close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

107302

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ФРОЛКИН ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ И РАЗРАБОТКА
СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ПЕРСОНАЛА ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ
ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ
Специальность 05.14.02 – Электрические
станции и электроэнергетические системы
Автореферат диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Новосибирск – 2013
Работа выполнена в ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная
академия водного транспорта» (ФБОУ ВПО «НГАВТ»)
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Горелов Валерий Павлович
Официальные оппоненты: Качесов Владимир Егорович, доктор
технических наук, профессор ФГБОУ
ВПО «Новосибирский государственный
технический университет»
Полищук
Владимир
Иосифович,
кандидат технических наук, доцент,
ФГБОУ
ВПО
«Национальный
исследовательский
Томский
политехнический университет, зав.
кафедрой «Электрические сети и
электротехника»
Ведущая организация: филиал ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» –
Сибирский НИИ энергетики
Защита состоится 22 марта 2013 г. в 13 часов (ауд. 227) на
заседании диссертационного совета Д 223.008.01 при ФБОУ ВПО
«Новосибирская государственная академия водного транспорта» по
адресу: 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФБОУ ВПО
«НГАВТ» (тел/факс (383) 222-49-76; E-mail: nsawt_ese@mail.ru;
ese_sovet@mail.ru).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФБОУ ВПО
«Новосибирская государственная академия водного транспорта»
Автореферат разослан
Учёный секретарь
диссертационного совета
01 февраля 2013 г.
Малышева Елена
Павловна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Основными элементами связи энергосистем
являются воздушные линии электропередачи (ВЛ) классов напряжения
(220 – 750) кВ. Возросшие требования к надёжности межсистемных ВЛ и
экономические потери при плановых и случайных отключениях диктуют
необходимость проведения работ по обслуживанию и ремонту ВЛ без
вывода их из работы, т.е. без отключения напряжения. Производство
ремонтных работ под напряжением (ПРН) практикуется уже в течение
десятков лет, в том числе в России и в странах ближнего зарубежья.
Центральной проблемой при ПРН была и остаётся проблема обеспечения безопасности персонала. В обеспечении безопасности ПРН кроме общих правил охраны труда особо выделяется проблема исключения
перекрытий воздушных промежутков в зоне ПРН. Указанную проблему
решают адекватным выбором минимальных изоляционных расстояний в
зоне ПРН, обеспечивающих требуемую электрическую прочность не
только при воздействии рабочего напряжения ВЛ, но и при воздействии
случайных коммутационных повышенных напряжений.
Исследования Александрова Г.Н., Базеляна Э.М., Гайворонского
А.С., Кадомской К.П., Качесова В.Е., Овсянникова А.Г., Тиходеева
Н.Н. и других отечественных и зарубежных учёных, посвящённых проблеме координации внутренних и атмосферных перенапряжений с
электрической прочностью изоляции ВЛ, послужили базисом работ по
обеспечению электробезопасности ПРН. Однако задачи обеспечения
безопасности ПРН обширны и продолжают оставаться в поле внимания
исследователей многих стран, работающих в СИГРЭ и МЭК.
К таким задачам можно отнести, например, оценку степени риска
ПРН при удалённых грозовых воздействиях. Имеет место проблема
недостаточных изоляционных расстояний в зоне ПРН на ряде типов
опор ВЛ. Отсутствуют защитные аппараты для ограничения амплитуды
повышенных напряжений и предотвращения перекрытия изоляционных промежутков в зоне ПРН. Весьма неопределённые аспекты сопровождают подготовительные операции, предшествующие ПРН. Решение
перечисленных проблем и вопросов весьма актуально.
Объектом исследования являются ремонтные работы под напряжением на воздушных линиях электропередачи классов напряжения
(220 – 750) кВ.
Предметом исследования являются процессы, влияющие на
безопасность ремонтного персонала и соответствующие защитные мероприятия.
3
Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в
соответствии: с научными направлениями технического комитета № 78
«Работы под напряжением» Международной электротехнической комиссии (МЭК); с научной целевой комплексной темой «Разработка мероприятий по повышению надёжности работы оборудования в условиях пониженных температур» (гос. регистр. № 0188.0004.137) и планом
НИОКР «Электромагнитная совместимость технических средств» (гос.
регистр. № 01201180542) ФБОУ ВПО «НГАВТ».
Идея работы заключается в создании и применении защитных
аппаратов для ограничения амплитуды волн коммутационных напряжений и предотвращения перекрытия изоляционных промежутков в
зоне производства ремонтных работ под напряжением.
Целью работы является разработка научных положений, технических средств и рекомендаций, позволяющих повысить безопасность
персонала при выполнении работ под напряжением. Для достижения
этой цели в работе ставились и решались следующие взаимосвязанные
научно-технические задачи:
− провести расчёты повышенных напряжений, которым могут подвергнуться изоляционные промежутки на ВЛ при атмосферных и коммутационных процессах;
− разработать технические требования к защитным аппаратам, которые можно применить для обеспечения безопасности персонала при
проведении работ под напряжением на ВЛ 220, 330 и 500 кВ;
− изготовить опытные образцы защитных аппаратов;
− разработать программу и провести высоковольтные испытания
опытных образцов защитных аппаратов;
− совместно с производителем опытных образцов разработать проект технических условий на защитные аппараты;
− разработать технические требования к периодическим испытаниям и эксплуатационному контролю защитных аппаратов;
− разработать рекомендации по предварительному диагностированию оборудования, назначенного к обслуживанию под напряжением;
− усовершенствовать методику оценки риска и разработать общий
алгоритм подготовки к производству работ под напряжением.
Методы исследования. В процессе выполнения исследований
применялись: анализ и обобщение данных из литературных источников, методы теоретических основ электротехники и теории электриче-
4
ских сетей, методы математической статистики и теории вероятностей,
расчёты по универсальным и специализированным компьютерным
программам.
На защиту выносятся:
1 Результаты расчётов искажения формы и затухания атмосферных волн повышенных напряжений при их распространении по проводам линии электропередачи классов напряжения (220 – 750) кВ.
2 Результаты расчётов амплитуд повышенных напряжений и их
распределения по длине линий классов напряжения 220 и 500 кВ при
случайных однофазных коротких замыканиях и автоматических повторных включениях.
3 Определённое расчётным путём интегральное распределение
плотности вероятности длительности фронта повышенных напряжений
при коммутационных процессах.
4 Технические требования к характеристикам защитных аппаратов ОПН-ПРН, в том числе, к условиям координации комбинированной
вольтамперной характеристики ОПН-ПРН с электрической прочностью
зоны ПРН.
5 Конструкции защитных аппаратов ОПН-ПРН (220 – 500) кВ и
результаты их высоковольтных испытаний.
6 Новые элементы в оценке риска верховых электромонтёров.
7 Рекомендации по периодическим испытаниям и эксплуатационной проверке работоспособности защитных аппаратов.
8 Рекомендации по предварительному диагностированию электрооборудования, подлежащего обслуживанию или ремонту под напряжением.
9 Рекомендации по общему порядку подготовки к производству
работ под напряжением.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций
Достоверность обеспечена применением в экспериментах сертифицированного испытательного оборудования, поверенных измерительных приборов и стандартных методов высоковольтных испытаний,
использованием для расчётов лицензированного программного обеспечения. Особенностью работы являлся консервативный (перестраховочный) сценарий обработки результатов и погрешностей расчётов, оправданный поставленной целью обеспечения безопасности ремонтного
персонала.
5
Обоснованность выводов и рекомендаций работы подтверждена
публикациями и обсуждениями результатов исследований на международных и всероссийских научно-технических конференциях и симпозиумах, а также практической реализацией полученных результатов.
Научная новизна работы характеризуется следующими новыми
научными положениями:
− получены новые данные по затуханию волн атмосферных напряжений при распространении их по проводам ВЛ с учётом погонных
параметров линии и зависимости активного сопротивления фазных
проводов от частоты, удельного электрического сопротивления грунтов, потерь энергии в грозозащитных тросах и на корону;
− расчётным путём обосновано отсутствие влияния на электробезопасность производства ремонтных работ под напряжением дальних
прямых ударов молнии в провода ремонтируемой линии;
− в результате статистических исследований определены интегральные функции распределения плотности вероятности длительности
фронта и максимальные кратности волн коммутационных повышенных
напряжений на воздушных линиях электропередачи 220 и 500 кВ;
− на основе полученных данных разработаны основные технические требования к характеристикам защитных аппаратов ОПН-ПРН;
− предложены новые элементы методики расчёта степени риска
ремонтного персонала.
Теоретическая значимость работы заключается в развитии вероятностного подхода оценки степени риска производства ремонтных
работ под напряжением, заключающемся в применении расчётных разрядных характеристик зон ПРН и расчётных воздействий, сопровождающих коммутационные процессы, а также повышенных напряжений
атмосферного происхождения с формой волны, соответствующей пробегу ею 10 километров линии.
Практическая значимость результатов работы заключается в
расширении номенклатуры электроустановок, намечаемых к обслуживанию и ремонту под напряжением, за счёт применения разработанных
защитных аппаратов. В опытных образцах ОПН-ПРН 220 и 500 кВ реализованы условия координации их вольтамперных характеристик и
разрядных характеристик зоны ПРН. Разработан способ и устройство
для эксплуатационной проверки модулей ОПН-ПРН. Обоснован выбор
методов диагностического обследования подлежащего ремонту оборудования. Разработаны рекомендации по порядку подготовки к произ-
6
водству работ под напряжением. Совокупность полученных результатов представляется решением важной научно-технической задачи,
имеющей большое хозяйственное значение для электросетевого хозяйства страны.
Реализация работы. Опытные образцы ОПН-ПРН 220, 330 и
500 кВ переданы в опытно-промышленную эксплуатацию в ОАО
«Электросетьсервис ЕНЭС» и готовятся к аттестации в ОАО «ФСК
ЕЭС». Рекомендации по применению защитных аппаратов ОПН-ПРН
220 и 500 кВ внедрены в МЭС Сибири и МЭС Западной Сибири с суммарным ожидаемым годовым экономическим эффектом 880 тыс. руб.
при сроке окупаемости капитальных вложений менее двух лет.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на второй Российской конференции по молниезащите, Москва, 2010; международной
юбилейной научно-технической конференции «Обновление флота –
актуальная проблема водного транспорта на современном этапе», Новосибирск, 2011; на семнадцатом международном симпозиуме по технике высоких напряжений, Ганновер, Германия, 2011; пятой Российской научно-практической конференции с международным участием
"Линии электропередачи 2012: проектирование, строительство, опыт
эксплуатации и научно-технический прогресс", Новосибирск, 2012 г.
Личный вклад. Постановка научно-исследовательских задач и
их решения, научные положения, выносимые на защиту, основные выводы и рекомендации диссертации принадлежат автору. Личный вклад
в работах, опубликованных в соавторстве, показан в Приложении А
диссертации и составляет не менее 55 %.
Публикации. Содержание работы изложено в 15 научных трудах, в том числе, в двух статьях периодических изданий по перечню
ВАК.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 103 наименований и четырёх приложений. Содержание изложено на 176 страницах машинописного текста, который поясняется
61 рисунком и 20 таблицами.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цели и научные задачи исследования; приведены основные
научные результаты, выносимые на защиту; показана научная новизна
7
исследований и оценена их практическая значимость; отражены уровень апробации и личный вклад соискателя в решении научных задач;
даны структура и объём диссертационной работы, а также объём публикаций.
В первой главе приведён обзор мировых технологий производства ремонтных работ под напряжением. Критически проанализированы вопросы обеспечения безопасности ремонтного персонала, особенно верховых электромонтёров, работающих на потенциале провода.
Выделены вопросы, требующие дальнейших исследований и решения.
Во второй главе рассматривается вопрос о влиянии на безопасность ПРН волн повышенных напряжений атмосферного происхождения. Оно должно учитывать вероятностный характер явления: время
ПРН редко совпадает с грозовой обстановкой, прямые удары молнии в
ВЛ, а, тем более, прорывы молнии сквозь тросовую защиту, имеют
свою невысокую вероятность и т.д. В первом приближении можно ограничиться рассмотрением только тех видов повышенных напряжений,
которые возникают вследствие прямых ударов молнии в тросы, опоры
и провода ВЛ, а из их числа исключить срезанные волны вследствие
большого затухания их амплитуды после прохода отрезка ВЛ длиной
10 км и более, оставив только полные волны с амплитудой, равной выдерживаемому напряжению изоляции ВЛ. В приближённых оценках
изоляционных промежутков, необходимых для исключения перекрытия
в зоне ПРН, учитывалось затухание амплитуды UL волны, после пробега участка линии по эмпирическому выражению Фауста-Менжера
U0
,
(1)
UL =
k ⋅ l ⋅U 0 + 1
где U0 – первоначальная амплитуда, кВ; l - длина пробега волны, км; k –
коэффициент пропорциональности k = 0,0001, 1/км.
Амплитуду полной волны в точке удара молнии в (1) приравнивали к выдерживаемому напряжению U0 , величина которого определялась как разность (U50% – 3σ). Расчёт минимальных изоляционных расстояний в зоне ПРН производился, исходя из минимального разрядного
градиента, равного 500 кВ/м и поправки на 3σ (σ ≈ 1 %)
U
гроз
(2)
lмин
= 1,03 ⋅ L .
500
Параллельно было выполнено моделирование процесса распространения волны в программе для расчёта электромагнитных переход-
8
ных процессов МАЭС, разработанной в Сибирском научноисследовательском институте энергетики. Эти расчёты показали значительно меньшее затухание амплитуды перенапряжения, чем по формуле (1). Однако необходимые для безопасной работы промежутки, рассчитанные по (2) оказались меньше на (6,5 – 35) %, чем это требует
ГОСТ. Иначе говоря, изоляционные промежутки, которые выдерживают напряжения коммутационных процессов, в достаточной мере обеспечивают безопасность и от набегающих атмосферных волн напряжений.
В более строгой постановке задачи моделирование, которое выполнялось в программе для расчёта электромагнитных переходных
процессов ATP-EMTP (Alternative Transients Program - Electromagnetic
Transients Program). В качестве математической модели линии, приведённой на рисунке 1, использовалась частотно-зависимая модель линии J. Marti
а
б
Рисунок 1 – Схема расчёта деформации и затухания волны при её
распространении по линии электропередачи; а – без учёта короны; б – с
учётом короны
Входными параметрами для модели являлись геометрические
размеры линии. При этом учитывалась не только высота подвеса провода, но и стрела провеса. Кроме того учитывалась зависимость активного сопротивления провода от частоты, т.е. скин-эффект.
Влияние земли оценивалось по модели Карсона с удельным электрическим сопротивлением грунта ρз = 50, 100, 300, 600 и 1000 Ом×м.
Грозозащитный трос моделировался вводом в математическую модель
дополнительно одного или двух (для ВЛ 750 кВ) фазных проводов с
параметрами троса марки С–70. Модель опоры состояла из четырёх
последовательно соединённых линий с распределёнными параметрами.
9
В каждую часть схемы замещения введены ветви параллельного соединения активного сопротивления, (R), и индуктивности, (L).
⎛ ⎞
(3)
Ri = Δ Ri ⋅ X i ; Li = 2τ ⋅ Ri ; ΔR1 = ΔR2 = ΔR3 = 2 Z t1 ⋅ ln ⎜ 1 ⎟;
⎜α ⎟
h − x4
⎝ 1⎠
⎛ 1 ⎞
2Z t 4
(4)
⋅ ln⎜⎜ ⎟⎟,
h
⎝ α4 ⎠
где h – высота опоры; τ = h / c0 – время распространения волны вдоль
опоры, а c0 = 300 м/мкс – скорость света в вакууме; α1 = α4 = 0,89 – коэффициенты затухания.
Сопротивление заземления опоры, (Rf), моделировалось линейным сопротивлением величиной 10 Ом. Корона на проводах ВЛ моделировалась как ёмкость и проводимость, подключённые параллельно к
фазной ёмкости линии. Проводимость рассчитывалась приближённо
0 , 62
⎡
⎛ U − U н ⎞⎤ ⎡ См ⎤
⎛ f ⎞
(5)
⎟⎟⎥, ⎢
G ≈ 10 −9 ⋅ ⎜ ⎟ ⋅ ⎢1 − exp⎜⎜ м
⎥,
⎝ 50 ⎠
⎝ U м ⎠⎦ ⎣ м ⎦
⎣
где f – частота, принималась равной 100 кГц, Uм/Uн – кратность повышенного напряжения по отношению к начальному напряжению короны.
Кратность повышенных напряжений выбиралась путём нескольких итераций. Учитывалась и динамика ёмкости коронирующей линии
СД 4
U
(6)
= ⋅ В⋅3 м ,
ΔR4 =
С0
3
Uн
где С0 – геометрическая ёмкость коронирующей линии; В = 0,85 при
отрицательной и В = 1,02 при положительной полярности напряжения.
Корона моделировалась как дополнительная ёмкость, подключённая параллельно ёмкости фазы с величиной (СД – С0).
Молния моделировалась импульсом тока с с нулевой производной тока в начальный момент времени и формой волны 1,2 / 50 мкс.
Числовые значения исходных и расчётных данных для воздушных линий электропередачи (220 – 750) кВ приведены в таблице 1.
На рисунке 2 информация о расчётных данных, приведена в графическом виде: в относительных единицах приведены амплитуда и
фронт волны после пробега ею 10 км ВЛ рассматриваемых классов напряжения и с грунтами различного удельного сопротивления. Видно,
что амплитуда набегающей волны снижается, а длительность фронта
10
увеличивается при увеличении удельного электрического сопротивления земли, (ρз), и при увеличении класса напряжения ВЛ.
Таблица 1– Оценки затухания и искажения атмосферных волн
напряжения на линиях электропередачи (220 – 750) кВ
Удельное сопротивление земли, ρз, Ом×м
50
100
300
600
1000
ВЛ 220 кВ, одноцепная; Iмолнии = 7,5 кА
U0, кВ
998
1002
1009
1014
1019
Ul = 10 км + корона + трос, кВ
774
757
732
717
707
τфр (l = 10 км + кор. +трос) , мкс
5,8
7
9,2
10,6
11,8
ВЛ 220 кВ, двухцепная; Iмолнии = 7,5 кА
U0, кВ
1022
1025
1030
1035
1038
Ul = 10 км + корона + трос, кВ
823
802
768
745
730
τфр (l = 10 км + кор. +трос) , мкс
4,2
5,1
7
8,5
9,8
ВЛ 330 кВ, одноцепная; Iмолнии = 12 кА
U0, кВ
1423
1429
1442
1452
1460
Ul = 10 км + корона + трос, кВ
1102
1074
1031
1007
991
τфр (l = 10 км + кор. +трос) , мкс
6,3
7,7
10,4
12,2
13,7
ВЛ 500 кВ, одноцепная; Iмолнии = 15 кА
U0, кВ
1630
1640
1660
1680
1691
Ul = 10 км + корона + трос, кВ
1227
1199
1157
1133
1117
τфр (l = 10 км + кор. +трос) , мкс
7,6
9
11,9
13,6
15,2
ВЛ 750 кВ, одноцепная; Iмолнии = 21 кА
U0, кВ
2200
2208
2230
2250
2260
Ul = 10 км + корона + трос, кВ
1629
1593
1531
1495
1467
τфр (l = 10 км + кор. +трос) , мкс
5,9
7
9,2
10,9
12,3
Параметр
Полученные в результате более строгого моделирования амплитуды напряжений превышали значения, полученные при упрощённом подходе, тем не менее, вывод о ничтожном влиянии повышенных напряжений при атмосферных процессах по сравнению с коммутационными, остался неизменным.
Технический комитет 78 МЭК счёл возможным отразить предложение автора о безопасности удалённых разрядов молнии в новой редакции стандарта МЭК 61472, точнее, в приложении В2: «Грозовые перена-
11
пряжения могут вызвать перекрытие изоляции в точке удара молнии в
ВЛ. Тем не менее перенапряжения ослабляются при пробеге участка ВЛ
в 10 км и более, так что не влияют на вероятность перекрытия изоляционных промежутков в зоне ПРН».
а
б
Рисунок 2 – Распределение амплитуд (а) и длительности фронта
волны (б) в о.е. после пробега волной 10 км линии электропередачи
различных классов напряжения и удельного сопротивления земли
В третьей главе приведены методика и расчётные оценки и длительностей фронтов повышенных напряжений при коммутационных
процессах. Все расчёты производились в программе МАЭС для следующих видов коммутаций: однофазные короткие замыкания (КЗ) на ВЛ 220
и 500 кВ; трёхфазное автоматическое повторное включение (ТАПВ) ВЛ
220 кВ; однофазное автоматической повторное включение (ОАПВ) ВЛ
500 кВ. В результате моделирования определены кратности и форма
коммутационных повышенных напряжений (рисунки 3 и 4).Полученные
данные могут быть использованы для «перестраховочной» оценки риска
ПРН. Частные выводы состоят в следующем:
- при КЗ на ВЛ 220 кВ высокие кратности напряжений сосредоточены в средней части ВЛ, поэтому на участках линии, прилегающих к
подстанциям работать под напряжением более безопасно;
- на ВЛ 500 кВ максимальные напряжения возникают, в основном,
при ОАПВ крайней фазы. При ОАПВ средней фазы напряжения значительно меньше и сосредоточены только в средней части ВЛ. В любом
случае меньшие уровни напряжений следует ожидать в последней четверти ВЛ (счёт от питающей ПС).
12
Рисунок 3 – Максимальные кратности напряжений при ТАПВ ВЛ 220 кВ и
при вариации места КЗ и места ПРН
Рисунок 4 – Максимальные кратности
напряжений при КЗ в разных точках ВЛ
500 кВ с последующим ОАПВ
Параллельно статистическими
расчётами
было получено распределение импульсов повышенных напряжений по
длительностям фронтов
(рисунок 5).
Их долю важно знать, потому что длительность
фронта влияет на электрическую
прочность
воздушных промежутков.
Применительно к реальным формам повышенных
напряжений определение
длительности
фронта
весьма затруднительно. В
данной работе длительность фронта отсчитывалась с момента достижения напряжения общей
короны на проводе ВЛ до
максимума напряжения
во время переходного
процесса.
Зависимость
напряжения перекрытия
воздушного промежутка
«провод – стойка опоры»
от длительности фронта,
описывается
эмпириче-
ским выражением
где U 50,кр
2
⎡
TФ,кр
⎛ TФ,кр ⎞ ⎤ ,
(7)
⎜
⎟
⎢
U 50 (TФ ) = U 50,кр ⋅ 1,255 − 0,51
+ 0,255 ⋅ ⎜
⎟ ⎥
ТФ
⎢⎣
⎝ Т Ф ⎠ ⎥⎦
(кВ) – прочность при критической длительности фронта;
TФ.кр = 45⋅ d - критическая длительность фронта; d – длина воздушного
промежутка, м.
13
Из приведённых зависимостей видно, что доля
повышенных напряжений
с длительностью фронта
близкой к критической не
превышает 5 %.
В ряде случаев оказывается
невозможным
обеспечить требуемые по
электрической прочности
изоляционные промежутки в зоне ПРН. В таких
случаях выручить могут
защитные аппараты. Для
Рисунок 5 – Интегральные функции защиты ремонтного перраспределения вероятности длительности сонала при ПРН подвесфронта повышенных напряжений
ные ограничители напряжений предпочтительнее
защитных искровых промежутков, потому что срабатывание искровых
промежутков приводит к крайне нежелательному явлению – отключению ВЛ из-за сопровождающего тока дугового замыкания. Кроме того,
дуговое замыкание вблизи зоны ПРН чревато серьёзными психологическими воздействиями на членов бригады. Безальтернативным вариантом
в этом случае остаётся применение защитных аппаратов на основе ОПН.
В третьей редакции стандарта МЭК по минимальным расстояниям приближения отмечается, что для ограничения повышенных напряжений применение ОПН предпочтительнее, чем использование защитных искровых промежутков, т.к. их срабатывание не вызывает срабатывания устройств РЗА и
выключателей. Приведённая фраза появилась по предложению Российского
национального комитета МЭК, хотя ни одной конструкции специальных
защитных аппаратов ОПН-ПРН в мире тогда ещё не было. Их создание
впервые было предпринято в ОАО «Электросетьсервис ЕНЭС». Для этого
при участии автора были сформулированы основные технические требования к ОПН-ПРН и переданы для изготовления по ним опытных образцов в
ЗАО «Феникс-88» (рисунок 6).
Опытные образцы были изготовлены и после утверждения технических условий будут заявлены на аттестацию в ОАО «ФСК ЕЭС» в установленном порядке.
14
Высоковольтные
испытания
опытных образцов ОПН-ПРН были проведены в испытательном центре ВЭИ.
По результатам испытаний были скорректировныа размеры искрового промежутка ОПН-ПРН 220 кВ и показана
необходимость корректировки требований к координации характеристик воздушного промежутка ОПН-ПРН 330 кВ.
Некоторые осциллограммы испытательных воздействий приведены на рисунке
7. Итоговые результаты испытаний приведены в таблице 2.
В четвёртой главе рассмотрены
вопросы периодических и эксплуатациРисунок 6 - Эскизы онных испытаний инструментов и осназащитных аппаратов типа стки для ПРН. Особо выделены испытаОПН-ПРН 220 (А), 330 (Б) и ния вновь разработанных защитных
500 кВ (В). 1 – искровой аппаратов. Разработаны критерии и порпромежуток; 2 – модуль тативная установка для проверки класОПН; 3 – шлейф заземления
сификационного напряжения отдельных
модулей ОПН-ПРН, опытный образец
которой изготовлен компанией «Димрус» (рисунок 8).
а
б
Рисунок 7 Форма испытательного коммутационного импульса
на ОПН-ПРН – 330 кВ без пробоя (а) и с пробоем (б) искрового промежутка
15
Показан недостаток методики электрических испытаний изолирующих канатов по стандарту МЭК, предложен способ его преодоления и более жёсткая норма на величину тока утечки.
Таблица 2 – Разрядные характеристики ОПН-ПРН
Класс
ОПН, кВ
Длина
ИП, м
220
330
500
0,54
0,72
0,94
Вид испытательного напряжения
Переменное
Коммутационный импульс
U50%, кВ, (σ, %) U50%, кВ (+) (σ, %) Uвыд., кВ (-)
455
240 (1,0)
444 (2,8)
695
295 (1,8)
690 (3,4)
920
408 (3,5)
871 (4,0)
Рисунок 8 –
портативная установка для проверки
модулей ОПН
Предварительная диагностика должна
включать внешний осмотр предполагаемого к
ПРН участку ВЛ и, при необходимости, дополнительные инструментальные проверки. Реальную механическую прочность проводов действующей ВЛ можно оценить только косвенно,
по стрелам провиса, которые должны соответствовать расчётным для данной температуры
воздуха и тока нагрузки, и по отсутствию явных видимых повреждений. Если по условиям
ПРН требуется подъём электромонтёров по
железобетонным центрифугированным опорам,
то в дополнение к визуальному осмотру их механическое состояние можно оценить с помощью термовизионного контроля. Для контроля
изоляции рекомендовано совместное применение методов инфракрасного и ультрафиолето-
вого диагностирования.
Предложены дополнения к вероятностной методике оценки
степени риска ПРН. Суть предложения состоит в объединении достоинств двух методик: международной (МЭК) и российской. В отсутствие экспериментальных результатов разрядные характеристики
промежутков в зоне ПРН рассчитываются сначала по методике МЭК
для волн напряжений с критической длительностью фронтов. Затем по
16
(7) вычисляются амплитуды повышенных напряжений с «длинными
фронтами». Обе определённые расчётами величины прочности используются в имеющемся программном обеспечении вместо экспериментальных данных. При этом количественные соотношения повышенных
напряжений с критическими и длинными фронтами берутся в пропорции, определённой статистическими расчётами (рисунок 5).
Далее рассчитываются амплитуды повышенных напряжений
по любой из программ расчёта переходных процессов (МАЭС, EMTP,
ATP-EMTP, MatLab и др.) причём в математической модели учиты-
ваются характеристики участков энергосистемы, примыкающих к
рассматриваемой линии. В первой итерации учитываются только
подстанционные защитные аппараты: ОПН или вентильные разрядники. В зависимости от класса напряжения и решения Системного
Оператора о возможности (или невозможности) вывода из работы системы автоматического повторного включения проводятся расчёты для
случайных коротких замыканий и автоматического повторного включения. Максимальные перенапряжения в зоне ремонта закладываются в
программу расчёта, и определяется степень риска электромонтёра. Если
-7
она оказывается больше 10 , то принимается решение об установке
защитных аппаратов ОПН-ПРН и расчёты повторяются с учётом их
характеристик. Методика иллюстрирована конкретными примерами.
Рекомендуемая последовательность и взаимосвязь действий при
подготовке к ПРН в плановом порядке приведена на рисунке 9.
После получения согласованного и утверждённого технического
задания исполнитель проводит анализ проектной и эксплуатационной
документации для определения зон ПРН. Если в них минимальные расстояния между ремонтником, который будет находиться под потенциалом, и заземлёнными частями оборудования превышает расстояния,
указанные в ГОСТе, то исполнитель составляет план производства работ, проводит подготовительные и основные ремонтные работы.
Если расстояния в зоне ПРН меньше указанных в ГОСТ, то проводится расчёт степени риска с использованием расчётных кратностей
повышенных напряжений и электрической прочности промежутков.
Если расчётная вероятность перекрытия в зоне ПРН (степень риска)
превысит некоторый порог, например, 10-7, то принимается решение об
установке поблизости от зоны ПРН защитного аппарата ОПН-ПРН и
расчёты повторяются с учётом его действия. Если и в этом случае риск
17
оказывается больше выбранной пороговой величины, то ПРН считается
невозможным, о чем извещается Заказчик и Системный оператор. Если
расчётная степень риска оказывается меньше выбранного порога, то
дальнейшие работы проводятся по «благоприятному» сценарию, указанному выше.
Рисунок 9 – Алгоритм подготовки к производству ремонтных
работ под напряжением
18
Основные выводы и рекомендации
1 Из анализа технологий производства ремонтных работ под напряжением сделан вывод о том, что в России доминирующее положение технологии доставки электромонтёра к проводу продолжит занимать метод «маятника».
2 На основе расчётов затухания волн напряжений сделан вывод
о безопасности удалённых молниевых разрядов для производства ремонтных работ под напряжением. Также, установлено, что:
− коронирование проводов приводит к снижению амплитуды повышенных напряжений на (3 – 4) %;
− учёт грозозащитных тросов и опор, при ударе молнии в фазный
провод, приводит к незначительному уменьшению амплитуды повышенных напряжений; исключение составляет ВЛ 750 кВ, в которой амплитуда волны, снижается почти на 100 кВ, по-видимому, из-за расщепления троса на две составляющие.
3 В результате моделирования переходных процессов в программе МАЭС определены кратности и форма повышенных напряжений при
коммутациях ВЛ 220 и 500 кВ. Полученные данные могут быть использованы для «перестраховочной» оценки риска ПРН. Установлено, что:
− при КЗ на ВЛ 220 кВ более высокие кратности напряжений сосредоточены в средней части ВЛ, а по концам ВЛ они имеют меньшие
значения; поэтому более безопасно ПРН на участках, примыкающих к
подстанциям;
− при ТАПВ ВЛ 220 кВ наибольшие напряжения сосредоточены
во второй половине длины ВЛ, а в первой четверти ВЛ кратности не превышают Кп ≤ 1,75;
− при КЗ на средней фазе повышение напряжения на крайних фазах ВЛ 500 кВ значительно меньше, чем при КЗ на крайних фазах, и
сосредоточены они только в средней части ВЛ;
− на ВЛ 500 кВ максимальные напряжения возникают, в основном, при ОАПВ крайней фазы; при ОАПВ средней фазы напряжения
значительно меньше и сосредоточены в средней части ВЛ;
− вероятность возникновения (доля) волн напряжения с длительностью фронта близкой к критической не превышает 5 %.
4 Показано, что для защиты ремонтного персонала подвесные
ОПН предпочтительнее защитных искровых промежутков.
5 Разработаны и переданы фирме-изготовителю основные технические требования к подвесным ОПН-ПРН для защиты работающего
19
персонала от повышенных напряжений при коммутационных процессах
на ВЛ 220, 330 и 500 кВ.
6 Проведены высоковольтные испытания опытных образцов
ОПН-ПРН. По их результатам откорректирован размер искрового промежутка ОПН-ПРН – 220 кВ и дорабатывается ОПН-ПРН – 330 кВ.
7 Разработаны критерии и портативная установка для эксплуатационных испытаний модулей ОПН-ПРН; опытный образец установки
изготовлен компанией «Димрус».
8 Показан недостаток методики электрических испытаний изолирующих канатов по стандарту МЭК, предложен способ его преодоления и более жёсткая норма на величину тока утечки.
9 Разработаны рекомендации по предварительному диагностированию предполагаемого к ремонту участка линии. Оно должно включать внешний осмотр оборудования, предполагаемого к обслуживанию
под напряжением и дополнительные инструментальные проверки.
10 Предложены дополнения к вероятностной методике оценки
степени риска ПРН, суть которых состоит в объединении достоинств
двух методик, международной (МЭК) и российской, и проведении расчётов с применением характеристик конкретной линии, примыкающих
к ней участков энергосистемы и защитных аппаратов ОПН-ПРН.
11 Рекомендована общая последовательность и взаимосвязь действий при подготовке к работам под напряжением.
Список научных трудов по теме диссертации
Статьи, опубликованные в периодических научных изданиях,
рекомендованных ВАК
1 Фролкин, Е.Н. Координация разрядных характеристик зоны
ремонтных работ под напряжением с атмосферными перенапряжениями /Е.Н. Фролкин, А.Г. Овсянников // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал.
Вост. – 2011. – №1. – С. 230 – 232.
2 Фролкин, Е.Н. Влияние условий эксплуатации на основные
характеристики электросетевых конструкций из электроизоляционного
и электропроводного бетонов / Е.Н. Фролкин, В.П. Горелов [и др.] //
Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. – 2011. – №1. – С. 233 – 237.
Статьи, опубликованные в российских изданиях; материалы
международных и всероссийских конференций
3 Фролкин, Е.Н. Атмосферные перенапряжения и безопасность
20
ремонтных работ под напряжением / Е.Н. Фролкин, А.Г. Овсянников
//Доклады второй Российской конф. по молниезащите, Москва, 22-24
сентября 2010 г. [Электронный ресурс]. – Доклад 2.12.
4 Фролкин, Е.Н. Международная стандартизация. Ремонтные
работы под напряжением / Е.Н. Фролкин, А.Г. Овсянников // Новости
электротехники, 2010. – №5. – C. 66 – 68.
5 Фролкин, Е.Н. Опыт экспресс-диагностики электросетевого
оборудования / Е.Н. Фролкин [и др.] // Рынок электротехники. – 2011. –
№1 (21). – С. 58 – 59.
6 Фролкин, Е.Н. Экспертиза электромагнитной совместимости
в электроэнергетических системах /Е.Н. Фролкин [и др.] / Материалы
международной юбилейной науч.-техн. конференции «Обновление
флота – актуальная проблема водного транспорта на современном
этапе». Часть 1. – Новосибирск: НГАВТ, 2011. – С. 196 – 202.
7 Фролкин, Е.Н. Опыт экспресс-диагностики подстанционного
оборудования / Е.Н. Фролкин [и др.] / Сб. докладов межд. юбил. науч.техн. конф. «Обновление флота – актуальная проблема водного транспорта на современном этапе». Ч. 1. – Новосибирск, 2011. – С. 217 – 219.
8 Frolkin, E. Аn influence of far thunderstorm on live working
safety / E. Frolkin, A. Ovsyannikov // 17th International Symposium on High
Voltage Engineering, Hannover, 22-26 August, 2011: book of abstracts. – Р.
472. [Электронный ресурс]. – CD. – Рaper G – 019.
9 Фролкин, Е.Н. Характеристики перенапряжений при коротких замыканиях и повторных включениях ВЛ 220 и 500 кВ / Е.Н. Фролкин [и др.] // Линии электропередачи 2012: проектирование, строительство, опыт эксплуатации и научно-технический прогресс: материалы
пятой Российской науч.-практ. конф. с междунар. участ., Новосибирск,
11-13 сентября 2012 г. – Новосибирск. – 2012. – С. 203 – 210.
10 Фролкин, Е.Н. Характеристики подвесных ограничителей повышенных напряжений для обеспечения безопасности ремонтных работ под напряжением на ВЛ 220, 330 и 500 кВ / Е.Н. Фролкин, С.А. Казакова // Линии электропередачи 2012: проектирование, строительство,
опыт эксплуатации и научно-технический прогресс: материалы пятой
Российской науч.-практ. конф. с междунар. участ., Новосибирск, 11-13
сентября 2012 г. – Новосибирск. – 2012. – С. 159 – 164.
Отчёты о научно-исследовательских работах
11 Разработка рекомендаций по обеспечению электромагнитной совместимости смежных электрических сетей среднего на-
21
пряжения: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б – 11 / ФБОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.»; рук. Горелов В.П.; исполнитель Фролкин
Е.Н. [и др.]. – Новосибирск, 2011. – 136 с. – Библиогр.: с. 122–136. – ГР
№01.88. 0004137. – Инв. № 02201100473.
12 Парадигма применения технических средств на трансформаторной подстанции со сдвоенным токоограничивающим реактором: отчёт о НИР (промеж.), г/б – 11 / Новосиб. гос. акад. вод. трансп.»;
рук. Горелов В.П. – Новосибирск: [б.и.], 2011. – 153 с. – Исполнитель
Фролкин Е.Н. – Библиогр.: с.154–168. – ГР №01.88. 0004137.
13 Устойчивость узлов нагрузки в замкнутых электрических
сетях от 6 до 35 кВ: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б – 11 / ФБОУ ВПО
«НГАВТ» рук. Горелов В.П. – Новосибирск: [б.и.], 2012. – 142 с. – Исполнитель Фролкин Е.Н. [и др.]. – Библиогр.: с.132–140. – ГР №01.88.
0004137. Инв. № 02.201.261576.
14 Исследования нормальных и аварийных режимов в линиях сверхвысокого напряжения с комбинированной поперечной компенсацией: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б – / ФБОУ ВПО «НГАВТ»
рук. Горелов В.П.; исполн. Фролкин Е.Н. [и др.]. – Новосибирск, 2012.
– 156 с. – ГР №01.88. 0004137. – Инв. № 02.201.261575.
15 Разработка рекомендаций и средств защиты персонала
при обслуживании высоковольтного электрооборудования под напряжением: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б – 11 / ФБОУ ВПО «НГАВТ»;
рук. Горелов В.П.; исполн. Фролкин Е.Н. [и др.]. – Новосибирск, 2013.
– 141 с. – Библиогр.: с. 130–141. – ГР №01.88. 0004137.
Личный вклад в статьях, опубликованных в соавторстве, составляет не менее 50 %.
Подписано в печать 28.01.2013 г. с оригинал-макета
Бумага офсетная № 1, формат 60 х 84 1/16, печать трафаретная – Riso.
Усл. печ. л. 1,3. Тираж 130 экз. Заказ №
. Бесплатно
ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»
ФБОУ ВПО («НГАВТ»).
630099, Новосибирск, ул. Щетинкина, 33.
Отпечатано в типографии ФБОУ ВПО «НГАВТ»
22
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
622 Кб
Теги
107302
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа