, по сути, сделает систему «молниезащищенной».Третий метод, называемый секционной защитой разрядников, заключается в том, что разрядники используются для защиты определенных зон, подверженных отключениям электроэнергии из-за удара молнии.Здесь высокий уровень отключений может быть практически сведен к нулю путем установки разрядников только в пострадавших районах, которые обычно включают вершины гор, сухие равнины и каменистую почву.
Компактная линия электропередачи — это линия, которая выглядит как обычные приемлемые распределительные линии, проходящие через городские районы, и обычно имеет следующие характеристики:
• Однополюсные конструкции;
• Относительно короткие пролеты (30-150 м);
• Безрукавная или одноплечевая конструкция;
• Уменьшенное разделение между фазами;
• Подходит для установки на узких полосах отчуждения или на обочинах.
По словам В. А. Чисхолма и др., «Эти особенности делают компактные конструкции линий подходящими для использования в перегруженных городских районах. Есть и другие преимущества по сравнению с несколькими распределительными линиями, которые могут обеспечить аналогичную передачу мощности. Восстановление существующей цепи на более высокое напряжение. уровень на той же полосе отчуждения может быть единственным возможным способом увеличения пропускной способности Компактные конструкции могут иметь меньшие капитальные затраты и затраты на техническое обслуживание, меньшие потери в линии и могут обеспечить значительное снижение электрических и магнитных полей Компактная конструкция также имеет тенденцию к упрощению некоторых механических проблем .При выборе безплечевой или одноплечевой конструкции со столбовыми изоляторами проводники закрепляются на каждом полюсе.Это упрощает натяжение, тепловые расчеты, ветровую нагрузку и другие вопросы проектирования и строительства.Короткие пролеты компактной конструкции уменьшают величину высоких - провисание температуры, галопирование и движение проводника с большой амплитудой. Во многих случаях натяжение линии можно уменьшить, ослабив требования к прочности опоры и опасения по поводу повреждения от эоловой вибрации». Хорошим примером такой линии (показан на рис. 5) является компактная линия 69 кВ, используемая во Флориде более 20 лет.Основная причина для этого конкретного дизайна заключалась в том, чтобы уменьшить визуальное воздействие и сделать линию электропередачи более похожей на распределительную систему.
Рис. 5: На компактной линии 69 кВ каждая фаза на всех опорах защищена.
Разрядники станционного класса повсеместно применяются к трансформаторам на подстанциях, однако защита разомкнутых выключателей обычно применяется менее чем в половине случаев.Здесь применение разрядников на вводе линии подстанции защищает вводы открытых выключателей.
При нормальной работе выключатель подстанции замкнут, и оба ввода частично защищены разрядниками, установленными на трансформаторе.Но во время события с несколькими ударами, во время которого выключатель размыкается для устранения неисправности, второй или третий удар вспышки может войти в станцию, когда стакан все еще открыт, чтобы устранить неисправность.Этот второй ход может привести к перекрытию втулки гидромолота со стороны линии с высоким риском долговременного повреждения.Конечно, это маловероятный сценарий, но для оценки реального уровня риска необходимо провести исследование конкретной подстанции и окружающих линий.
Линейные разрядники обычно не используются для этого приложения, но, безусловно, могут помочь преодолеть любой такой риск.На рис. 6, например, показана компактная установка линейных входных разрядников.Здесь важно, чтобы сопротивление заземления опоры, на которой они установлены, было таким же, как и на подстанции.Если вместо этого используется первая башня от станции, она не должна располагаться слишком далеко, иначе она не будет эффективно защищать открытый выключатель.
Рис. 6: TLSA, используемые здесь в качестве разрядников на входе линии для защиты разомкнутого выключателя.
Потенциально значительным преимуществом использования линейных разрядников вместо заземляющего троса является экономия затрат на строительство.Например, исследовательский проект 2014 года от имени Управления энергетических исследований и разработок штата Нью-Йорк (NYSERDA) оценивал экономию средств для нескольких различных систем.Как показано в Таблице 2, в каждом случае линии электропередач с разрядниками вместо OHGW изначально стоят меньше, а также в дальнейшем.В отчете указано, что экономия на строительстве составила от 1,8% до 5,8% от общей стоимости линии для различных исследований типа линии.Кроме того, установка разрядников на всех фазах каждой опоры делает линию грозоупорной.Если только верхняя фаза оснащена разрядниками, то верхняя фаза служит в качестве OHGW, и экономия средств может быть еще больше.
Таблица 2: Таблица 15 отчета NYSERDA об экономии средств при использовании разрядников вместо OHGW
Применение TLSA вдоль линии электропередачи снижает нагрузку на выключатели на подстанциях и продлевает срок их службы.Даже те линии электропередачи, защищенные от молнии экранированными проводами, по-прежнему испытывают одиночные замыкания на землю при обратном пробоях изолятора из-за высокого сопротивления заземления или удара молнии сверхвысокого тока.Когда это происходит, прерыватель между неисправностью и источником питания должен сработать, чтобы прервать протекание тока.Однако, если бы линия была оснащена TLSA, такая работа выключателя не потребовалась бы.Прерыватели имеют конечное количество операций, прежде чем потребуется техническое обслуживание, и поэтому любое сокращение этого числа продлит срок их службы.
Некоторым коммунальным службам приходится иметь дело со значительным риском отключения электроэнергии в летнее время.Например, если источник питания находится далеко от основного центра спроса, а линии электропередач проходят через районы с интенсивным освещением, риск мгновенных отключений может быть высоким.Один из способов снизить этот риск — запустить местные генераторы и меньше зависеть от более дешевого, но удаленного источника.
Если разрядники используются на линии электропередачи в дополнение к существующим OHGW, вероятность любого отключения, вызванного молнией, сводится к нулю.Стоимость установки нескольких сотен километров ОПН, вероятно, намного меньше, чем стоимость более дорогой местной генерации.Такое применение линейных разрядников может обеспечить большую экономию как для клиентов, так и для пострадавшей энергетической компании.
Это приложение применяется в основном для нового строительства, но может также работать и для старых линий, если срок службы OHGW подходит к концу.Хорошо известно, что OHGW могут генерировать потери в системе, если они заземлены на верхушках мачт.Такие потери носят индуктивный характер от нагрузки, протекающей по фазным проводникам, и тем выше, чем ближе ВТГ находится к фазным проводникам.Потери зависят от типа линии, количества экранированных проводов и токовой нагрузки на систему.Как видно из Таблицы 3, для случая однополюсной двухцепной линии 115 кВ экономия за срок службы для сильно нагруженных линий может составить до 4,6 млн долларов США на 100 миль (160 км) линии.
Таблица 3: Экономия средств за счет использования разрядников вместо OHGW
Применение либо NGLA, либо EGLA может улучшить конструкцию и работу энергосистем.Эти TLSA не только обеспечивают молниезащиту любой линии, но и снижают затраты на строительство, повышают надежность системы и уменьшают требуемую ширину полосы отвода.Инженеры, ответственные за надежность системы или планирование, должны четко учитывать возможности и преимущества, предлагаемые этим типом разрядника для защиты от перенапряжения.
Эта статья является копией из INMR (https://www.inmr.com), не для коммерческого использования, а только для технического обучения и общения.
