Уроки и опыт применения разрядников линии электропередачи

ВЛ 400 кВ Гутинас-Брашов расположена в горной местности Румынии с преимущественно каменистым грунтом.Толстый лед покрывает проводники в зимнее время, а в прошлом приводил к обрыву экранирующего провода, так что его приходилось демонтировать на наиболее пострадавших участках.Без защиты эти секции оставались уязвимыми для удара молнии.Для снижения влияния на надежность на этих участках было выбрано решение с применением линейных ОПН.

Проект выполнялся в два этапа.Опыт первого этапа привел к ряду улучшений во время второй установки.Позже были также применены дальнейшие усовершенствования для повышения безопасности ОПН.По сравнению с ситуацией до установки разрядников, когда в год происходило от 4 до 10 отключений, вызванных молнией, в период с 2006 по 2015 год не было зарегистрировано ни одного отключения. некоторые из основных извлеченных уроков.

Рис. 1: Инциденты, влияющие на надежность линии 400 кВ Брашов-Гутинаш до применения линейных разрядников на Этапе 1.

Технология TLSA

Экранированные провода были установлены на линиях электропередачи в сочетании с хорошим заземлением, чтобы обеспечить хорошие характеристики молнии в районах, где молния влияет на надежность электроснабжения.Но экранированные провода иногда сами могут стать помехой, например, если они обледенеют, провиснут или скачут, что приведет к риску пробоя между ними и фазными проводами ниже.Альтернативой в таких случаях является использование разрядников для защиты от перенапряжений на линиях электропередачи (TLSA) параллельно гирляндам изоляторов.В то время как традиционный подход с использованием экранирующих проводов заключался в том, чтобы нанести удар молнии в землю до того, как произойдет перекрытие, подход с линейным разрядником предполагает проведение удара молнии вокруг гирлянды изолятора без перекрытия в воздухе.В случае экранированного провода необходимо заземление с низким сопротивлением.Но если разрядники применяются ко всем гирляндам изоляторов, производительность больше не зависит от сопротивления заземления (хотя некоторые производители разрядников по-прежнему рекомендуют максимальные значения сопротивления заземления).

Существует несколько факторов, которые следует учитывать при выборе TLSA для любого приложения.Например, номинал разрядников должен быть согласован с разрядниками на подстанциях.Линейные разрядники должны быть того же номинала или выше, чтобы они не защищали разрядники подстанции.Кроме того, линейные разрядники должны быть рассчитаны на основе напряжения, а также оценки изоляции линии.Чтобы избежать проблемы блокировки линии, разрядники могут быть оснащены хрупким разъединителем.Разъединитель не устраняет ток короткого замыкания, а обеспечивает успешное повторное включение после срабатывания выключателя.Если разрядник выходит из строя и через разъединитель проходит ток промышленной частоты, воспламеняется заряд взрывчатого вещества, разрушая устройство.Иногда механические неисправности разъединителей, не связанные с неисправностью ОПН, приводят к тому, что ОПН без необходимости выводится из эксплуатации.Другая ситуация, которая может возникнуть, — это когда импульсные токи приводят в действие заряд взрывчатого вещества и вызывают операцию отключения, даже если разрядник успешно выдержал импульсный импульс.Ограничители перенапряжения для линейного напряжения выше 230 кВ требуют выравнивающих колец, чтобы избежать коронного разряда и обеспечить удовлетворительное распределение напряжения по дискам MOV.В условиях обледенения галопирование может вызывать крутильные колебания проводника на частотах, превышающих собственную маятниковую частоту линейных разрядников.Опыт показал, что многие отказы TLSA могут быть связаны с проблемами, связанными с установкой, например, когда соединения с проводником под напряжением или заземленной конструкцией подвергаются статическим и динамическим нагрузкам, которые приводят к усталости и перегрузке.Это может привести к нарушению соединений или возможному повреждению разрядника.

История проекта

Линия 400 кВ Гутинас-Брашов, спроектированная и возведенная в начале 1970-х годов, имеет протяженность 126 км и соединяет подстанции Брашов и Гутинас.Линия оснащена двумя подпроводами на фазу, каждый ACSR 450/75 кв. мм, и пересекает Восточные Карпаты – регион, где зимой на проводах почти постоянно образуется лед.Первоначально линия была снабжена двумя экранирующими проводами по всей длине.Но из-за частых отказов на двух участках, т.е. опоры №№94-100, а также между опорами №130 и 145, в 1985 г. были демонтированы экранирующие провода на обоих участках. заменена одной жилой ACSR 973/228 кв. мм.Позже были установлены линейные разрядники, чтобы уменьшить количество отключений этой линии из-за молнии.

Планирование первого этапа началось в 2005 году, и год спустя на опорах №№ 130–145 были установлены разрядники.Второй этап проекта охватывал опоры №№ 94–100 и был реализован в 2013 году. Принятое решение заключалось в том, что разрядники линии MOV в полимерном корпусе соединялись с заземляющим столбом на траверсах и оснащались разъединителями между активным столбом и фазой.Это было сделано для того, чтобы исключить риск повреждения ОПН из-за эоловых вибраций, а также галопирования, которое создавало бы динамические нагрузки при установке ОПН под фазами.Разрядники должны были соответствовать условиям, указанным в IEC 60099, а также соответствовать минимальным рабочим характеристикам, таким как: продолжительное рабочее напряжение 255 кВ, остаточное напряжение при коммутационном импульсе, выдерживаемое напряжение при 50 Гц в течение 1 минуты, влажные условия 2100 кВ макс. и рассеивание энергии 9,0 кДж/кВ.Еще одним условием было наличие размыкающего устройства между днищем разрядника и гибким соединением с фазой.Перед монтажом должны были быть выполнены измерения заземления опоры, а в случаях, когда сопротивление заземления было ниже 25 Ом, должны были быть выполнены улучшения.

Первый этап проекта

Одним из факторов, повлиявших на решение о переходе к Этапу 1, было количество инцидентов, связанных с молнией, зарегистрированных в период с 2000 по 2005 год, которые варьировались от 4 до 10 отключений в год.Поскольку эта линия была одной из самых важных для безопасности румынской электросети, такое большое количество отключений послужило достаточным стимулом для поиска постоянного решения.Поэтому было принято решение установить TLSA параллельно с каждой гирляндой изоляторов на участке линии №№ 130–145, работавшей без грозозащитных тросов, для защиты от молнии.Для начала существующие подвесные опоры были заменены опорами с большим напряжением, а двухфазные фазные провода ACSR 450/75 были заменены одним проводом ACSR 973/228 кв.мм.Затем разрядники подвешивались к траверсам башни и подключались к фазам.TLSA были установлены для всех фаз на башнях №131–138, а также на всех фазах башен №140–142, а также на башне №144.Все это были подвесные башни, оснащенные подвесными изоляционными струнами.Разрядники были подключены параллельно гирляндам подвесных изоляторов и ограничивали скачки напряжения на изоляции линии, входя в проводимость при напряжении ниже напряжения пробоя изоляции линии.Поскольку опоры №№ 139 и 143 являются натяжными опорами, оборудованными гирляндами натяжных изоляторов, на их вершинах вместо линейных разрядников были установлены вертикальные молниеотводы.Измерения сопротивления заземления показали хорошие результаты, т.е. менее 10 Ом, так что никаких дальнейших улучшений не потребовалось.

Рис. 2: Боковой фазовый разрядник подвесной опоры и изоляторная гирлянда.

По завершении Фазы 1 оперативная статистика на линии Гутинас-Брашов начала показывать немедленное снижение зарегистрированных отключений.Это подтвердило, что применяемая защитная стратегия была технически и экономически оправдана, поскольку с уменьшением количества отключений уменьшалась и стоимость ремонтных работ.Тем не менее, в период с 2006 по 2012 год (август 2007 года, декабрь 2009 года и февраль 2011 года) все еще было зарегистрировано три инцидента.В ходе расследования было установлено, что все они были вызваны слабыми местами в механических и/или электрических соединениях разрядника.Также было замечено, что навесы на композитных струнах подвески получили повреждения из-за сильного удара о коронные кольца ОПН при несинхронных движениях изолятора и ОПН на ветру.Повреждения также наблюдались на коронозащитной трубке, закрывающей гибкое соединение между нижней частью разрядника и фазой.

Анализ этих различных инцидентов показал, что на этапе инженерного проектирования было допущено несколько ошибок.Например, для подвески разрядников были выбраны неподходящие места.В принципе, расстояние между ОПН и гирляндой подвесного изолятора было недостаточным для обеспечения их независимого движения в ветровых условиях и асинхронной балансировки.Кроме того, при выборе и проектировании компонентов ОПН не учитывались сложные условия окружающей среды в зоне обслуживания.Это привело к чрезмерному вращению разрядника вокруг своей оси, что привело к отвинчиванию верхнего крепления.Разъединитель также имел плохую электрическую и механическую устойчивость (как на рис. 3) из-за слабого соединения медного провода в зажимах с фазными проводами (см. рис. 4).

Рис. 3: Сломанный разъединитель и крепеж

Рис. 4: Разрядник отделен от фазы.

Во избежание повреждений, связанных с чрезмерным вращением ОПН вокруг своей оси, на верхний штуцер ОПН позже были установлены 2 полухомута (см. рис. 5) вместе с цепью для предотвращения случайного отвинчивания (см. рис. 6).Кроме того, чтобы ограничить возможные будущие повреждения, разъединители, изначально установленные на Этапе 1, были заменены двойными разъединителями (см. рис. 7).

Рис. 5: Полуворотники.

Рис. 6: Полукольца и механическая цепь.

Рис.7: Двойной разъединитель.

Предлагаемое решение для второго этапа

Основываясь на опыте первого этапа Проекта, в результате которого в период с 2006 по 2011 год на линии не было отключений от молнии, было решено дополнительно снизить риск отключений, приняв такое же решение на участке линии от опор № 94 до 100, которое было нет экранирующего провода.Чтобы избежать некоторых проблем, возникших на первом этапе, требовалась более точная конструкция, особенно наличие достаточного расстояния между разрядниками и подвесными струнами, чтобы изоляторы не были повреждены при контакте с коронирующими кольцами разрядников.Кроме того, особое внимание пришлось уделить натяжным опорам № 94 и № 100 с двумя возможными вариантами монтажа ОПН: первое путем жесткого изолирующего соединения с токоведущей частью ОПН (т.е. нормальные условия), а второе — с токоведущей частью ОПН. линии (т.е. проводников, зажимов) и без жесткого соединения.Был выбран второй вариант.

Критерии оформления

Места установки разрядников должны были быть тщательно выбраны на основе анализа зазоров между токоведущими и заземленными частями как при сильном ветре, так и при отсутствии ветра.Также необходимо было учитывать асинхронное движение гирлянд подвесных изоляторов и разрядников.Динамическое давление ветра в районе составляет 45 даН/кв.м в соответствии с румынским стандартом NTE 003/004/00.Минимальные требуемые расстояния по воздуху между горячей и заземленной точками составляют: 2900 мм в безветренном воздухе и 1000 мм при максимальном ветре без обледенения проводов.Практически эти расстояния должны быть соблюдены между нижним выводом разрядника или его коронирующим кольцом и горячими точками, как;проводов, зажимов и т. д. В случае установки разрядников на старых линиях практически невозможно соблюдать требуемые расстояния во всех случаях.Для выполнения всех требований необходимо внести важные изменения в геометрию башни, связанные с длительными перерывами в работе линии.Так как ОПН имеют коэффициент неисправности только 2. 10-5, необходимо принять на себя риск прерывания работы линии на время не более 10 часов, чтобы позволить ремонтной бригаде демонтировать неисправный ОПН.

Mмеханические критерии

Поскольку на существующих опорах необходимо монтировать различные траверсы для установки разрядников на установленных расстояниях от гирлянд подвесных изоляторов как в случае подвесных опор, так и в случае натяжных опор, элементы опор необходимо пересчитывать с учетом новые силы и моменты, связанные с новыми элементами.Выбраны такие же разрядники, как и первой ступени, удовлетворяющие требованиям международных стандартов, как;IEEE C62.22, IEC 60099, IEC 60694, IEC 60060 и IEEE 1243, соответствующие номинальному напряжению системы;400 кВ.Разрядники имели составную изоляцию и снабжены разъединителями.

Позиционирование разрядника

Угол отклонения разрядника при максимальном ветре можно рассчитать с учетом веса разрядника 138 даН, из которых 38 даН - вес коронирующего кольца.Положение точки максимального отклонения коронирующего кольца составляет 2,338 м от вертикальной оси разрядника в неподвижном воздухе.Струна подвесного изолятора не может отклоняться ни более чем в поперечной плоскости от оси линии в нормальных условиях и на максимальный угол 60°.В случае подвесной изоляторной струны перемычек для опор 94 и 100 (натяжные однофазные опоры) этот угол составляет 30°.В случае несинхронного движения ОПН и гирлянд подвесных изоляторов, учитывая угол отклонения ОПН 25°, необходимо расстояние по горизонтали между обеими осями 2300 мм.Наконец, для подвесных опор необходимо учитывать продольное расстояние между осью разрядника и осью колонны подвесного изолятора 2300 мм.Также необходимо было учитывать поперечное пространство в 2000 мм.В случае повреждения разрядника нижняя клемма, идущая к напряжению заземления, от этой клеммы и горячих точек фазы будет сохраняться расстояние 1000 мм, что вполне нормально, если вообще нет ветра (см. рис. 8). , 9, 10).Для однофазных опор рассматриваются аналогичные расстояния (как на рис. 11).При отказе ОПН расстояние между низом ОПН с заземлением и фазой составляет 1474 мм, что позволяет обеспечить работу линии, если не будет ветра или будет малая скорость ветра.

Рис. 8: Подвесная башня (вид сверху).Рис. 9: Дополнительная траверса для подвесной башни (средняя фаза).Рис. 10: Дополнительная траверса для подвесной башни (боковые фазы).Рис.11: Однофазная натяжная башня.Рис. 12: Натяжные опоры с разрядниками

Рис. 13: Подвесные опоры с разрядниками.

Повышение сопротивления заземления мачты

Были измерены сопротивления заземления на указанном участке линии, результаты для 25 Ом составили: 95, 96, 97, 98 – сверх шкалы, 99 – 25,43 и 25,39 Ом, 100 – 2 Ом.Также было измерено удельное сопротивление грунта в этом районе, результаты: 94-95:27,9 Оммм, 95-96: 501 Оммм, 96-97: 554 Оммм, 97-98: 1450 Оммм, 98-99: 127Оммм, 99- 100: 519 Ом.При удельном электрическом сопротивлении грунта свыше 500 Ом допускается сопротивление заземления опор не более 30 Ом, а в случае разрядников максимально допустимое значение составляет 25 Ом.Так как усовершенствование существующих заземлителей дополнительными вертикальными стержнями и/или горизонтальными электродами ленточного типа невозможно произвести из-за невозможности забивания стержня в очень твердый скальный грунт и усиление существующего заземлителя дополнительными ленточными фигурами приводит к снижению КПД была предложена «система противовесного заземления». Эта система состоит из горизонтальных электродов, соединенных с опорой. Эти электроды могут быть радиально уложены в грунте вокруг опоры, с отдельными длинами меньше максимальной эффективной длины или соединять все опоры этот разрез горизонтальным электродом, вдоль трассы линии.Система противовеса использовалась для опор 95-99, используя оцинкованную стальную ленту 40 х 4 мм.Рабочая длина составляет 112 м для грунта 1500 Ом и 74 м для грунта 500 Ом.Все опоры 95-99 электрически подключены по этой системе.В течение 2013 и 2014 отключений линии не зафиксировано, но в январе 2015 были повреждены некоторые гибкие соединения между ОПН и фазой, либо на конце фазы или на конце разрядника.По этому случаю были проанализированы разъемы обоих концов гибкого медного проводника.Было замечено слабое место обоих разъемов, сборка производилась только одной гайкой.Из-за вибраций, возникающих во время работы линии, велика вероятность отвинчивания гайки, поэтому решением для повышения безопасности является двойная гайка или шина через болт.Первый невозможен, потому что длина болта не позволяет, а вот второй подходит.

Выводы

Использование ОПН на ВЛ ВЛ является очень удачным решением, особенно в горных районах, где установка экранирующих проводов невозможна из-за большой толщины льда на проводах.Румынская практика в этой области показала очень хорошие результаты с точки зрения отключений, вызванных молнией, не было зафиксировано ни одного отключения линии 400 кВ Гутинас-Брашов в период 2006-2015 гг.После первого этапа были некоторые проблемы, такие как: различные повреждения из-за некоторых ошибок проектирования и монтажа, неправильного выбора места подвески ОПН и из-за изготовления компонентов ОПН без правильного учета условий окружающей среды в помещении. область.Все необходимые доработки были учтены для второго этапа.Есть некоторые незначительные детали, которые должны быть реализованы при изготовлении для гораздо лучшего производства и экономии в эксплуатации.

Эта статья является копией из INMR (https://www.inmr.com), не для коммерческого использования, а только для технического обучения и общения.