Улучшение установки разрядников для защиты от перенапряжений на линиях электропередачи

American Transmission Company (ATC) владеет и управляет линиями электропередачи в штатах Висконсин, Мичиган, Миннесота и Иллинойс.Первоначально система принадлежала местным коммунальным службам, у которых были разные стандарты, и это привело к множеству различных установок линейных ОПН на 69 кВ и 138 кВ.Чтобы задокументировать, какие из них соответствуют передовой отраслевой практике, а какие могут нуждаться в улучшении, в августе 2017 года с Исследовательским институтом электроэнергетики (EPRI) был заключен контракт на проведение визуального обзора и оценки объекта.

Во-первых, поиск записей установил, где были установлены разрядники, и для изучения была выбрана репрезентативная выборка из 25 установок на 12 линиях.Они варьировались от «одноразовых» и специальных конструкций до тех, которые соответствовали текущим стандартам УВД.На объектах, рассмотренных в ходе этого обзора, были обнаружены установки, которые соответствовали передовой практике, но также и ряд далеко не идеальных установок с ограниченной функциональностью или которые могли столкнуться с проблемами в случае отказа ОПН.В этом отредактированном вкладе инженера-консультанта Брайана Беске в INMR за 2019 год были рассмотрены результаты проверки, а также рекомендации по улучшению при выявлении проблем.

Эффективные установки TLSA

Установки, которые соответствовали надлежащей отраслевой практике и в которых не было сочтено необходимым усовершенствование, были определены на 5 линиях, имеющих 6 различных конфигураций.К ним относятся разрядники, установленные на изоляторах как горизонтально, так и вертикально.Пятая установка была уникальной и нетипичной.Хотя некоторые из этих установок можно считать нетрадиционными, они, тем не менее, признаны приемлемыми в эксплуатации как в условиях эксплуатации, так и в случае отказа ОПН.Сюда были включены две установки, которым более 40 лет, и которые, хотя они все еще находятся в эксплуатации, могут больше не функционировать должным образом (см. рис. 10 и 11).

Рис. 1: Территория обслуживания УВД выделена светло-зеленым цветом.

Первый тип установки был на линиях 69 кВ, где все три фазы поддерживаются горизонтально установленными полимерными опорными изоляторами (см. рис. 2 и 3).Примеры включают одну линию без статического провода и с подвешенными разрядниками на всех трех фазах (рис. 2) и другую линию со статическим проводом, где разрядник установлен только на нижней фазе (см. рис. 3).

Рис. 2: Линия 69 кВ без статического провода и разрядников на всех трех фазах.

Рис. 3: Линия 69 кВ только со статическим проводом и нижним фазным разрядником.

Второй оцененный тип установки был на линии 69 кВ с обмоткой дятла (см. рис. 4 и 5).Вертикальный полимерный опорный изолятор поддерживает верхнюю фазу, а два горизонтально установленных полимерных опорных изолятора «спина к спине» поддерживают нижние фазы.Верхняя фаза имеет вертикально установленный разрядник, а две нижние фазы имеют боковые разрядники.Для нижних фаз использовались изоляторы с более высокими показателями изоляции, чтобы обеспечить достаточное пространство для подъема между фазами.

Рис. 4: Установка разрядника верхней фазы линии 69 кВ.

Рис. 5: Линия 69 кВ с дополнительной изоляцией для размещения места для подъема.

Третий тип установки – на линии 138 кВ без экрана на этом участке (см. рис. 6).Верхний фазный провод в этом примере поддерживается вертикально установленным полимерным опорным изолятором, а горизонтально установленные встречно-параллельные полимерные опорные изоляторы поддерживают две нижние фазы.Верхняя фаза имеет вертикально установленный разрядник, а две нижние фазы имеют боковые разрядники.

Рис. 6: Линия 138 кВ с разрядниками на всех фазах.

Пятый тип установки включал линию 138 кВ с двумя экранирующими проводами (см. рис. 7 и 8).В этом случае разрядники устанавливаются на всех трех фазах обеих цепей по всей длине.Установка на этой линии уникальна тем, что представляет собой двойную тупиковую конструкцию, в которой используются опорные изоляторы горизонтальной линии для поддержки разрядников для верхней и средней фаз.Нижние фазные разрядники подвешиваются к перемычке фазного провода.

Рис. 7: Линия 138 кВ с разрядниками на изоляторах.

Рис. 8: Крупный план линии 138 кВ.

Шестой тип установки представлял собой линию 69 кВ с одним экранирующим проводом (см. рис. 9).Для этой линии в зоне проводов используется дистанционное заземление для повышения эффективного BIL конструкции, а разрядники устанавливаются только на нижней фазе.Из-за зазора заземления был использован разрядник 88 MCOV для дополнительной длины, необходимой для перекрытия расстояния между фазным проводом и нижней точкой заземления конструкции.

Рис. 9: Линия 69 кВ с заземлением.

В рассмотренных седьмом и восьмом вариантах установки используется более старая технология разрядников из карбида кремния, и они устанавливаются на линиях 69 кВ без статических проводов (см. рис. 10 и 11).Разрядники в этих установках монтируются для защиты верхней фазы и поддерживаются вертикальным изолятором из фарфоровой опоры на вершине опоры.

Рис. 10: Линия 69 кВ с разрядником SiC.

Рис. 11: Линия 69 кВ с разрядником из карбида кремния с внешним зазором.

Установки с рекомендуемыми улучшениями

Был ряд случаев установки, где были рекомендованы улучшения.Несмотря на то, что они электрически функционируют в том виде, в котором они установлены, тем не менее, могут возникнуть проблемы с работой разрядника и другого оборудования или другие проблемы, если разрядник выйдет из строя.Для тех установок, где функциональность ОПН может быть нарушена, типичная проблема связана с длиной провода и/или его расположением.Например, в установках, где единственной проблемой была большая длина кабеля, существовал риск хлыстового удара по разрядникам (см. рис. 12) и возможной усталости кабеля в ветреную погоду (см. рис. 13 и 14).

Рис. 12: Линия 138 кВ с возможностью хлыстового замыкания на разрядник.

Рис. 13: Линия 138 кВ с возможным износом свинца.

Рис. 14: Линия 69 кВ с возможным износом свинца.

Для тех установок, где длина провода или расположение ОПН могли нарушить функциональность ОПН или другого оборудования, типичной проблемой было размещение и/или длина провода по отношению к соседней изоляции.Хотя в некоторых установках это происходило на токоведущем конце (см. рис. 15), более типичным явлением было на заземляющем проводе (см. рис. 16 и 17).В другом случае с нарушенной изоляцией разрядник давит на траверсу (см. рис. 18).Это ставит под угрозу изоляцию разрядника BIL, а также создает риск механической нагрузки на корпус разрядника, что может привести к преждевременному выходу из строя.

Рис. 15: Свинец задевает изоляцию разрядника.	Рис. 16: Проникновение свинца в изоляцию изолятора.
Рис. 17: Проникновение свинца в изоляцию изолятора.	Рис. 18: Корпус разрядника прижат к траверсе.

Другие случаи, когда рекомендовались улучшения, касались установок с конструктивными недостатками, такими как:

• чрезмерная длина провода, которая может привести к длительным отключениям в случае отказа разрядника (см. рис. 19 и 20),
• разрядник не может выпасть при срабатывании разъединителя (см. рис. 21–23), или
• недостаточный зазор от разрядника до фазного провода в случае отказа разрядника (см. рис. 24–27).

Хотя эти установки могут функционировать должным образом, если разрядник выйдет из строя, результатом будет многократное кратковременное или продолжительное отключение, пока не прибудет выездная бригада для устранения проблемы.В случае примера с чрезмерной длиной вывода это та же линия, что и на рис. 7. Рис.20 и 21 показывают типичную структуру вдоль этой линии.Для этого типа установки конструкция предусматривает, что верхний фазовый разрядник свешивается с фазного провода, а перемычка возвращается к столбу с заземляющим проводом.Чтобы приспособиться к этому, необходимо указать большую длину провода.Затем для средней фазы разрядник подвешивался к траверсе средней фазы с помощью хомута и подсоединялся к фазному проводу.Для крепления разрядника средней фазы к рычагу использовалась опорная лента с вертикально выступающим болтом в верхней части рычага.Учитывая, что верхний фазовый разрядник был смещен относительно плоскости конструкции, казалось, что его вывод свободен от каких-либо помех со стороны среднего фазового плеча.

Однако со временем стало ясно, что влияние качающегося на ветру поводка не было учтено.Длины провода было достаточно, чтобы зацепиться за выступающий вертикально болт полюсной ленты, на которой крепился разрядник средней фазы.В случае отказа разрядника и если провод останется зацепленным за выступающий болт, провод упадет прямо на разрядник средней фазы, что, вероятно, приведет к длительному отключению, пока полевая бригада не удалит его.

Рис. 19: Обзор структуры.

Рис. 20: Крупный план провода разрядника.

Другой обнаруженный недостаток конструкции связан с работой разъединителя, в результате чего разрядник, скорее всего, не выпадет из фазного проводника и приведет к тому, что линия останется в нерабочем состоянии, пока его не сможет снять полевая бригада.Кроме того, на рис. 23 показана конструктивная проблема, поскольку конструкция в этом случае имеет угол с достаточным натяжением проводника, чтобы подвесной зажим заходил на несколько зевов изолятора и сжимал их.

Рис. 21: Линия 69 кВ с усиленной изоляцией и разрядником MCOV 48 кВ.

Рис. 22: Линия 138 кВ с разрядником сбоку на изоляторе.

Рис. 23: Линия 138 кВ с разрядником сбоку на изоляторе.

Еще один недостаток конструкции, обнаруженный при визуальном осмотре, связан с недостаточным зазором между любым разрядником, выпавшим из строя, и фазным проводом.В случае отказа недостаточный зазор, вероятно, приведет к множественным кратковременным отключениям, поскольку разрядник и/или провод раскачиваются на ветру.В этом случае поврежденная линия должна быть отключена до тех пор, пока полевая бригада не снимет неисправный разрядник.

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