close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

137483

код для вставкиСкачать
Общая характеристика работы
Актуальность. Качество электроснабжения большинства потребителей
напрямую зависит от надежности работы воздушных линий электропередачи
(ВЛ). Одной из основных причин большого числа повреждений ВЛ является грозовая активность. Попадания молнии в провода, опоры и тросы ВЛ, а также в рядом стоящие объекты могут приводить к возникновению перенапряжений, достаточных для перекрытия линейной изоляции, а следовательно к дуговым замыканиям и отключениям ВЛ. Годовой ущерб электроэнергетики в России от отключений и повреждений, вызванных опасными погодными факторами составляет
около 30 млрд. руб. в год, из них не менее 15 % приходится на грозовые причины.
Поэтому проблема повышения эффективности грозозащиты и сокращения
числа отключений потребителей от источников электрической энергии очень актуальна, и ей уделяется повышенное внимание в энергосистемах.
В силу ряда объективных и субъективных причин надежность работы распределительных сетей 6-35 кВ является относительно низкой. К объективным
причинам низкой надежности ВЛ 6-35 кВ относится, в частности, весьма низкий
уровень импульсной прочности линейной изоляции. Поэтому на линиях традиционной конструкции практически каждый удар молнии в линию или вблизи нее
вызывает перекрытие изоляторов.
Для ВЛ 110-220 кВ несмотря на более высокий уровень изоляции грозовые
перенапряжения также представляют опасность. Особенно большое число грозовых отключений наблюдается в районах с малой удельной проводимостью грунтов, где невозможно добиться необходимого низкого сопротивления заземляющих устройств. На таких ВЛ тросовая защита оказывается неэффективной.
Увеличить надѐжность электроснабжения по ВЛ 6-35 кВ можно путѐм применения защищѐнных проводов, но тогда возникает новая проблема- пережог
провода при дуговых замыканиях. Грозозащита ВЛ 6-35 кВ и одновременно защита проводов от пережога может быть выполнена с использованием длинно –
искровых разрядников (РДИ).
Снизить число отключений на ВЛ более высоких классов напряжения можно
также с помощью разрядников, устанавливаемых на линии. Но применение технологии РДИ для ВЛ 110-220 кВ не представляется возможным, так как габариты
устройств чрезмерно увеличиваются (увеличивается длина кабеля-основы), а при
этом ужесточаются и условия работы изоляции кабеля-основы, увеличивается вероятность ее пробоя.
Цель работы. Основной целью работы явилась разработка новых типов
разрядников на классы напряжения 6-220 кВ, основанных как на принципе удлинения импульсного скользящего разряда (РДИ), так и имеющих в основе мультиэлектродную (МЭС) или мультикамерную системы (МКС).
3
Для практического достижения поставленной цели потребовалось решить
следующие задачи:
- разработать концепцию разрядника нового, антенного типа (РДИА);
- для создания РДИА на класс 35 кВ провести расчеты и экспериментальные исследования для определения конструкции, выбора необходимого типа провода и способа его подвески;
- для создания нового типа устройств разработать, изготовить и провести
лабораторные испытания образцов МЭС, а затем и МКС;
- разработать конструкции разрядников с МЭС и МКС, провести комплекс
испытаний: на гашение сопровождающего тока, при воздействии переменного
напряжения, импульсных воздействиях, протекании большого импульсного тока;
- провести технико-экономический анализ эффективности применения
разработанных устройств.
Научная новизна и практическая ценность. В настоящей работе предложена новая конструкция РДИ на класс напряжения 35 кВ, основным рабочим
элементом которого является сам провод ВЛ (защищенный провод ПЗВГ), и использующая новый принцип работы, при котором перекрытие (срабатывание)
разрядника происходит до попадания молнии в ВЛ, засчет наведения приближающимся каналом молнии, на установленной на рабочем элементе разрядника
антенне, высокого потенциала. А также предложено использовать изоляционные
свойства провода ПЗВГ для увеличения общей импульсной прочности изоляции
ВЛ. Разработанная система молниезащиты была смонтирована в 2007 г. на ВЛЗ
35 кВ (Респ. Коми).
Разработана и применена система разбиения канала разряда на части промежуточными электродами, что существенно увеличило эффективность серийно
выпускаемых РДИ на 6-10 кВ.
Предложены новые конструкции разрядников, использующие принцип разбиения дуги на большое (сотни) число малых дуг электродами, а также с покрытием электродов изоляцией из кремнийорганической резины, с отверстиями напротив межэлектродных промежутков для выхода наружу газоразрядных продуктов, т.е. с образованием миниатюрных дугогасящих камер. Обнаружен эффект
гашения «в импульсе», т.е. без протекания сопровождающего тока по разряднику.
Разработаны и испытаны новые конструкции разрядников, использующие данный принцип работы, в том числе разработан изолятор-разрядник (ИРМК). Разработанные устройства (разрядник для ВЛ 6-20 кВ- РМК-20 и изоляторразрядник ИРМК) применяются на действующих ВЛ с 2009 г. В том числе и на
ВЛ 220 кВ (с 2011 г., Ростовэнерго).
Разработанные способы молниезащиты воздушных линий с использованием устройств основанных на предложенных новых принципах работы уже при4
меняются на действующих воздушных линиях 6 –220 кВ, как традиционного исполнения, так и с изолированными проводами.
На защиту выносятся: принцип применения изоляции провода в качестве
рабочего тела длинно-искрового разрядника, а также способ организации перекрытия (срабатывания) разрядника до непосредственного попадания молнии в
ВЛ, засчет установки специального экрана, на котором происходит наведение
высокого потенциала при приближении лидера молнии. Принцип использования
изоляции провода для повышения импульсной прочности изоляции ВЛЗ 35 кВ.
Принцип увеличения дугогасящей способности искровых разрядников засчет
разбиения дуги на большое (сотни) число малых отрезков электродами, а также
изоляции электродов и мест разряда с образованием миниатюрных газоразрядных
камер. Способ молниезащиты ВЛ разрядниками, использующими данный принцип работы. А также результаты экспериментальных исследований, в частности
эффект гашения «в импульсе».
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались:
- на 2-ой и 3-ей «Российской конференции по молниезащите», Москва,
2010 г., С.Петербург, 2012 г.;
-на 3-ей и 4-ой научно-практической конференции «ЛЭП-2008», «ЛЭП2010», Новосибирск, 2008, 2010 г.г.;
-на 5-ом и 6-ом международном симпозиуме «Элтранс-2009», «Элтранс2011», С.Петербург, 2009, 2011 г.г.;
-на 29-ой международной конференции по молниезащите «ICLP 2008»,
Упсала (Швеция), 2008 г.;
-на 10-ой и 11-й конференции по молниезащите «SIPDA 2009», «SIPDA
2011», Форталенца (Бразилия), 2009, 2011 г.г.;
-на международной конференции CIGRE, Цавтат, Хорватия, 2008 г..
По теме диссертации в соавторстве опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из
введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Диссертационная работа изложена на 197 страницах машинописного текста, включает 108
рисунков, 33 таблицы, четыре приложения на 20 страницах и содержит список
литературы из 46 наименований.
Содержание диссертационной работы.
Во введении раскрывается актуальность темы исследования, ее практическая ценность и научная новизна, сформулированы основные цели диссертации,
описана структура работы.
В первой главе работы поясняются природа и причины молниевых повреждений ВЛ, сделан обзор существующих средств молниезащиты.
5
В пораженных молнией металлических объектах, в частности в токоведущих
элементах электрооборудования, за счет импульсов тока молнии возникают кратковременные, но высокие по амплитуде перенапряжения - до нескольких мегавольт. При этом возможны пробои и перекрытия изоляции даже в сетях высших
классов напряжения. Дуга, возникшая в месте повреждения, часто продолжает
гореть и после окончания импульса тока молнии, что на ВЛЗ 6-20 кВ в большом
числе случаев (порядка 10 %) приводит к пережогам проводов. Поэтому провода
ВЛЗ должны защищаться от пережога дугой промышленной частоты, возникающей после молниевого перекрытия изоляции ВЛ.
а)
б)
Рис. 1 Установление силовой дуги промышленной частоты после перекрыттия:
а) на линии с незащищенными проводами;
б) на линии с защищенными проводами
Рис. 2 РДИП-10-IV-УХЛ1
Рис. 3 Защита ВЛ ОПН и тросом
Кроме перенапряжений прямого удара, молния может вызвать на проводах и
тросах индуктированные перенапряжения, они значительно меньше перенапряжений прямого удара (не более 300 кВ), и представляют опасность лишь для ВЛ
до 35 кВ. В зависимости от рельефа местности, по которой проходит ВЛ, и от
степени еѐ экранированности соседними объектами число индуктированных перенапряжений, представляющих опасность для изоляции ВЛ 6-35 кВ, по сравнению с общим числом молниевых перенапряжений может изменяться в диапазоне
от 50% до 100%.
Из представленного в главе обзора видно, что молниезащита ВЛ различных
классов напряжения начиная с 6 кВ и продолжая до 220 кВ остается сложной за6
дачей и многие вопросы не решены и по сей день. Для ВЛ 6-20 кВ проблема молниевых отключений и пережогов проводов может быть решена с помощью ОПН
или РДИ, но ОПН может быть поврежден при прямом ударе молнии в ВЛ, а на
классы напряжения 15-20 кВ нет модификации РДИ.
Для класса 35 кВ и выше, основным способом молниезащиты остается подвешивание молниезащитного троса. Но эта мера мало эффективна при высоком
сопротивлении контуров заземления опор, так как при протекании тока молнии
по телу опоры и по заземлителю возникает большое падение напряжения, которое может привести к перекрытию изоляторов фаз. Кроме того, в районах с сильным гололедообразованием отказываются от применения тросов из-за частых их
обрывов. Поэтому до последнего времени наиболее эффективной мерой, обеспечивающей грозоупорность ВЛ 6-35 кВ, считалось применение АПВ.
Все чаще на ВЛ 35 кВ и выше применяют ОПН, но для классов напряжения
220 кВ и выше ОПН громоздки и дороги. Уже почти двадцать лет заграницей ведутся разработки изолятора-разрядника. Функции разрядника в таких устройствах также выполняет нелинейный элемент. Однако повреждение ОПН, встроенного в изоляционное тело изолятора может привести к его разрушению, поэтому
такие изоляторы-разрядники не нашли широкого применения.
Рис. 4 Эскиз изолятора-разрядника с нелинейными элементами
По результатам обзора сформулированы цели диссертации, это попытка решения еще не решенных задач и создание альтернативных устройств молниезащиты. А именно усовершенствование конструкции уже существующих устройств
(РДИ) и разработка их новых видов для ВЛ 35 кВ, а также создание ряда устройств с новым принципом работы.
Вторая глава посвящена длинно-искровым разрядникам (РДИ), пояснен
принцип работы РДИ, изложен процесс разработки РДИ антенного типа (РДИА).
Основная идея РДИА состоит в том, что благодаря антенне, подключѐнной к разряднику, происходит его перекрытие ещѐ до непосредственного контакта лидера
молнии с ВЛ. На стадии продвижения лидера молнии от грозового облака к ВЛ
на антенне наводится высокий потенциал, под действием которого формируется
и развивается скользящий разряд. Скользящий разряд перекрывает РДИ ещѐ до
того, как лидер молнии достигает линии. В данной диссертационной работе рас7
смотрен вариант конструктивного исполнения и проведены расчеты для РДИА,
основным элементом которого является провод ВЛ 35 кВ (трехслойный защищенный провод ПЗВГ).
Рис. 5 Конструктивное исполнение верхней фазы ВЛ:
1- траверса; 2 – изолятор; 3 – лодочка; 4 – прокладка из проводящего полимерного материала;
5 – провод ПЗВГ; 6 – прокусывающий зажим; 7 – антенна в виде тороида; 8 - спиральная вязка
антенны; 9 - силовая спираль; 10 – протектор
а)
б)
в)
Рис. 6 Иллюстрация молниезащиты ВЛЗ 35 кВ:
а) начало развития каналов разряда с узла крепления антенны;
б) полное перекрытие участка защищѐнного провода от лодочки до прокусывающего зажима;
в) удар молнии в линию, перекрытие изолятора.
1 – канал молнии; 2 – объѐмный заряд; 3 – жила провода; 4 – защитная изоляция; 5 – антенна в
виде тороида; 6 – прокусывающий зажим; 7 – канал разряда вдоль поверхности изоляции;
8 – поддерживающий зажим с протектором; 9 – канал перекрытия изолятора; 10 –опора
Подвеска проводов на промежуточной опоре осуществляется таким образом,
чтобы не повредить их изоляцию в местах крепления к изолятору. Экран в виде
тороида установлен на поверхности провода на расстоянии 0,7 м от узла крепления провода, с другой стороны экрана на расстоянии 0,7 м установлен зажим (6).
8
Следует обратить внимание, что наличие антенны на поверхности защищѐнного провода обеспечивает перекрытие участка защищѐнного провода между
прокусывающим зажимом и протектором по его поверхности при плавном нарастании напряжения, не опасном для изоляции защищѐнного провода.
Необходимая общая длина перекрытия (по изолятору и по участку защищѐнного провода), обеспечивающая погасание дуги сопровождающего тока, была
определена по формуле: L 
U
70 I 0, 41
, (при 20≤I≤600А).
Таким образом при токе 50 А и наибольшем фазном напряжении
Uфm =1,15∙35/3=23,3 кВ, общая длина перекрытия, обеспечивающая погасание
дуги, составляет L1,7 м.
Для оценки работоспособности системы был произведен расчет наведенного
на антенне потенциала. Напряжение, наведѐнное на антенне, зависит от погонного заряда вдоль приближающегося канала молнии. Погонный заряд может быть
приближѐнно связан с током молнии соотношением q0 
Iм
 100 , где Iм – ток
1,56
молнии, кА; q0- погонный заряд, мкКл/м.
Очевидно, что эффективность работы РДИ антенного типа целесообразно
проверить для молний с минимальным значением тока (5 кА) и для удара молнии
в провод в середине пролѐта. Эти условия соответствуют минимальному наведенному потенциалу.
При расчѐтах по методу эквивалентных зарядов канал молнии моделировался вертикальным цилиндрическим проводником с длиной 5000 м. При этом погонный заряд составлял 180 мкКл/м, т. е. общий заряд цилиндра, моделирующего
канал, составлял 0,9 Кл. Радиус цилиндра, моделирующего канал молнии, определялся
по
формуле
rм 
q0
180  10 6

 4м ,
2 0 E стр 2  3.14  8.85  10 12  0.8  10 6
где
Eстр =0,8 МВ/м напряжѐнность электрического поля в стримерной зоне отрицательно заряженного канала молнии.
Головка канала молнии моделировалась также отрезком цилиндра длиной
8 м с радиусом 4 м. Полный заряд головки принимался
qг  9q0 rм  9 180  4  6480 мкКл .
Заряд грозового облака не учитывался. На расстоянии около 100 м от поверхности земли начинает развиваться заключительная вспышка лидера, поэтому
расчѐт проведѐн для скорости продвижения канала молнии vк=3·106 м/с, высота
его нижнего конца над поверхностью земли изменялась от 300 м до 20 м. Расчѐты
показали, что потенциал канала остаѐтся равным примерно Uк≈20 МВ.
9
При продвижении канала молнии к земле увеличивается частичная ѐмкость
между каналом и антенной Cка. Антенна и еѐ узел крепления на поверхности провода имеют ѐмкость на землю Cаз. Параллельно Cаз включено сопротивление
утечки на землю R.
Рис. 7 Эквивалентная электрическая схема расчѐта потенциала антенны
Частичные ѐмкости между каналом молнии и антенной Cка и между антенной (с учѐтом электрода и стримеров скользящего разряда) и землѐй C аз рассчитаны по методу эквивалентных зарядов. Т.е. для определения частичной емкости
"канал - антенна" Ска на цилиндре, моделирующем канал молнии, задается потенциал равный условной единице, при этом частичная емкость Ска равна заряду
элементов эквивалентирующих антенну Cка 
Q .
1, 512
i
Аналогично для частичной
емкости "антенна-земля ".
Результаты вычисления частичных ѐмкостей Cка хорошо аппроксимируются
a
степенными функциями вида Cка  n , где a, n –параметры, H – высота канала
H
молнии над землѐй, м.
Если за ноль принять момент соприкосновения молнии с опорой ВЛ, а за τ
принять время, необходимое каналу молнии для прохождения воздушного промежутка до ВЛ, то высоту конца молнии над землѐй можно выразить формулой
H  h  S  h  vк , где vк – скорость продвижения канала молнии; S – промежуток между концом стримерной зоны лидера молнии и опорой или проводом ВЛ.
И соответственно получаем зависимость частичных ѐмкостей «канал – анa
a
тенна» от времени Cка  n 
. Для проведения расчетов были рассчиH
(h  vк ) n
таны коэффициенты аппроксимации «а» и «n» для различных габаритов антенны.
Расчѐты наведенного потенциала проведены с использованием программы
“MicroСap” для трѐх значений радиусов тороида Rтор =25, 30 и 35 см и трѐх значений радиусов трубы тороида r=0,5; 1 и 1,5 см. Сопротивление утечки принималось R=1 МОм, а скорость продвижения канала лидера - vк=3·106 м/с.
10
Рис. 8 Зависимости потенциала антенны от времени до окончательного пробоя
промежутка между молнией и ВЛ и от высоты молнии над землѐй, при радиусе
тороида Rтор =30 см и различных значениях радиуса его трубы r
Расчеты показали, что уже при высоте молнии 50 м. на антенне наводится
потенциал порядка 100 кВ, что достаточно для формирования требуемого канала
перекрытия вдоль провода.
Разработанная система молниезащиты проста и не требует больших финансовых затрат, в случае если на ВЛ используется провод ПЗВГ (трехслойный защищенный провод) или аналоги. Данная система молниезащиты вошла в проект
по реконструкции нескольких подстанций и строительству новой ВЛ в республике Коми для обеспечения электроснабжение Низевого и Макарьельского месторождений (ОАО «Лукойл»).
Также во второй главе проведена оценка числа отключений и вероятности
пережога проводов на ВЛЗ 35 кВ при различных вариантах молниезащиты. Проведенные расчеты показали целесообразность выполнения молниезащиты ВЛ без
молниезащитного троса с усилением линейной изоляции за счѐт использования
изоляционных свойств защищѐнного провода до уровня U50%=400 кВ и с установкой одного разрядника на верхнюю фазу.
Монтаж системы молниезащиты был осуществлен в октябре 2007 года. К
моменту написания данной работы (2012 г.) ВЛ с РДИ-А-35 отработала 4 грозовых сезона. За это время молниевых отключений ВЛ не было зафиксировано. Таким образом применение такой системы на действующей ВЛ доказало ее эффективность и перспективность использования на вновь проектируемых и реконструируемых ВЛ.
11
Третья глава посвящена разработке мультиэлектродной системы (МЭС), ее
испытаниям, разработке конструкций разрядников с ее применением. Кроме того,
проведенные работы позволили улучшить характеристики серийно выпускаемых
изделий для ВЛ 6 и 10 кВ. А именно, на РДИ стали устанавливаться дополнительные промежуточные электроды. Установка всего 15 таких электродов на рабочее плечо разрядника РДИП-10 увеличило величину сопровождающего тока,
который способно погасить устройство с 200 до 600 А. МЭС состоит из гораздо
большего числа электродов 50, 100 и более шт., с расстояниями между ними от
одного до нескольких мм. Конструктивно разрядник с МЭС представляет собой
отрезок кабеля, на который по спирали намотана лента с закрепленными на ней
электродами.
При испытаниях образцов с МЭС был выявлен эффект гашения «в импульсе», т.е. гашения за времена порядка 50-100 мкс и без протекания сопровождающего тока.
Рис. 9 Зависимости напряжения и тока МЭС m=200 от времени при
«гашении в импульсе»
Разрядник при работе подвергается воздействию как переменного (50 Гц),
так и молниевого (~200 кГц) напряжения. Для облегчения перекрытия разрядника
по электродам при воздействии молниевого напряжения необходима максимальная неравномерность напряжения между электродами, а для отсутствия перекрытий после прохождения импульса и приложении напряжения промышленной частоты, необходимо максимально выровнить распределение напряжения между
электродами. Первая задача выполняется сама собой, засчет имеющихся емкостей между электродами и жилой кабеля, вторая же была решена засчет применения слабо проводящей подложки под электродами (сопротивление между электродами от нескольких сотен до нескольких тысяч Ом). Был произведен расчет
распределения напряжения между электродами.
Рис. 10 Схемы замещения МЭС:
12
Рис. 11 Распределение напряжения между электродами, при R=3 кОм
Применение МЭС позволило уменьшить габариты устройств, был создан и
испытан ряд прототипов разрядников на 20 и 35 кВ. Разрядник с МЭС для ВЛ 35
кВ (РДИ-35 «петля-шлейф») был выпущен небольшой партией. В 2006 году разработанные разрядники были смонтированы на ВЛ 35 кВ в районе г. Нижневартовска. Таким образом, к моменту написания работы ВЛ 35 кВ с молниезащитой
выполненной на основе разрядников с МЭС отработала 5 грозовых сезонов и от
эксплуатирующей организации не было получено никаких нареканий по ее
работе.
Рис. 12 Разрядник РДИ-35-IV-УХЛ1-ПШ в момент испытаний
Очевидно, что конструкция разрядников с МЭС для ВЛ 35 кВ громоздка, но
полученные наработки и положительные результаты дали толчок к продолжению
исследований. Основным направлением которых с 2007 по 2012 г. стало создание
МЭС с изоляцией очагов разряда.
Четвертая глава охватывает работы по разработке мультикамерной системы (МКС), ее испытания, разработку новых конструкций разрядников и изоляторов-разрядников на классы напряжения 6-35 кВ. МЭС преобразуется в мультикамерную систему при покрытии электродов слоем изоляции (кремнийорганической резиной) с отверстиями напротив межэлектродных промежутков для выхода
наружу газоразрядных продуктов.
13
а) начало развития разряда
б) завершение развития разряда
Рис. 13 Мультикамерная система (МКС):
1
– профиль из силиконовой резины; 2 – промежуточные электроды;
3– дугогасящая камера; 4 – канал разряда
Благодаря тому, что разряды между промежуточными электродами происходят внутри камер, объѐмы которых весьма малы, при расширении канала создаѐтся высокое давление, под действием которого каналы искровых разрядов выдуваются наружу в окружающий разрядник воздух. Вследствие возникающего дутья и удлинения каналы разрядов охлаждаются, суммарное сопротивление всех
каналов увеличивается, происходит ограничение импульсного тока молниевого
перенапряжения. По окончании импульса молниевого перенапряжения к разряднику остаѐтся приложенным напряжение промышленной частоты. Однако вследствие большого сопротивления разрядника, и благодаря тому, что канал разбит на
множество элементарных каналов между промежуточными электродами, разряд
не может самостоятельно существовать и гаснет.
Как показали проведѐнные исследования, в разрядниках с МЭС и МКС возможны два типа гашения искрового разряда:
- при переходе сопровождающего тока 50 Гц через ноль ( «гашение в нуле»);
-при снижении мгновенного значения импульса молниевого перенапряжения
до определѐнного значения большего или равного мгновенному значению напряжения промышленной частоты («гашение в импульсе»).
Основной задачей экспериментальных исследований, была проверка дугогасящих характеристик образцов, для чего была выбрана испытательная схема и
создана экспериментальная установка.
Рис. 14 Синтетическая схема испытаний разрядников
14
В результате экспериментов с образцами, в которых варьировались: расстояние между электродами, габариты и форма камеры, материал, была выбрана
оптимальная конструкция МКС.
а) гашение «в импульсе»
б) гашение «в нуле»
Рис. 15 Осциллограммы напряжения и тока на МКС при гашении
На основе МКС разработан ряд устройств. Разрядник РМК-20 (для ВЛ 6-20
кВ) прошел все необходимые испытания и поставлен в серийное производство. К
2012 г. на ВЛ 6-20 кВ в РФ и зарубежом установлено более 10 тыс. шт. РМК-20.
Кроме того, разработаны методика, кронштейн и инструмент для осуществления
монтажа данного разрядника под напряжением. В 2010 г. осуществлен монтаж
порядка 800 шт. РМК-20 под напряжением (г. Лангепас).
Изолятор-разрядник мультикамерный (ИРМК-U120AD) на основе стеклянного тарельчатого изолятора. ИРМК состоит из стеклянного изолятора и наклеенной по периметру ребра МКС. МКС занимает примерно 5/6 ребра изолятора.
ИРМК был впервые установлен на ВЛ 35 кВ г. Камышин в 2009 г..
Часть устройств на основе МКС осталась в разряде макетов и опытных образцов. Сама идея МКС оказалась перспективной, обнаруженный еще при испытаниях МЭС и встречающийся еще чаще при испытаниях МКС эффект гашения
«в импульсе» показал перспективность выбранного направления исследований и
экспериментов.
Рис. 16 Разрядник РМК-20
15
Рис. 17 ИРМК на основе изолятора U120AD
В пятой главе изложены результаты работы по совершенствованию МКС и
изолятора-разрядника мультикамерного (ИРМК) для применения на ВЛ до 220
кВ. Сделанные расчеты вероятного числа отключений для ВЛ 110 кВ СоваСарымская 1,2 позволили выработать типовую схему расстановки защитных аппаратов в зависимости от сопротивлений заземляющих контуров опор, которую
можно применять и на других ВЛ. Монтаж ГИРМК на ВЛ Сова-Сарымская 1,2, в
соответствии с разработанной поопорной схемой расстановки, планируется осуществить в 2013 году.
Была проделана большая работа по изменению конструкции МКС для
ИРМК. В том числе с учетом требований по протекаемому при срабатывании току и заряду молнии. Для проведения испытаний на гашение и пропускную способность, с учетом более жестких требований, была модернизирована испытательная установка. В настоящее время во время испытаний на гашение моделируется импульс молнии с током до 30 кА 8/55 мкс (при напряжении до 300 кВ) и
сопровождающий ток до 10 кА. Установка позволяет проводить испытания с
пропусканием через образец заряда до 30 Кл. Проведен ряд испытаний ГИРМК220 кВ в лабораториях РФ и зарубежом (ВЭИ, НИИВА, 26 ЦНИИ, СибНИИЭ,
STRI). Проведена аттестации в системе ФСК ГИРМК-220 кВ. В 2011-2012 г. на
ВЛ 220 кВ ШГЭС-Ц30 (г. Ростов) смонтировано порядка 6 тыс. ИРМК. Дооснащение всей ВЛ (140 км) планируется к грозовому сезону 2013 г. На данной ВЛ
смонтирована не имеющая аналогов в РФ система комплексного мониторинга
грозовой активности, аварийных случаев и работы защитных аппаратов. ИРМК
разработанной конструкции были установлены на ряде других ВЛ 35 и 110 кВ, на
сегодняшний день эксплуатируется порядка 20 тыс. ИРМК.
Несмотря на существенные достоинства, существующая конструкция ИРМК
имеет ограничения по применению. Ограничение касается максимального тока
к.з. в месте установки ИРМК. Это связано с тем, что гашение сопровождающего
тока в большинстве случаев происходит в нуле, т.е. ток протекает по МКС относительно длительное время (до 10 мс), что естественно накладывает ограничение
на максимальный ток к.з., который может погасить ИРМК.
16
Рис. 18 Эскизы ИРМК с размерами и фото при испытаниях
Рис. 19 Фото ГИРМК смонтированных на ВЛ 220 кВ
Шестая глава посвящена технико-экономическому обоснованию применения изоляторов-разрядников на ВЛ. Расчет выполнен на примере ВЛ 110 кВ
Сова-Сарымская 1,2. В рамках данного исследования в качестве дохода от использования ГИРМК было принято снижение затрат, связанных с уменьшением
количества отключений ВЛ: уменьшение ущерба от перерыва электроснабжения,
уменьшение затрат на ликвидации аварий.
Расчеты показали, что срок окупаемости данного проекта составляет 17,5
лет. А внутренний коэффициент экономической эффективности составил 6,9%,
что соответствует рыночным показателям.
Основные результаты работы и выводы
1. Разработан длинно-искровой разрядник нового антенного типа, в основе
которого сам провод ВЛ (трехслойный защищенный провод ПЗВГ для ВЛ 35 кВ).
Произведен расчет наведенного потенциала на антенне при приближении канала
молнии. Разработана и испытана «бережная» подвеска провода ПЗВГ, повышающая импульсную прочность изоляции ВЛ. Выполнен монтаж РДИА-35 на ВЛ
(2007 г., протяженность 60 км). Разработанный метод молниезащиты прост и дешев при реализации на ВЛЗ-35 кВ.
2. По результатам проведенных исследований на серийно выпускаемых
РДИ стали применяться промежуточные электроды, что повысило их дугогасящую способность (для РДИП-10 сопровождающий ток, при котором происходит
17
гашение увеличился с 200 до 600 А). РДИ с промежуточными электродами выпущено порядка 0,5 млн. шт..
3. Разработана мультиэлектродная система, при работе которой наблюдается эффект гашения «в импульсе». На основе МЭС разработан ряд устройств для
ВЛ 20-35 кВ. Произведена установка разрядников с МЭС на ВЛ 35 кВ (2006 г.).
4. Разработана мультикамерная система и ряд устройств на ее основе. Запущен серийный выпуск разрядника РМК-20 (с 2009 г., на 2012 г. в эксплуатации
10 тыс. шт.). Разработаны методика, кронштейн и оснастка для монтажа РМК-20
под напряжением (осуществлен первый монтаж в 2010 г.).
5. Разработан изолятор-разрядник мультикамерный ИРМК-U120AD (в эксплуатации на ВЛ 35 кВ с 2009 г., на 2012 г. установлено 20 тыс. шт.).
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:
1. Калакутский, Е.С. Система защиты ВЛ 35 кВ с защищенными проводами от
грозовых перенапряжений и их пережога / Е.С. Калакутский, Г.В. Подпоркин // Энергетик. - 2006. - № 10. - С. 19 - 23.
2. Грозозащита ВЛ 10-35 кВ и выше с помощью мультикамерных разрядников и изоляторов-разрядников / Е.С. Калакутский, Г.В. Подпоркин, Е.Ю.
Енькин [и др.] // Электричество. - 2010. - №10 - С. 11 - 16.
3. Патент на изобретение 2346368 РФ. Разрядник для грозозащиты и линия
электропередачи, снабженная таким разрядником / Е.С. Калакутский, Г.В.
Подпоркин. - № 2007131216/09 ; заявл. 16.08.2007 ; опубл. 10.02.2009.
4. Патент PCT/RU2009/000006 Международный. Lightning arrester and a power
transmission line provided with such an arrester / E.S. Kalakutsky, G.V. Podporkin. заявл. 19.01.2009 ; опубл. 22.07.2010 - № WO/2010/082861.
5. Патент на полезную модель 109925 РФ. Разрядник, высоковольтный изолятор с разрядником и высоковольтная линия электропередачи, использующая данный изолятор / Е.С. Калакутский, Е.Ю. Енькин, Г.В. Подпоркин
[и др.]. - № 2011119932/07 ; заявл. 19.05.2011 ; опубл. 27.10.2011.
6. Патент на полезную модель 111359 РФ. Разрядник, высоковольтный изолятор с разрядником и высоковольтная линия электропередачи, использующая данный изолятор / Е.С. Калакутский, В.Е. Пильщиков, Г.В. Подпоркин
[и др.]. - № 2011131940/07 ; заявл. 29.07.2011 ; опубл. 10.12.2011.
7. Патент на полезную модель 111719 РФ. Разрядник, высоковольтный изолятор с разрядником и высоковольтная линия электропередачи, использующая данный изолятор / Е.С. Калакутский, В.Е. Пильщиков, Г.В. Подпоркин
[и др.]. - № 2011133520/07; заявл. 10.08.2011 ; опубл. 20.12.2011.
18
Другие статьи и материалы конференций:
1. Калакутский, Е.С. Разработка разрядников для грозозащиты ВЛ 20-35 кВ/
Е.С. Калакутский, Г.В. Подпоркин, В.Е. Пильщиков [и др.] // Сборник докладов третьей научно-практической конференции ЛЭП 2008. - Новосибирск, 2008. - С. 165 - 169.
2. Kalakutsky, E.S. Lightning overvoltage and conductor-burn protection system
for 35 kV overhead lines with covered conductors / E.S. Kalakutsky, G.V. Podporkin // 29th International Conference of Lightning Protection- ICLP 2008. Uppsala (Sweden), 2008. - p.6.30.1-7.
3. Kalakutsky, E.S. Lightning protection of electric power overhead distribution
lines by long-flashover arresters in Russia / E.S. Kalakutsky, G. V. Podporkin,
V.E. Pilshikov [at alias] // CIGRE 2008. - Paris, 2008.
4. Kalakutsky, E.S. Lightning protection of overhead lines rated at 3-35 kV and
above with the help of multi-chamber arresters and insulator-arresters / E.S. Kalakutsky, G.V. Podporkin, V.E. Pilshikov [at alias] // X SIPDA 2009. - Curitiba
(Brazil), 2009.
5. Калакутский, Е.С. Молниезащита ВЛ 6-220 кВ мультикамерными разрядниками и изоляторами-разрядниками / Е.С. Калакутский // Сборник докладов четвертой научно-практической конференции ЛЭП 2010. - Новосибирск, 2010. - С. 153 - 158.
6. Kalakutsky, E.S. Lightning protection of overhead lines rated at 3-35 kV and
above with the help of multi-chamber arresters and insulator-arresters / E.S. Kalakutsky, G.V. Podporkin, V.E. Pilshikov [at alias] // APEMC 2010. - Beijing,
2010. - p.1247-1250.
7. Kalakutsky, E.S. Development of multi-chamber insulator-arresters for lightning
protection of 220 kV overhead transmission lines / E.S. Kalakutsky, G.V. Podporkin, V.E. Pilshikov [at alias] // XI SIPDA 2011. - Fortaleza (Brazil), 2011. p.160-165.
8. Kalakutsky, E.S. Overhead lines lightning protection by multi-chamber arresters
and insulator-arresters / E.S. Kalakutsky, G.V. Podporkin, V.E. Pilshikov [at
alias] // IEEE Transaction on power delivery. - January 2011. - vol.26. - №.1. p.214-221.
19
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
1 558 Кб
Теги
137483
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа