Методические указания по применению ограничителей в электрических сетях 110 - 750 кВ

РАО «ЕЭС РОССИИ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 110 - 750 кВ

МОСКВА 2000

Разработано:

ОАО «Институт «Энергосетьпроект»», ОАО ВНИИЭ, НТК «ЭЛ-ПРОЕКТ»

Исполнители:

Ю.И. Лысков, Н.П. Антонова, О.Ю. Демина. А.В. Зуева - ОАО «Институт Энергосетьпроект»;

К.И. Кузьмичева - ОАО ВНИИЭ.

При участии В.Н Подъячева - АО ТЭП,

А.Г. Тер-Газаряна, Ю.И. Грабовского - НТК «ЭЛ-ПРОЕКТ».

Утверждено: Департаментом стратегии развития и научно-технической политики РАО «ЕЭС России» 30.09.99 г.

Согласовано: Департаментом электрических сетей РАО «ЕЭС России».

Предложения и замечания просим направлять по адресу:

105058 Москва, ул. Ткацкая, д. 1, ОАО «Институт Энергосетьпроект»

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение.

Необходимость создания методического документа, определяющего выбор параметров ограничителей 110 - 750 кВ в зависимости от условий их применения для защиты оборудования 110 - 750 кВ от грозовых и коммутационных перенапряжений, обусловлена следующими причинами:

• В России заводы прекратили выпуск разрядников, перейдя на выпуск ограничителей перенапряжений нелинейных (ОПН), отличающихся от разрядников отсутствием искровых промежутков и высокой нелинейностью рабочих резисторов (варисторов). Энергия, которая поглощается ограничителем при коммутациях, грозовых и иных воздействиях в различных режимах (повышения напряжения в рабочих режимах, квазиустановившиеся и резонансные перенапряжения) не должна превосходить нормируемую для него величину. В противном случае наступает нарушение термической устойчивости и повреждение аппарата.

• В настоящий момент в России в электрических сетях 110 - 750 кВ применяются ОПН различных фирм, производящих их как на основе собственных конструкторских решений, так и по лицензиям международных электротехнических концернов. Комплектация ОПН осуществляется варисторами различных производителей, с отличающимися коэффициентами нелинейности.

Поэтому ОПН разных производителей, предназначенные для применения в одном классе напряжения, имеют характеристики несколько отличающиеся друг от друга. При этом рад фирм имеет в своей номенклатуре по несколько типов и модификаций ОПН в одном классе напряжения.

Для того чтобы ОПН выполнял свои функции по защите от перенапряжений оборудования 110 - 750 кВ и не повреждался, необходимо определить возможные воздействия в месте его установки и в соответствии с ними выбирать тип и параметры аппарата.

Неучет всех возможных воздействий явился причиной повреждения ряда ОПН в сетях 110 - 750 кВ.

Настоящие «Методические указания по применению ограничителей в электрических сетях 110 - 750 кВ» (далее Указания), определяют выбор типа и основных параметров ограничителей в сетях 110 - 750 кВ с учетом схем и режимов работы, релейной защиты и противоаварийной автоматики, а также надежности работы электрооборудования и коммутационной аппаратуры.

Порядок действий при выборе ОПН, изложенный в настоящих Указаниях, может применяться при выборе ОПН любой фирмы. В качестве справочного материала в Приложениях 2 - 6 приведены основные характеристики ОПН, выпускаемых различными производителями по согласованным с РАО «ЕЭС России» техническим условиям¹.

___________

¹ К началу 2000 г. РАО «ЕЭС России» рекомендованы к применению по согласованным техническим условиям ОПН следующих фирм:

ЗАО «Феникс-88» ЗАО СП «АББ-УЭТМ», ООО «Таврида-электрик» и часть номенклатуры НПО «Электрокерамика» (включая АООТ «КФЗ»).

Кроме этих фирм на территории России занимаются производством ОПН 110 - 750 кВ: АО ХК «Московский электрозавод», ООО «АФ-Полимер», Siemens и Gee Alcthom.

2. Основные положения.

Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН) является одним из основных элементов подстанции, обеспечивающим защиту оборудования распределительного устройства (РУ) и линий от коммутационных и грозовых перенапряжений.

Настоящие Указания предназначены для использования персоналом проектных и эксплуатационных организаций РАО «ЕЭС России» и АО-энерго для определения характеристик и выбора по ним типа ограничителя перенапряжений по условиям его работы в заданной точке электрической сети 110 - 750 кВ при плановой замене разрядников, техперевооружении, реконструкции и проектировании новых РУ.

Настоящие Указания не распространяются на выбор ОПН, устанавливаемых на линии электропередачи параллельно гирляндам изоляторов для защиты изоляции линии от коммутационных и грозовых перенапряжений.

В настоящем документе использована следующая терминология (на английском языке приведены названия терминов, используемые в материалах МЭК и зарубежных фирм):

2.1. Наибольшее рабочее напряжение сети (фазное), определяется в соответствии с ГОСТ 721 и 1516.3. Обозначение - U_нр.

2.2. Наибольший уровень напряжения сети в точке установки ОПН в нормальных режимах - (maximum system voltage - U_m) - наибольшее значение действующего фазного напряжения промышленной частоты в нормальных режимах в точке установки ОПН. Определяется как наибольшее возможное фазное напряжение сети, полученное на основе замеров или расчетов по [1] для режимов суточного минимума нагрузки во время летнего минимума с учетом вывода в ремонт средств компенсации реактивной мощности на подстанции. Обозначение - U_нс, кВ действ.

2.3. Длительно допустимое рабочее напряжение ограничителя - (continuos operating voltage - U_c) - наибольшее значение действующего напряжения промышленной частоты, которое не ограничено долго может быть приложено между выводами ограничителя. Обозначение - U_нpo, кВ действ.

2.4. Временно допустимое повышение напряжения на ограничителе - наибольшее действующее значение напряжения, которое может быть приложено между выводами ограничителя в течение заданного изготовителем времени без сокращения его нормируемого срока службы. Обозначение - U_вно, кВ действ.

2.5. Номинальное (расчетное) напряжение ограничителя - (rated voltage - U_r) - наибольшее допустимое действующее значение напряжения промышленной частоты на выводах ОПН, используемое при рабочих испытаниях и определяющее его работу при квазиустановившихся перенапряжениях. Обозначение - U_н, кВ действ. По стандарту МЭК 99-4 ОПН должны выдерживать эту величину в течение 10 с после предварительного нагрева до 60° и воздействия 2-х импульсов тока, соответствующих классу удельной энергоемкости данного типа ограничителя.

2.6. Коммутационные перенапряжения - перенапряжения, существующие во время переходных процессов при коммутации элементов сети, сопровождающих внезапное изменение ее схемы или режима. Обозначение - U_к, кВ макс.

2.7. Квазиустановившиеся (квазистационарные) перенапряжения - (temporary overvoltage - TOV) - перенапряжения, возникающие после окончания переходного процесса при коммутации элементов сети и существующие до тех пор, пока не будут устранены специальными мерами или самоустранены. Обозначение - U_y, кВ действ.

К этим перенапряжениям также относятся резонансные и феррорезонансные перенапряжения на промышленной частоте, низших и высших гармониках, перенапряжения с медленно изменяющейся вследствие затухания или изменения параметров системы (например, ЭДС и индуктивностей генераторов) частотой или амплитудой.

2.8. Остающееся напряжение при нормируемом токе коммутационных перенапряжений - напряжение на ограничителе при нормируемом токе коммутационных перенапряжений. Обозначение - U_осткн, кВ макс.

Нормируемая форма волны импульса тока - 30/60 мкс, либо 1,2/2,5 мс.

2.9. Остающееся напряжение при нормируемом токе грозовых перенапряжений - напряжение на ограничителе при протекании нормируемого тока грозовых перенапряжений. Обозначение - U_остгн, кВ макс, ток в кА.

Нормируемая форма волны тока в России и по стандарту МЭК - 8/20 мкс, нормируемые амплитуды - 3, 5, 7, 10, 15 и 20 кА в зависимости от класса напряжения ограничителя.

2.10. Энергоемкость ограничителя - значение энергии, поглощаемой ограничителем в переходном процессе.

Энергоемкость ОПН определяется по одному нормируемому испытательному импульсу тока.¹

___________

¹ Нормируемые форма и длительность волны тока:

- НПО «Электрокерамика» - 1,2/2,5 мс;

- ЗАО «Феникс-88», ООО «Таврида-Электрик», ООО «АФ-Полимер» - прямоугольная длительностью 2 мс;

- СП ЗАО «АББ-УЭТМ» - прямоугольная длительностью 4 мс и 2 мс.

Энергоемкость ограничителя является характеристикой, отражающей совокупность воздействий на него в различных режимах при напряжениях выше U_нро.

2.11. Класс энергоемкости ОПН характеризуется величиной удельной поглощаемой энергии кДж на 1 кВ номинального напряжения (U_н) или длительно допустимого рабочего напряжения ОПН (U_нро).

2.12. Ток срабатывания противовзрывного устройства - это значение тока однофазного или трехфазного (большего их них) короткого замыкания (I_кз, кА), при которой не происходит взрывного разрушения покрышки ограничителя. Если покрышка ограничителя все же будет повреждена, то ее элементы должны находиться внутри нормируемой зоны.

3. Выбор электрических характеристик ОПН.

К основным параметрам ограничителя относятся: наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение, номинальное напряжение, класс энергоемкости, уровни остающегося напряжения при коммутационном и грозовом импульсе, величина тока срабатывания противовзрывного устройства, длина пути тока утечки внешней изоляции.

Учитывая, что выбор ОПН производится среди аппаратов различных фирм с сильно отличающимися характеристиками, рекомендуется сначала провести выбор по п.п. 3.1 и 3.7, что в ряде случаев позволит отсеять часть производителей, а затем производить выбор в соответствии с п.п. 3.2 - 3.6.

3.1. Выбор наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения ОПН.

3.1.1. Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ОПН должно быть не ниже наибольшего рабочего напряжения сети (U_нр), нормируемого ГОСТ 721.

3.1.2. Если U_нс больше или равно U_нр, то выбирают ближайшее большее значение U_нро.

3.1.3. Повышения напряжения, возникающие при оперативных переключениях или аварийных режимах, учитываются в соответствии с п. 3.3.

3.1.4. Во всех случаях для повышения надежности выбирают ограничители с наибольшим длительно допустимым рабочим напряжением (U_нро) не менее, чем на 2 - 5 % выше наибольшего уровня напряжения сети в точке установки ОПН (U_нс).

3.1.5. При возможности устойчивого существования высших гармоник в нормальных режимах в месте установки ОПН поступают следующим образом:

- если измерены амплитуды напряжений основной частоты и гармоники, то наибольший уровень напряжения сети в точке установки ОПН в нормальном режиме принимают равным их сумме.

- если амплитуда гармоники неизвестна, то наибольший уровень напряжения сети в точке установки ОП в нормальном режиме принимают равным 1,1 от наибольшего рабочего напряжения сети.

3.1.6. Устойчивое существование высших гармоник в сети возможно в следующих случаях:

- на подстанциях электрической сети, примыкающих непосредственно или через короткие линии к подстанциям с преобразователями постоянного тока;

- в послеаварийных режимах питания тупиковых ПС с резистивной нагрузкой (осветительной, нагревательной и т.п.) меньше 0,1 от натуральной мощности (Р_нат), передаваемой по питающей линии длиной 180 - 350 км. Натуральную мощность линии определяют по формуле:

                                                                                             (1)

где Z₁ - волновое сопротивление линии по прямой последовательности.

3.2. Выбор класса энергоемкости ОПН.

3.2.1. Практическим критерием оценки энергоемкости ОПН является его способность пропускать нормируемые импульсы тока коммутационного перенапряжения без потери рабочих качеств.

В технической информации или ТУ производители обычно приводят значение удельной энергоемкости в кДж на 1 кВ номинального или длительно допустимого рабочего напряжения ОПН. Так как разница между U_н и U_нро у большинства производителей составляет около 25 %, то при одинаковых значениях удельных энергоемкостей полные энергоемкости будут отличаться на 25 %.

Поэтому для сравнения характеристик и анализа термической устойчивости ОПН различных производителей к совокупности всех воздействий используют общую энергоемкость ограничителя. Значения энергоемкостей ОПН 110 - 750 кВ, выпускаемых по согласованным с РАО «ЕЭС России» техническим условиям, приведены в Приложениях 2 - 6.

По энергоемкости выпускаемые ограничители делят на несколько классов (см. табл. 1).

Таблица 1.

Классы энергоемкости ОПН

____________

¹ Амплитуда испытательного импульса тока 1,2/2,5 мс или прямоугольного длительностью 4 мс на 25 - 30 % меньше.

3.2.2. С увеличением класса энергоемкости стоимость ОПН возрастает. При отсутствии специальных указаний по выбору класса энергоемкости выбирают наиболее экономичный и проводят его проверку на соответствие условиям эксплуатации по п.п. 3.3 - 3.7.

3.2.2.1. При возможности возникновения переходного резонанса (при отсутствии выключателей на стороне ВН, коммутациях блока линия-трансформатор) на 2-й или 3-й гармонике (см. п. 3.3.5), при установке в сетях 110 кВ с частично разземленными нейтралями трансформаторов (см. п. 3.3.6) ограничитель должен иметь энергоемкость не ниже 4,0 - 4,5 кДж/кВ номинального напряжения.²

____________

² Необходимо иметь ввиду, что некоторые производители в ТУ указывают невозможность применения выпускаемого аппарата в таких схемах ввиду его малой энергоемкости (например, АООТ КФЗ), а некоторые - нет (например, ООО «Таврида-Электрик»).

3.2.2.2. При установке ограничителя на шунтовых конденсаторных батареях или кабельных присоединениях энергия, поглощаемая ОПН, может быть рассчитана по формуле:

                                                      (2)

где:

С - емкость батареи или кабеля, Ф,

U_н.р - амплитуда наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения фаза-земля, кВ.

3.3. Выбор ОПН по условиям работы в квазиустановившихся режимах.

3.3.1. Выбранный ограничитель проверяется на соответствие его временных допустимых повышений напряжений квазиустановившимся перенапряжениям при различных видах коммутаций с учетом времени действия релейной защиты, линейной и противоаварийной автоматики. Нормируемые техническими условиями зависимости U_вно от их допустимой длительности приводятся или в табличном виде для различных времен (Приложения 3, 5) или в виде линейных зависимостей «напряжение промышленной частоты-время» в полулогарифмическом масштабе. При этом ряд производителей приводит такие характеристики как для случая «с предварительным нагружением» аппарата коммутационным импульсом (прямая А рис. 1 - 4 и рис. 6, 7), соответствующим энергоемкости ОПН, так и без предварительного нагружения коммутационным импульсом (прямая В рис. 1 - 4 и рис. 5).

3.3.2. Расчетными для определения U_y являются следующие коммутации:

3.3.2.1. Для ограничителей, устанавливаемых на шинах или трансформаторах (автотрансформаторах), которые по схеме ОРУ не коммутируются вместе с линией, или коммутируются с линией длиной не более 50 км, определяющими являются квазиустановившиеся перенапряжения на неповрежденных фазах при несимметричном КЗ на шинах подстанции. Перенапряжения в этом случае определяют либо путем расчета по соответствующей программе, либо по Приложению 10, при этом Z_вх1 и Z_вх0 определяют как эквивалентные сопротивления для определения токов трехфазного и однофазного КЗ на шинах. Так как при эффективном заземлении нейтрали отношение Z_вх0/Z_вх1 £ 3,0, то в этом случае U_у £ 1,4U_ф.

3.3.2.2. Для ограничителей, устанавливаемых на линии, шунтирующем реакторе на линии или на присоединенных непосредственно к линии (без выключателей) трансформаторах:

- трехфазное одностороннее отключение однофазного КЗ на противоположном конце линии;

- трехфазное одностороннее отключение линии при действии автоматики прекращения асинхронного хода;

- неполнофазные режимы одностороннего включения или отключения линии с подключенными к ней шунтирующими реакторами, автотрансформаторами или трансформаторами. К этому случаю относится также неполнофазное включение или отключение линии при выводе в ремонт или отказе линейного выключателя на подстанции с выключателями, если при действии УРОВ или по режиму линии отключаются все смежные присоединения, в том числе и на более низком напряжении автотрансформатора или трансформатора.

Наибольшие квазиустановившиеся перенапряжения бывают в несимметричных режимах:

- одностороннего отключения несимметричного КЗ вследствие каскадного действия релейных защит;

- неполнофазного включения и отключения линии, в том числе и с учетом действия УРОВ, вследствие отказа фаз коммутируемого выключателя.

3.3.3. Значения квазиустановившихся перенапряжений указанных в п.п. 3.3.1 и 3.3.2 режимов определяют либо путем расчета по соответствующим программам с использованием ПЭВМ, либо, при их отсутствии, путем расчета в соответствии с методикой Приложения 10.

В Приложении 8 и на зависимостях рис. 8 - 11 приведены значения квазиустановившихся перенапряжений, определенные для следующих случаев:

- при отключении однофазного короткого замыкания (КЗ) на конце ВЛ 500 кВ в зависимости от длины линии, параметров энергосистемы и числа включенных шунтирующих реакторов - таблица 1 Приложения 8;

- при неполнофазных коммутациях на линиях 500 и 750 кВ с шунтирующими реакторами - таблица 2 Приложения 8;

- при неполнофазных режимах линий 110, 220, 500 и 750 кВ с трансформаторами или автотрансформаторами на конце - таблица 3 Приложения 8.

При установке ОПН в точках, не входящих в расчетные случаи Приложения 8, используют приведенные там указания по интерполяции и экстраполяции имеющихся результатов.

3.3.4. Длительность существования квазиустановившихся перенапряжений (t_у) зависит от вида установившегося режима.

3.3.4.1. Для коммутации одностороннего отключения однофазного КЗ принимают длительность квазиустановившихся перенапряжений равной времени каскадного отключения линии по ее концам при действии первых и последних ступеней линейных и трансформаторных релейных защит. Значение средней длительности квазиустановившихся перенапряжений в этих режимах - 4,0 с.

3.3.4.2. При трехфазном отключении асинхронного хода время существования режима - от 0,5 - 1,0 с при действии второй ступени автоматики от повышения напряжения с уставкой по напряжению 1,2 - 1,3, до 5 - 10 с при действии ее первой ступени с уставкой 1,1 от U_ф = U_н/Ö3.

3.3.4.3. Для бестоковой паузы ОАПВ линии с реакторами, во время которой развиваются резонансные перенапряжения, их длительность принимается равной 1 - 2 с в соответствии с выбранной паузой.

3.3.4.4. При неполнофазных коммутациях линии с подключенными к ней трансформаторами или автотрансформаторами длительность режима принимается равной времени действия устройства резервирования отказа выключателей (УРОВ) или защиты от непереключения фаз и коммутации выключателей, действующих от резервирующих защит.

3.3.5. Для схем, в которых линия может коммутироваться вместе с автотрансформатором или трансформатором, учитывается возможность возникновения медленно затухающих колебаний напряжения (переходный резонанс на 2-й или 3-ей гармонике), в том числе и в неполнофазных схемах. Условием их появления является близость расчетной частоты свободных колебаний в схеме прямой последовательности, определяемой по [2] или Приложению 10, к двойной или тройной от промышленной. Область заметного проявления гармоник лежит в пределах отклонений частоты свободных колебаний от -20 до +10 % от промышленной частоты. Время существования достигает от нескольких десятых долей до нескольких секунд или даже минут и тем больше, чем ближе частота свободных колебаний в указанных пределах к двойной и меньше активные потери в схеме (только в активных сопротивлениях элементов сети и цепей потребителей). При малых потерях и частоте свободных колебаний, очень близкой к двойной или тройной (+5 %), возможен устойчивый резонанс на 2-й или 3-ей гармонике.

Возможность возникновения и длительность затухания переходного резонанса на высших гармониках зависит от величины активного сопротивления линии, величины и удаленности от шин или трансформаторов, питающих линию, резистивной нагрузки в энергосистеме.

В схемах, питаемых от выделенных автоматикой генераторов, и суммарной активной (резистивной) нагрузкой меньше 0,05 от натуральной мощности в послеаварийных режимах возможен устойчивый резонанс на 2-ой или 3-ей гармонике с установившимися перенапряжениями не более 1,4 - 1,6U_ф.

Для определения возможности возникновения переходного резонанса на 2-й или 3-й гармонике рассчитывают частотные характеристики схемы согласно Приложению 10.

Величину напряжения при переходном резонансе на высших гармониках можно учесть, добавляя к U_y рис. 8 - 11 величину 0,30 в зоне длин линии 75 - 250 км. Время существования такого режима принимается равным 0,3 с, 0,5 с и 0,7 - 0,8 с соответственно для линий 110 - 154, 220 - 330 и 500 - 750 кВ. При симметричной коммутации линии аналогичные условия учитываются для длин линии 150 - 350 км.

Во всех случаях возможного появления высших гармоник рекомендуется применять ограничители с более высоким значением наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения либо более высокого класса энергоемкости (например, ОПН серии Exlim класса Р или Т).

Неполнофазные коммутации линии с подключенными трансформатором или автотрансформатором при отказе выключателей между линией и трансформатором в схемах ОРУ «квадрат», «треугольник», «мостик», «одинарная система шин», «шины-трансформатор», «полуторная» требуют применения ограничителей с более высоким значением наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения либо более высокого класса энергоемкости.

3.3.6. В сетях ПО кВ особым случаем является неполнофазная коммутация линии с подключенными к ней трансформаторами с разземленными нейтралями на отдельных ПС при сохранении эффективного заземления нейтрали сети. Наиболее часто неполнофазные коммутации возникают при отказах фазы выключателя при включении или отключении линии головным выключателем, реже - при обрывах проводов фазы ВЛ или ее отпаек, выпадении шлейфов на анкерных опорах и т.п. В этом случае возникают повышения напряжения, обусловленные последовательным включением индуктивных сопротивлений намагничивания фаз трансформатора и емкости оборванной фазы ВЛ. Величина этих повышений напряжений может быть достаточно высокой.

На рис. 12 приведены обобщенные зависимости (в о.е.) фазного напряжения на линии U_ФЛ и напряжения на нейтрали трансформатора U_N от тока намагничивания трансформатора I_m с разземленной нейтралью при обрыве фазы этой линии (отпайки от нее). Параметры зависимости приведены в о.е.: напряжения - по отношению к номинальному напряжению трансформатора и тока по отношению к номинальному току намагничивания трансформатора (току холостого хода).

По двум точкам строят зависимость напряжения на емкости линии U_ФЛ, рассчитывая ее значения по формуле:

U_ФЛ = I_mн´I^*_mн/Y´L´U_ФН, о.е.                                                                       (3)

где Y - удельная проводимость линии по нулевой последовательности, сим;

L - длина линии, км;

I_mн - номинальный ток намагничивания трансформаторов, А;

I^*_mн - номинальный ток намагничивания, о.е. по отношению к номинальному току трансформатора, о.е. - из рис. 12;

U_ФН - номинальное напряжение трансформатора, кВ.

Пересечение построенной прямой U_ФЛ с обобщенными зависимостями U_ФЛ дает значение установившегося перенапряжения на линии и соответствующее ему значение напряжения на нейтрали U_N.

Эти перенапряжения могут существовать несколько часов. Поэтому по зависимостям «допустимые напряжения - время» (рис. 1 - 7) для длительности 10000 сек (с учетом условий грозозащиты) определяют значение временно допустимого напряжения U_вно.

На тупиковых подстанциях 110 кВ без обслуживающего персонала при наличии трансформаторов с нормальной изоляцией нейтрали по ГОСТ 1516.3-96 (см. п. 3.5.1.) и с разземленной нейтралью в фазах рекомендуется устанавливать ОПН в зависимости от длины примыкающей линии. Это могут быть, например, ОПН серии Exlim ЗАО СП «АББ-УЭТМ» или других фирм (ЗАО «Феникс-88») с аналогичными характеристиками:

- при длине свыше 10 км - например, ОПН серии Exlim T-162;

- при длинах 5 - 10 км - например, ОПН серии Exlim Q-144;

- при длинах 1,5 - 5 км - например, ОПН серии Exlim Q-132

- при длинах до 1,5 км - ОПН серии Exlim Q-108.

Во всех остальных случаях выбор ОПН осуществляют в соответствии с приведенной выше методикой.

Для приведенных выше типов ОПН проводят проверку по п. 3.5 и 3.6. Если эти условия не выполняются, то выбирают ОПН следующего класса энергоемкости с тем же номинальным напряжением.

3.3.7. При установке ограничителя на шинах РУ или их секциях с электромагнитными трансформаторами напряжения и выключателями с достаточно большими величинами емкостей шунтирующими его контакты (ВВБ, ВВБК, ВВБУ, ММО, ВМТ), производят расчет резонансных U_y согласно [9] и выбирают средства их ограничения. Полученные в этом случае U_y не учитываются при выборе ограничителя, так как опасны для всего оборудования ОРУ.

3.4. Выбор номинального напряжения ОПН.

3.4.1. Определенные выше величины квазиустановившихся напряжений (U_y) и соответствующие им длительности (t_y) следует сопоставить с характеристикой «повышение напряжения - время» для случая с «предварительным нагружением энергией» для выбранного типа ограничителя.

Из всех полученных по п. 3.3 квазиустановившихся напряжений и их длительностей выбирают наибольшее U_y1 и соответствующее ему значение t_y1, а также наибольшую длительность квазиустановившегося напряжения t_y2 и соответствующее ей значение U_y2.

По зависимости «допустимое повышение напряжения-время» случая «с предварительным нагружением энергией» определяют для t_y1 и t_y2 соответствующие им значения T_r1 и Т_r2 (значение U_вно в относительных единицах). По ним рассчитывают значения номинального (или длительно допустимого рабочего) напряжения ОПН как:

U_н1 = U_y1/Т_r1, кВ,

U_н2 = U_y2/Т_r2, кВ,                                                                                           (4)

Для наибольшего из полученных значений U_н1 и U_н2, в Технических условиях (или Приложениях 2 - 6) для рассматриваемого типа ограничителя находят ближайшее большее значение номинального напряжения ОПН U_но и соответствующее ему наибольшее рабочее длительно допустимое напряжение U_нро.

3.4.2. Определяют достаточность параметров выбранного ОПН условиям работы в квазиустановившихся режимах, определенных в соответствии с п. 3.3.

Для этого определяют временно допустимую длительность t_вноi для всех (от 1 до n) полученных для данной точки в соответствии с п. 3.3. квазиустановившихся перенапряжений.

3.4.2.1. В случае оценочных расчетов t_вноi определяют по зависимости «допустимое повышение напряжения-время»:

- для случая «с предварительным нагружением энергетическим импульсом» для ОПН с удельной энергоемкостью не более 5 кДж/кВ U_н;

- для случая «без предварительного нагружения» для ОПН с удельной энергоемкостью выше 6 кДж/кВ U_н.

3.4.2.2. В случаях, когда U_к » U_y (резонансные схемы возбуждения высших гармоник, самовозбуждение генераторов, неполнофазные режимы включения (отключения) ВЛ с ШР и т.п.) оценочный расчет t_вноi производят по зависимости «без предварительного нагружения». В этих случаях, а также при сравнении ОПН разных типов рекомендуется проводить уточненный расчет согласно Приложению 11.

При этом, если у производителя отсутствует зависимость «без предварительного нагружения энергетическим импульсом», можно поступить следующим образом:

- если есть необходимая зависимость для ОПН другой фирмы (например, «АББ-УЭТМ»), при одинаковой удельной энергоемкости ОПН использовать ее;

- осуществлять переход от зависимости «с предварительным нагружением энергетическим импульсом» (зависимость А) к зависимости «без предварительного нагружения энергетическим импульсом» (зависимость В) увеличивая значения t_вноi, полученные с зависимости А:

- для ОПН с удельной энергоемкостью до 2,5 кДж/кВ_{номинального напряжения ОПН} в 5 раз в диапазоне времен до 100 сек, в диапазоне времен свыше 100 сек - в 3 раза;

- для ОПН с большей удельной энергоемкостью в 6 раз.

3.4.3. Если в течение 1 - 2 часов подряд возможно несколько коммутаций и появлений квазиустановившихся перенапряжений, происходит ускоренное сокращение ресурса ОПН. Его учитывают путем пересчета временно допустимой длительности текущего воздействия перенапряжения с учетом всех предыдущих срабатываний (от 1 до m), имевших место в течение этих 2 - 3 часов:

                                                           (5)

t_допk - допустимое время текущего воздействия перенапряжения на ограничитель, сек (t_доп1 = t_вно1);

t_вноk - нормируемая допустимая длительность текущего воздействия, полученная в соответствии с п. 3.3.4, сек;

t_yk - реальная длительность данного вида воздействия, сек.

3.4.4. Выбранное значение U_но считается удовлетворительным, если выполняются следующие условия:

t_вноi (t_допm) > t_yi                                                                                               (6)

Для схем, в которых линия может коммутироваться вместе с автотрансформатором или трансформатором принимают следующие условия:

- для обслуживаемых подстанций t_вноi (t_допm) > 3600 сек

- для необслуживаемых подстанций t_вноi (t_допm) > 11000 сек

3.4.5. Для выбранного типа ОПН проверяют выполнение условий п.п. 3.5 - 3.6.

3.5. Определение защитного уровня ограничителя при коммутационных перенапряжениях.

Выбранный выше тип ограничителя проверяется на обеспечение им требуемого защитного уровня коммутационных перенапряжений.

3.5.1. Величина коммутационных перенапряжений определяет значение остающегося напряжения на ограничителе, которое должно быть при расчетном токе не менее, чем на 15 - 20 % ниже испытательного напряжения U_ки коммутационным импульсом защищаемого электрооборудования¹:

U_остк £ U_ки/(1,15 - 1,2)                                                                                   (7)

__________

¹ Для оборудования со сроком эксплуатации свыше 10 лет рекомендуется увеличить эту разницу до 30 - 40 %.

Если в паспортных данных защищаемого оборудования не оговорено специальное исполнение изоляции (например облегченная), то, в связи с введением в действие ГОСТ 1516.3-96, уровень изоляции защищаемого оборудования определяется в соответствующих разделах этого ГОСТ для условий защиты разрядниками. (Так как уровень изоляции оборудования определен, видимо, из условий его защиты ОПН производства КФЗ). При отсутствии ГОСТ 1516.3-96 используют данные ГОСТ 1516.1-76 или паспорта соответствующего оборудования.

Следует отметить, что испытательное напряжение на коммутационной волне нормируется ГОСТ 1516.3-96 для электрооборудования напряжением 330 кВ и выше.

Для электрооборудования 110 - 220 кВ нормируется одноминутное испытательное напряжение частоты 50 Гц (U_исп50). Выдерживаемый уровень коммутационных перенапряжений можно определить по формуле: U_ки = 1,41´1,35´0,9´U_исп50.

3.5.2. При необходимости выполнения статистической координации изоляции с 2 % вероятностью (для случаев: трехфазного АПВ после неуспешного повторного включения, отключение асинхронного хода на конце длинной линии, соединяющей электростанцию большой мощности или отправную систему с мощной приемной энергосистемой) величину остающегося напряжения ограничителя определяют из системы уравнений:

                                                                                               (8)

U_остк = U_к - K_нн´Zl´I_p,                                                                                 (9)

где U_остк - остающееся напряжение на ограничителе при рассматриваемой коммутации;

K_нн - коэффициент несимметрии, учитывающий неодновременность срабатывания ограничителей в различных фазах (К_н = 1,2 - 1,3);

Zl - волновое сопротивление линии по прямой последовательности;

I_p - разрядный ток через ограничитель;

U_к - неограниченное КП в сети принимают равным при отсутствии расчетов 3,5U_ф;

a - коэффициент нелинейности, принимают равным 0,05;

С - постоянная, определяют по нормируемым значениям U_осткн и I_рн:

                                                                                              (10)

Решение уравнения (9) получают графоаналитическим способом: по уравнению (8) строят вольтамперную характеристику ограничителя или ее часть в диапазоне токов несколько ниже и выше I_рн и напряжений в области U_осткн, затем строят прямую U_к - K_нн´Zl´I_p. Пересечение кривых дает решение уравнения (9), т.е. значения U_остк и I_p при данном U_к. Все расчеты производят в амплитудных значениях напряжения и тока.

При выборе ограничителей для защиты кабельных линий следует учитывать, что волновое сопротивление кабеля в несколько раз меньше, чем у воздушных линий. Неограниченные КП при этом в системе с заземленной нейтралью не превышают 3,0U_ф, поэтому амплитуду возможного тока через ограничитель можно определить по системе уравнений (8) и (9).

3.5.3. Количество ограничителей для защиты от коммутационных перенапряжений определяют по соотношению испытательного напряжения электрооборудования на коммутационном импульсе и остающегося напряжения ограничителя при коммутационных перенапряжениях. Если одного ограничителя недостаточно, то учитывают все ограничители рассматриваемого ОРУ данного класса напряжения, на которые воздействует данное перенапряжение, с пропорциональным снижением тока через один ограничитель.

3.5.4. Если рассматриваемый ОПК не удовлетворяет условиям п.п. 3.5.1, то выбирают другой ОПН с тем же значением U_но, но большего класса энергоемкости (так как с увеличением класса энергоемкости для одинаковых номинальных напряжений уровень остающихся напряжений снижается).

3.6. Определение защитного уровня ОПН при грозовых перенапряжениях.

3.6.1. Расстановка ограничителей в ОРУ определяется надежностью грозозащиты электрооборудования, прежде всего трансформаторов, расчетные импульсные перекрытия изоляции которых не должно превышать один раз в 800 - 1000 лет.

Выбранный тип ОПН проверяют на возможность установки в ОРУ на расстоянии, обеспечивающем требуемую ПУЭ надежность грозозащиты защищаемого оборудования.

3.6.2. При замене вентильных разрядников (РВ) на ОПН, расстояние от ОПН до защищаемого оборудования можно оценить по формуле:

Переход от расстояний от вентильных разрядников (РВ) до защищаемого оборудования, нормируемых ПУЭ, к расстояниям до ОПН можно оценить по формуле:

L_опн = L_ра´(U_исп - U_опн)/(U_исп - U_рв),                                                               (11)

где:

U_исп - испытательное напряжение защищаемого оборудования при полном грозовом импульсе [кВ],

U_опн, U_рв - остающееся напряжение на ОПН и РВ при токе 10 (5) кА, [кВ],

L_опн - расстояние от защищаемого оборудования до ОПН, [м],

L_рв - расстояние от защищаемого оборудования до РВ, нормируемое ПУЭ, [м].

Допускается установка ограничителей на место заменяемых разрядников, если значения остающихся напряжений этих ограничителей при токе 10 кА отличаются не более, чем на 1,5 % от соответствующих параметров разрядника.

3.6.3. В таблицах Приложения 9 в качестве справочного материала приведены рассчитанные АО «Севзапэнергосетьпроект» расстояния от ограничителей, выпускаемых по ТУ [6, 7] КФЗ, до различных типов оборудования с изоляцией по ГОСТ 1516.1-83, которые обеспечивают требуемую ПУЭ надежность грозозащиты подстанции [4, 5]. В табл. 1 - 4, 6 приведены расстояния для ОРУ и ЗРУ с изоляцией оборудования обычного исполнения. В таблицах 5, 7 - для обмоток 220 и 500 кВ автотрансформаторов со сниженными уровнями изоляции при различном числе присоединений и ограничителей в РУ. Приведенные значения расстояний подлежат уточнению в установленном порядке при конкретном проектировании.

Данные Приложения 9 можно использовать и для ОПН других производителей при условии, что их уровень остающихся напряжений соответствует 1,8U_н.p..

Для других уровней остающихся напряжений ограничителя или при испытательном напряжении защищаемого оборудования, отличающемся от принятого при расчетах в табл. 1 - 7 Приложения 9, изменение допустимых расстояний до оборудования в ОРУ может быть произведено двумя способами:

- пропорционально изменению разности значений испытательного напряжения защищаемого оборудования и остающегося при токе 10 кА напряжения ограничителя (аналогично (11)),

- рассчитано упрощенно как:

DL = 0,7(U_ост1 - U_ост2)´V/2a, м                                                                      (12)

где DL - изменение расстояния по сравнению с табл. 1 - 7 Приложения 9, м;

U_ост1 - базовая величина, которая принимается равной либо остающемуся напряжению при токе равном 10 (5) кА ограничителя произведенного по Л [6, 7] АО КФЗ, либо испытательному напряжению оборудования, для которого рассчитаны расстояния в табл. 1 - 7 Приложения 9, кВ макс;

U_ост2 - остающееся напряжение при токе 10 (5) кА рассматриваемого к установке ограничителя;

а - средняя крутизна падающих грозовых волн, кВмакс/мкс (длина фронта t_ф = 3 мкс, амплитуда - среднее разрядное напряжение линейной изоляции U_л, а = U_л/t_ф кВ макс/мкс);

V - скорость распространения волны по фазе ошиновки, которая близка к скорости света, м/мкс (можно принимать 300 м/мкс).

Изменение допустимого расстояния DL может иметь как положительное (при снижении U_ост2 или повышении испытательного напряжения), так и отрицательное (при повышении U_ост2 или снижении испытательного напряжения) значение. По мере усложнения схемы ОРУ и увеличения количества ограничителей изменение DL повышается на 10 - 20 % по сравнению с расчетным. Для очень сложных схем и компоновке РУ, сильно отличающихся от указанных в таблицах, рекомендуется выполнить специальные расчеты грозозащиты (такие расчеты по договору выполняет Севзапэнергосетьпроект).

3.6.4. При установке ОПН на оборудовании с испытательным напряжениям, отличающимся от принятых при расчетах в ПУЭ и табл. 1 - 7 Приложения 9 (например: АТЦДТН 250.000 500/110 кВ с испытательным напряжением 1300 кВмакс), расстояние от ОПН до защищаемого оборудования определяют следующим образом:

- по формуле (12) рассчитывают изменение расстояния DL₁ при U_ост2 равном испытательному напряжению защищаемого оборудования по ГОСТ 1516.1-76 или из Приложения 1;

- проводят корректировку базовых величин на DL, принимая U_ост1 равным испытательному напряжению оборудования, на котором устанавливается ОПН;

- с учетом проведенной корректировки по формуле (12) проводят расчет изменения расстояния DL₂ при U_ост2 равном остающемуся напряжению при токе 10 кА рассматриваемого к установке ограничителя и U_ост1 равном остающемуся напряжению при токе 10 кА ОПН производства КФЗ;

- окончательно расстояние от ОПН до защищаемого оборудования определяют как: DL = L + DL₁ + DL₂.

3.6.5. При протекании через ограничитель тока грозовых перенапряжений на заземляющем устройстве РУ в месте его присоединения в ЗУ возникают напряжения U_зy:

U_зу = I_p ´ R_зу,                                                                                                 (13)

где I_p - ток через ограничитель;

R_зу - сопротивление ЗУ в месте присоединения ограничителя.

Так как перенапряжения на вторичных обмотках измерительных трансформаторов может быть примерно в 2 раза выше U_зу в месте присоединения их к ЗУ, то точки присоединения ограничителей должны быть как можно дальше удалены от точек заземления этих трансформаторов.

3.7. Выбор ОПН по условиям обеспечения взрывобезопасности.

3.7.1. Для ограничителя нормируется величина тока срабатывания противовзрывного устройства, при которой не происходит взрывного разрушения покрышки ОПН при его внутреннем повреждении. Практически все представленные в настоящий момент в России ОПН имеют противовзрывное устройство.

Значения токов срабатывания этих устройств у разных производителей отличаются в несколько раз. Испытания противовзрывного устройства предусматривают его срабатывание при максимальных значениях токов за несколько сотых долей секунды, при минимальных токах (порядка 0,5 кА) за время до 0,5 с. При этом, если КЗ не отключено и дуга горит вдоль поверхности ограничителя между соплами, до 1,0 с это не вызывает ее нарушения. При горении дуги от 1,0 до 8,0 с под дугой происходит отрыв ребер от покрышки и их осыпание в полукруге с радиусом, равным высоте ограничителя.

3.7.2. При выборе ограничителей с токами срабатывания противовзрывного устройства до 40 кА, его значение должно быть на 15 - 20 % больше значения тока (однофазного или трехфазного) к.з., определенного для данного РУ.

3.7.3. Для ограничителей с токами срабатывания противовзрывного устройства свыше 40 кА и оговоренным в Технических условиях поведением покрышки при горении вдоль ее поверхности дуги (если она замкнута по поверхности) введение коэффициента запаса не требуется.

3.8. Выбор длины пути утечки ОПН.

По зоне загрязнения атмосферы в месте установки ограничителя выбирается нормируемый путь утечки для данных типа и конструкции ограничителя в соответствии с ГОСТ 9920.

Удельная длина пути утечки для ограничителей выбирается не менее, чем на 20 % выше, чем для остального оборудования подстанции.

У большинства производителей существует несколько модификаций ОПН, предназначенных для применения в разных зонах загрязнения.

3.9. Особенности выбора ОПН по условиям работы в ОРУ электростанций.

3.9.1. При установке ОПН в РУ электростанций, его выбор определяется с учетом действия автоматического регулирования возбуждения (АРВ) и форсировки возбуждения генераторов.

Расчетным при этом является случай однофазного КЗ на шинах или вблизи от них на отходящих линиях.

При этом под воздействием АРВ и форсировки возбуждения резко возрастает ток возбуждения ротора и, соответственно, внутренняя ЭДС генератора и напряжение на выводах трансформаторов и шин ОРУ. При этом, если генератор еще не отключился от сети, то напряжение на неповрежденных фазах ошиновки трансформаторов РУ находится в пределах 1,1 - 1,2U_ф, а после отключения блочного трансформатора или всех линий становится равным ЭДС.

3.9.2. Длительность существования квазиустановившихся перенапряжений в этих режимах определяется временем отключения КЗ линейными или трансформаторными выключателями, их резервированием под действием УРОВ, а также временем гашения поля генераторов.

При установке ОПН взамен разрядников (РВС, РВМГ, РВМК) возможно применение ОПН, например серии Exlim с повышенным уровнем остающихся напряжений и, соответственно большими допустимыми длительностями.

3.9.3. При наличии на станции выделяемых (в ходе коммутаций или действия противоаварийной автоматики) блоков, работающих на малонагруженную линию длиной 150 - 350 км, возможно возникновение переходного резонанса на второй или третьей гармонике. В этом случае рекомендуется применение ОПН повышенных классов энергоемкости.

Аналогичная ситуация может возникнуть при резервировании линейного выключателя генераторным.

3.9.4. Выбор ОПН для ОРУ станций по току срабатывания противовзрывного устройства рекомендуется проводить с 10 - 20 % запасом. Если ток противовзрывного устройства ниже значения тока КЗ в ОРУ, то следует предусмотреть ограждение ОПН.

3.10. Выбор ОПН по механическим характеристикам.

3.10.1. ОПН серийно выпускается для климатического исполнения УХЛ и категории размещения 1 в соответствии с ГОСТ 15150-89.

Ограничители опорного исполнения категории размещения 1 (наружная установка) должны выдерживать механические нагрузки:

- от ветра со скоростью 30 м/с,

- от ветра со скоростью 15 м/с при гололеде с толщиной стенки льда до 20 мм.

- от тяжения проводов в горизонтальном направлении не менее 500 Н для ограничителей 110 - 500 кВ и 1000 Н для ограничителей 750 кВ.

3.10.2. При необходимости установки ОПН в условиях, отличающихся от указанных, необходимо связаться с производителем для выяснения возможности изготовления ОПН (его покрышек и систем крепления к фундаменту) с другими механическими характеристиками.

3.10.3. При установке ОПН в зонах с повышенной сейсмической опасностью (выше 7 баллов по MSC-64) необходимо обратиться к производителю ОПН для выбора наиболее подходящей конструкции ОПН или его установки.

3.10.4. Некоторые фирмы выпускают на каждый класс напряжения по две модификации ОПН по изгибающим моментам.

4. Применение и место установки ОПН.

Защита электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений должна соответствовать рекомендациям ПУЭ.

4.1. Места установки ОПН определяются функциональным назначением соответствующего ограничителя:

- в цепи трансформатора, автотрансформатора или шунтирующего реактора - для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений при их включении или отключении;

- на конце линии - для защиты от КП при ее включении или отключении и ограничения набегающих на РУ волн грозовых перенапряжений.

Дополнительный ограничитель устанавливают на линии для ее защиты от КП, если шунтирующий реактор или трансформаторы (автотрансформаторы) присоединены к линии через выключатели.

При установке ОПН на шунтирующем реакторе или автотрансформаторе (трансформаторе), подключаемым к линии без выключателей, через искровое присоединение или выключатель-отключатель, дополнительный ограничитель, присоединяемый непосредственно к линии, не устанавливают.

4.2. Ограничители должны быть установлены без коммутационных аппаратов в цепи присоединения к линии, шинам РУ или ошиновке автотрансформаторов (трансформаторов) или шунтирующих реакторов. Спуск от ошиновки к ограничителю выполняется теми же проводами, что и для остальной аппаратуры РУ. Заземление ограничителя осуществляется присоединением к заземляющему устройству РУ.

4.3. Большинство ограничителей не требуют эксплуатационного контроля состояния, что должно быть оговорено инструкцией по эксплуатации ОПН. В противном случае, изготовитель должен указать в инструкции необходимые виды испытаний, методы их проведения и периодичность. В связи с этим установка счетчиков срабатываний ОПН не является необходимой.

4.4. При необходимости измерения токов ОПН под рабочим напряжением подключение измерительных приборов производится в соответствии с указаниями, приведенными в Инструкции по эксплуатации аппарата.

4.5. Точка присоединения ограничителя к заземляющему устройству (ЗУ) должна быть максимально удалена от точек присоединения к этому ЗУ измерительных трансформаторов.

4.6. Если ограничители имеют противовзрывные клапаны с отводящими соплами, то они должны быть установлены так, чтобы сопла были расположены по продольной оси ячейки. Тогда безопасное расстояние от путей обхода до ограничителя будет примерно соответствовать расстоянию от него до границ ячейки при применении электрооборудования с нормальной изоляцией по ГОСТ 1516.1-83.

При отсутствии противовзрывных устройств расстояние до путей обхода удваивается, и устанавливаются таблички с предупреждающими надписями.

4.7. При установке ОПН взамен разрядника с использованием его стойки, ОПН, с помощью переходной конструкции, крепят так, чтобы верхний зажим находился на той же высоте, что и у разрядника. При монтаже ОПН с увеличением длины спусков от ошиновки необходимо провести дополнительные расчеты по определению изгибающих моментов, действующих на верхний фланец.

5. Особенности выбора ОПН по условиям работы в КРУЭ.

5.1. Для защиты комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) используют ОПН внешней и внутренней установки.

ОПН, устанавливаемый внутри КРУЭ, поставляются заводом-изготовителем КРУЭ в комплекте.

ОПН, устанавливаемые снаружи КРУЭ, размешают в местах ввода воздушных линий в КРУЭ на расстоянии до 10 м от него, с присоединением заземления ОПН к заземляющему устройству последнего.

Выбор электрических характеристик этих ОПН производят в соответствии с гл. 2 настоящих Указаний.

5.2. Если присоединение ВЛ к КРУЭ производится кабелем или элегазовым токопроводом, то ОПН устанавливается в месте перехода ВЛ и его заземление присоединяется к оболочке кабеля или токопровода.

При длине кабеля или токопровода более 100 м и его присоединении к шинам КРУЭ через разъединитель, перед разъединителем устанавливают дополнительный ОПН с таким же остающимся напряжением, как у первого.

5.3. На присоединениях трансформаторов к шинам КРУЭ через выключатели между разъединителями трансформаторного выключателя и трансформатором устанавливается внутренний ОПН.

Если расстояние от внутреннего ОПН до присоединенного элегазовым токопроводом или вводом «элегаз-масло» трансформатора больше половины максимального расстояния, допускаемого по Приложению 8 в соответствии с электрической схемой КРУЭ и длиной защищаемого подхода ВЛ, то на половине нормируемого Приложением 8 расстояния от трансформатора устанавливают дополнительный ОПН с такими же остающимися напряжениями. Заземление этого ОПН присоединяется к заземляющему устройству трансформатора.

5.4. ОПН, предназначенные для внутренней установки, по энергоемкости выбирают на класс выше, чем ОПН для внешней установки.

6. Схемно-режимные мероприятия по повышению надежности работы ограничителя.

6.1. Если в нормальных режимах работы сети ее наибольшее рабочее напряжение может превышать длительно допустимое рабочее напряжение ограничителя, обеспечить условия его работы можно следующими мероприятиями, вводимыми на летний сезон:

а) переключением РПН автотрансформатора с целью постоянного снижения напряжения на той его обмотке, где относительное повышение напряжения по отношению к номинальному выше, что эффективно при соизмеримых индуктивных сопротивлениях примыкающих систем;

б) при незагруженных автотрансформаторах подстанций сети на каждой подстанции на части из них установить повышенный, а на другой части - пониженный коэффициент трансформации, чтобы повысить степень компенсации зарядной мощности сети за счет увеличения потерь реактивной мощности вследствие протекания уравнительного тока;

в) шунтирующие реакторы и автотрансформаторы 500 и 750 кВ в ремонт выводить пофазно, оставляя две оставшиеся фазы для работы в неполнофазном режиме.

6.2. В нейтрали шунтирующих реакторов 500 и 750 кВ, установленных на линии, при длинах линии, указанных в табл. 2 Приложения 8, при установке ОПН-500 и ОПН-750 с удельной энергоемкостью ниже 7 кДж/кВ номинального напряжения ОПН, необходимо устанавливать компенсационный реактор типа РЗКОМ-20000/35, шунтированный выключателем и ограничителем 35 кВ, с соответствующей релейной защитой и автоматикой.

6.3. Предложенные ниже мероприятия могут быть реализованы только после проектной проработки:

6.3.1. Для подстанций 110 - 220 кВ с разземленными нейтралями трансформаторов применять заземление нейтрали выключателем, управляемым от автоматики повышения напряжения, включенной на обмотку электромагнитного трансформатора напряжения, соединенного по схеме разомкнутого треугольника, вручную или дистанционно.

6.3.2. Для автотрансформаторов 500 и 750 кВ, работающих с линиями по полублочной схеме, в которых квазиустановившиеся перенапряжения превышают допустимую величину, применять размыкание соединений по схеме треугольника обмотки низшего напряжения.

6.3,3. Для трансформаторов 110 - 330 кВ, работающих без выключателей на стороне высшего напряжения, в которых квазиустановившиеся напряжения превышают допустимую для ограничителей величину, применять закорачивание выключателей или короткозамыкатели на обмотках низшего напряжения, включаемых от пофазной автоматики от повышения напряжения.

7. Примеры выбора ОПН.

В данной главе приведены несколько примеров выбора ОПН для различных условий установки¹.

___________

¹ Расчет ведется в относительных единицах по отношению к фазному наибольшему рабочему напряжению сети (U_н.р.) или в фазных значениях.

7.1. Рассмотрим пример выбора ограничителя для замены разрядника типа РВМК-500 на присоединенном к линии 500 кВ шунтирующем реакторе. Линия 500 кВ выполнена проводами ЗАС-330, длина 360 км. Наибольшее значение тока короткого замыкания на шинах подстанции - 25 кА. Степень загрязнения по ГОСТ 9920-2. По концам линии подключено по шунтирующему реактору (ШР).

В летнее время в нормальных режимах напряжение на шинах подстанции не опускается ниже 530 кВ, находясь в диапазоне 530 - 545 кВ. Время действия последней ступени резервной защиты на головном выключателе - 3,5 с. Время действия УРОВ + время срабатывания выключателя = 1,5 сек.

Длительно допустимое рабочее напряжение ограничителя выбирается по наибольшему уровню напряжения сети с 2 % запасом и должно быть не менее: . Ближайшие к этому значения по каталожным данным (см. Приложение 6) будет 333 кВ у ОПН производства ЗАО «Феникс-88». Значение выдерживаемого без взрывного разрушения тока короткого замыкания этого ОПН - 40 кА.

В соответствии с п. 3.3.2.2 для ограничителей, устанавливаемых на шунтирующем реакторе, подключенном к линии, наибольшие квазиустановившиеся перенапряжения бывают в несимметричных режимах:

- одностороннего отключения несимметричного КЗ вследствие каскадного действия релейных защит. По табл. 1 Приложения 8 определяем для случая с одним выведенным в ремонт реактором наибольшее (в зависимости от конца линии и сопротивления примыкающих систем) значение U_y = 1,31 (с учетом того, что длина больше 350 км, а для большей длины перенапряжения больше), наибольшая длительность этого режима 3,5 сек;

- неполнофазного включения и отключения линии, в том числе и с учетом действия УРОВ, вследствие отказа фаз коммутируемого выключателя. Определяем по табл. 2. Приложения 8 для случая с 2 ШР U_y2 = 1,44, длительность существования режима - 1,5 сек.

Что касается режима асинхронного хода, тоже учитываемого при такой установке ОПН, то согласно п. 3.3.4.2 значение установившихся перенапряжений в нем не превышают 1,3, а длительность - 0,5 - 1 сек. Эти значения являются промежуточными по сравнению с первыми двумя случаями и на выбор ОПН в данном случае влияния не оказывают.

По рис. 6 для длительности 1,5 сек определяем T_r1 = 1,42. Определяем достаточность выбранного длительно допустимого рабочего напряжения:

U_нроr1 = U_y2/Т_r1 = (1,44´303)/1,42 = 307,3 кВ.

По рис. 6 для длительности 3,5 сек определяем Т_r2 = 1,37. Определяем достаточность выбранного длительно допустимого рабочего напряжения:

U_нроr2 = U_y1/Т_r2 = (1,31´303)/1,37 = 290 кВ.

Как видно, первоначально выбранный U_нро значительно больше U_нроr1 и U_нроr2, т.е. изменений не требует.

В соответствии с п. 3.4.2.1 и п. 3.4.2.2 для выбранного типа ОПН определяют достаточность вольт временной характеристики. Так как очевидно, что для U_y1 выбранные характеристики достаточны, то проверку проводят по U_y2 = 1,44: Т_r = 1,44´303/333 = 1,31. Для этого Т_r по рис. 6 определяют t_вно = 10,6 сек, значение которого с переходом на зависимость «без предварительного нагружения» увеличивается в 4 - 5 раз.

t_вно > t_y1, т.е. выбранный ОПН удовлетворяет всем условиям.

Так как остающиеся напряжения данного ОПН при коммутационном и грозовом импульсе ниже остающихся напряжений разрядника, то его установку можно осуществлять на место разрядника.

7.2. Необходимо выбрать ограничитель для замены разрядника типа РВМГ-220 (II группа по ГОСТ 16357) на присоединенном без выключателей к линии 220 кВ трансформаторе мощностью 40 МВ×А с нормальной изоляцией. (Аналогичная схема может возникнуть на трансформаторе с выключателем при действии УРОВ или выводе в ремонт линейного выключателя). Линия 220 кВ выполнена проводами АС-300, длина 100 км. Подстанция обслуживаемая. Максимальное значение тока короткого замыкания на шинах 220 кВ - 16 кА.

В нормальном режиме напряжение на трансформаторе может достигать 1,02 от наибольшего рабочего напряжения в течение 8 ч в сутки. Время действия последней ступени резервной защиты на головном выключателе - 4,0 с. Зона загрязнения - 2.

Длительно допустимое рабочее напряжение ограничителя выбирается по наибольшему уровню напряжения сети с 2 % запасом и должно быть не менее:

1,02´1,02U_н.р. = 1,04U_ф.н.р. или 152 кВ (на фазу)

Ближайшие к этому значения по каталожным данным (см. Приложение 4) будут 154 кВ (СП» АББ-УЭТМ», «Таврида-Электрик») и 157 кВ («Феникс-88»).

Значение квазиустановившегося перенапряжения в неполнофазном режиме можно оценить по рис. 9: при длине ВЛ 100 км и трансформаторе 40 MB. А его можно принять равным 1,45.

Так как схема входит в зону возможного переходного резонанса на 2-ой гармонике, то согласно п. 3.3.5 необходимо учесть проявление этой гармоники в течение 0,5 сек с амплитудой квазиустановившегося перенапряжения равной: 1,45 + 0,3 = 1,75U_ф.н.р или 255 кВ.

В качестве примера рассматривается возможность применения ОПН серии EXLIM (аналогичные рассуждения и при выборе ОПН производства «Феникс-88» или «Таврида-электрик»).

СП «АББ-УЭТМ» выпускает ОПН четырех классов энергоемкости. Наиболее экономичный по стоимости класс энергоемкости R. Однако в соответствии с п. 3.2.2.1, в схемах где возможна коммутация блока линия-трансформатор рекомендуется устанавливать класс энергоемкости не ниже 4,0 - 4,5 кДж/кВ номинального напряжения, что соответствует у ОПН серии Exlim классу Q.

Далее для возможности сравнения, выбор осуществлялся сразу для всех классов энергоемкости.

Наибольшему значению квазиустановившихся перенапряжений в точке установки ОПН - 1,75 соответствует длительность 0,5 с. По значению этой длительности по прямой А рис. 1 - 4 определяют Т_r:

- для класса R Т_r = 1,165;

- для класса Q, P кривые А совпадают и Т_r = 1,18;

- для класса Т Т_r = 1,16.

Для ОПН производства «Таврида-Электрик» (рис. 6) Т_r = 1,46 - при этом надо иметь в виду, что зависимость дана в о.е. по отношению к U_нро.

Для ОПН производства ЗАО «Феникс-88» (рис. 7) Т_r = 1,46 (зависимость приведена в о.е. по отношению к U_нро).

Соответственно расчетные значения номинальных напряжений равны:

- для класса R Ur = 255/1,165 = 218,9 кВ;

- для классов Q, P Ur = 255/1,18 = 216,1 кВ;

- для класса Т Ur = 255/1,16 = 219,8 кВ.

Ближайшие каталожные значения номинального напряжения ОПН в этом случае: 216 и 228 кВ (см. Приложение 4 и ТУ на ОПН серии EXLIM). Повышению напряжения 255 кВ у них соответствует для номинального напряжения 216 кВ - Т_r = 1,18, для номинального напряжения 228 кВ - Т_r = 1,12.

Для ОПН производства «Таврида-Электрик» определяют не расчетное значение номинального напряжения, а расчетное значение U_нроr = 255/1,46 = 174,6 кВ. Фирма не выпускает ОПН с таким или большим значением U_нро (см. Приложение 4).

Для ОПН производства ЗАО «Феникс-88» U_нроr = 255/1,46 = 174,6 кВ. Ближайшее большее значение U_нро = 176 кВ, a U_но = 220 кВ. Повышению напряжения 255 кВ для ОПН с такими характеристиками соответствует Т_r = 1,45.

В связи с тем, что в данной схеме возможно следование друг за другом нескольких квазиустановившихся режимов, далее выполнен расчет в соответствии с Приложением 10.

Расчет произведен для ОПН Т-228, для остальных ОПН расчеты выполнялись по тому же алгоритму, результаты сведены в табл. 2.

Для ОПН Т-228 Т_r = 1,12. По кривой А (рис. 4) этому соответствует допустимое время 2,1 с, по кривой В - 13 с. Энергоемкость ОПН-220В УХЛ1 производства КФЗ составляет 370 кДж, энергоемкость Т-228 - 2280 кДж. Коэффициент неиспользованной энергоемкости при коммутационных перенапряжениях K_кл = 370/2280 = 0,162.

Допустимое время воздействия КУП 255 кВ составит по формуле из Приложения 10: t_вно1 = 13 - (13 - 2,1)´0,162 = 11,234 сек.

После первых 0,5 с величина КУП снизится до 1,45 (211 кВ), чему соответствует T_r = U_y/U_r = 211/228 = 0,925. Для этого Т_r допустимое время воздействия по кривой А - 3500 с, по кривой В - 23000 с.

Тогда t_вно2 = 23000 - (23000 - 3500)´0,162 = 19840 с. С учетом сработанной части ресурса в течении 0,5 с при КУП 1,78, допустимая длительность воздействия КУП = 1,45 составит:

T_доп = t_вно2´(1 - t_y1/t_доп1) = 19840´(1 - 0,5/11,234) = 18956 с.

Аналогичные расчеты можно выполнить и для ОПН производства «Феникс-88». При этом значения зависимости «без предварительного нагружения» для него можно брать с соответствующей зависимости (В) для ОПН серии Exlim соответствующего класса энергоемкости (R).

Из таблицы 2 видно, что однократное воздействие квазиустановившегося перенапряжения заданного вида позволяет использовать любые ограничители (даже класса R) с номинальным напряжением 216 или 228 кВ (а также ОПН-176 производства ЗАО «Феникс-88»). Так как подстанция обслуживаемая, то достаточно выбрать ОПН с Т_доп большим 3600 сек (что позволит учесть возможность последующей коммутации в течение ближайшего часа). Этому требованию удовлетворяют ОПН серии Exlim классов энергоемкости R, Q, Р и Т с номинальным напряжением 228 кВ, классы энергоемкости Q и Р с номинальным напряжением 216 кВ, а так же ОПН с наибольшим рабочим напряжением 176 кВ фирмы «Феникс-88».

Остающееся напряжение при токе грозового импульса амплитудой 5 кА для РВМГ-220 II группы по ГОСТ 16357 составляет 515 кВ. Согласно п. 3.6 для установки ОПН на место разрядника, остающееся напряжение при этом токе на ОПН должно быть меньше или равно 515 кВ. Этому требованию из отобранных ОПН серии Exlim более всего удовлетворяет ОПН класса Q и Р с номинальным напряжением 216 кВ. Отобранный ОПН фирмы «Феникс-88» также удовлетворяет этим условиям. Все выбранные ОПН удовлетворяют требованиям п. 3.7.2.

При окончательном выборе типа ОПН необходимо помнить, что с одной стороны он устанавливается на изношенное оборудование, для которого целесообразно применять защитные аппараты с большей степенью ограничения, чем прежде. С другой стороны - с повышением класса энергоемкости (при переходе к следующему классу) стоимость ОПН увеличивается, как минимум на 25 %.

Таблица 2

Сводные результаты расчетов по выбору ОПН в сети 220 кВ

В данном случае, исходя из вышесказанного, было принято решение о выборе ОПН типа Q-216 СМ 245.

7.3. Рассмотрим пример выбора ОПН при замене разрядника типа РВМК-750, установленного на АТ-417000/750/500, подключенного по схеме «треугольник» вместе со вторым AT к линии 750 кВ. Длина линии 396 км, выполнена проводами в фазе 5хАС-330/43. На линии установлено 3 шунтирующих реактора. Наибольшее значение тока короткого замыкания на шинах подстанции - 25 кА. В нормальных режимах уровень напряжения на шинах 750 кВ не превышает 790 кВ, т.е. практически равен наибольшему рабочему. Зона загрязнения - II по ГОСТ 9920. Время действия последней ступени резервной защиты на головном выключателе - 4,5 с.

Длительно допустимое рабочее напряжение ограничителя выбирается по наибольшему уровню напряжения сети с 2 % запасом и должно быть не менее: . Ближайшее большее этого значения по каталожным данным (см. Приложение 7) у ОПН производства ООО «АФ-Полимер» будет 478 кВ. Значение выдерживаемого без взрывного разрушения тока короткого замыкания этого ОПН - 30 кА.

В соответствии с п. 3.3.2.1 для ограничителей, устанавливаемых на автотрансформаторе, который по схеме ОРУ не коммутируется вместе с линией, наибольшие квазиустановившиеся перенапряжения бывают на неповрежденных фазах при несимметричном кз на шинах ПС. Их максимальные значения не превышают 1,4 наибольшего рабочего напряжения сети. В данном случае эта величина составляет 1,05.

Кроме того, в соответствии с п. 3.3.5 необходимо предусмотреть возможность возникновения переходного резонанса на 2-й или 3-й гармонике при коммутации противоположного конца линии. Согласно расчетам, выполненным в соответствии с Приложением 9 величина квазиустановившихся перенапряжений с учетом гармоники составит 1,35U_y, длительность - 0,5 сек. После перенапряжение снижается до значения 1,18, которое существует до окончания времени срабатывания последней ступени релейной защиты. Согласно рис. П5.6 ТУ на ОПН этого производителя для. длительности 0,5 сек по зависимости с «предварительным нагружением энергетическим импульсом» определяем T_r1 = 1,45. Определяем достаточность выбранного длительно допустимого рабочего напряжения:

U_нроr1 = U_y1/Т_r1 = (1,35´455)/1,45 = 423,2 кВ.

Как видно, первоначально выбранный U_нро больше U_нроr1 и изменений не требует.

В соответствии с п. 3.4.2.1 и п. 3.4.2.2. для выбранного типа ОПН определяют достаточность вольт временной характеристики по U_y = 1,35:

Т_r = 1,35´455/478 = 1,285. Для этого Т_r по рис. П5.6 по зависимости «без предварительного нагружения» определяют t_вно = 1000 сек, t_вно > t_y1, т.е. выбранный ОПН имеет запас по времени на следующую коммутацию. Т.к. квазиустановившееся напряжение в данном случае, хотя и воздействует непрерывно, но имеет два значения, то в соответствии с п. 3.4.3 производим расчет срабатывания ресурса по формуле (5):

Т_допk = 1000 ´ (1 - 0,5/1000) = 999,5 сек.

После первого воздействия значение квазиустановившегося перенапряжения снижается до 1,18, чему соответствует Т_r2 = 1,18´455/478 = 1,12. Этому значению соответствует на зависимости «без предварительного нагружения энергетическим импульсом» длительность свыше 10000 сек. С учетом предыдущего воздействия допустимая длительность текущего воздействия составит: Т_допk = 10000´(1 - ((4,5 - 0,5)/999,5)) = 9956 сек.

Так как остающееся напряжение данного ОПН при грозовом импульсе тока с амплитудой 10 кА (1466 кВ) ниже остающегося напряжения разрядника при таком же импульсе тока (1650 кВ), то его установку можно осуществлять на место разрядника.

Литература.

1. Руководящие указания по выбору средств компенсации реактивной мощности. НТА Энергопрогресс, 1996.

2. Рекомендации по применению ограничителей перенапряжений в электрических сетях 110 - 750 кВ РАО «ЕЭС России», Интер ЭСП, 1997.

3. Проект «Руководящих указаний по защите от внутренних перенапряжений электротехнических установок переменного тока 3 - 50 кВ». ВЭИ и Энергосетьпроект, Электрические станции, 1964 г., №№ 11 - 12.

4. Разработка норм для ПУЭ на максимально допустимые расстояния до защищаемого оборудования. Отчет СЗО Энергосетьпроекта, 12581, 1984.

5. Методика расчета наибольших допустимых расстояний от ограничителей перенапряжений типа ОПН до автотрансформаторов 750/500 кВ и 500/220 кВ со сниженными уровнями изоляции. Отчет СЗО Энергосетьпроекта, 13122тм-т1, 1989.

6. ТУ на выпускаемые Корниловским фарфоровым заводом ОПН 110 - 220 кВ: ТУ 3414-013-04682628-96, ТУ 3414-019-046828-97, на ОПН 110 II, IV; 220 II, IV УХЛ1: ТУ 3414-011-04682628-96.

7. ТУ на выпускаемые Корниловским фарфоровым заводом ОПН 500 кВ: ТУ 344-014-046282628-96.

8. ТУ на выпускаемые Корниловским фарфоровым заводом ОПН 750 кВ: ТУ 16-521.277-82.

9. ТУ на выпускаемые ЗАО «АББ-УЭТМ» ОПН серии Exlim 110 - 750 кВ: ТУ 16-97 N 1БП.768 004 ТУ.

10. Методические указания по предотвращению феррорезонанса в распределительных устройствах 110 - 500 кВ с электромагнитными трансформаторами напряжения и выключателями, содержащими емкостные делители напряжения, МУ-34-70-163-87. Москва, 1987 г.

Рисунки.

А - при предварительном нагружении удельной поглощаемой энергией 2,5 кДж/кВ U_ном при температуре окружающего воздуха +45 °С,

В - в исходном состоянии при температуре окружающего воздуха +45 °С

Рис. 1. Зависимость относительных величин временных перенапряжений U_n промышленной частоты, которые должны выдерживать ОПН EXLIM R, от их длительности.

А - при предварительном нагружении удельной поглощаемой энергией 4,5 кДж/кВ U_ном при температуре окружающего воздуха +45 °С,

В - в исходном состоянии при температуре окружающего воздуха +45 °С

Рис. 2. Зависимость относительных величин временных перенапряжений U_n промышленной частоты, которые должны выдерживать ОПН EXLIM Q, от их длительности.

А - при предварительном нагружении удельной поглощаемой энергией 7 кДж/кВ U_{ном ОПН}

при температуре окружающего воздуха +45 °С,

В - в исходном состоянии при температуре окружающего воздуха +45 °С

Рис. 3. Зависимость относительных величин временных перенапряжений U_n промышленной частоты, которые должны выдерживать ОПН EXLIM P, от их длительности.

А - при предварительном нагружении удельной поглощаемой энергией 10 кДж/кВ U_{ном ОПН} при температуре окружающего воздуха +45 °С,

В - в исходном состоянии при температуре окружающего воздуха +45 °С

Рис. 4. Зависимость относительных величин временных перенапряжений U_n промышленной частоты, которые должны выдерживать ограничители EXLIM Т, от их длительности.

Рис. 5. Зависимость «допустимое напряжение-время» для случая без предварительного нагружения импульсом энергии для ОПН, выпускаемых АООТ «КФЗ» по ТУ №:

1) 3414-019-04682628-97,

2) 3114-011-04682628-96.

Рис. 6. Зависимость «допустимое напряжение-время» для случая:

1) предварительного нагрева и погружения импульсом 2,5 кДж/кВ U_n для ОПН 110 - 220 кВ, выпускаемых ЗАО «Феникс-88» по ТУ 3414-007-06968694-97,

2) предварительного нагрева и погружения импульсам 7,0 кДж/кВ U_n для ОПН 500 кВ, выпускаемых ЗАО «Феникс-88» по ТУ 3414-013-06968694-99.

Рис. 7. Зависимость «допустимое напржение-время» для случая предварительного погружения импульсом 2,25 кДж/кВ U_нро для ОПН, выпускаемых ООО «Таврида-Электрик» по ТУ № ИТЕА 674361.0005.

Рис. 8. Максимальные величины установившихся перенапряжений в полублочной схеме электропередачи 110 кВ при включении 2-х фаз ВЛ.

Рис. 9. Максимальные величины установившихся перенапряжений в полублочной схеме электропередачи 220 кВ при включении 2-х фаз ВЛ.

Рис. 10. Максимальные величины установившихся перенапряжений в полублочной схеме электропередачи 500 кВ при включении 2-х фаз ВЛ.

Рис. 11. Максимальные величины установившихся перенапряжений в полублочной схеме электропередачи 750 кВ при включении 2-х фаз ВЛ.

Рис. 12. Перенапряжения на линии и на нейтрали трансформатора при неполнофазном режиме линии 110 кВ с трансформатором с разомкнутой нейтралью.

Приложения

Приложение 1

Нормированные испытательные напряжении силовых трансформаторов с номинальной изоляцией, кВ (ГОСТ 1516.3)

Примечания:

п.и. - полный импульс,

с.и. - срезанный импульс,

(1) - для трехфазных трансформаторов.

(2) - для соединенных в звезду обмоток класса напряжения от 110 до 220 кВ с неполной изоляцией нейтрали, допускающей работу с ее разземлением.

(3) - для обмоток класса напряжения от 110 до 220 кВ с неполной изоляцией, допускающей работу с ее разземлением.

(4), (5) - для трансформаторов АОДЦГН 167000 500/220, с облегченной изоляцией.

(6) - для обмотки 500 кВ с облегченной изоляцией трансформаторов АОДЦТН 417000 750/500, выпускаемых с 1985 г.

Приложение 2

Основные электрические характеристики ограничителей перенапряжений, рекомендуемых для электрических сетей 110 кВ.

^* - базовое исполнение

^** - усредненное значение характеристик может находиться в диапазоне +/-2 %.

^*** - для ОПН НПО «Электрокерамика» значения остающихся напряжений приведены для импульса тока 1,2/2,5 мс с соответствующей амплитудой

Приложение 3

Основные электрические характеристики ограничителей перенапряжений рекомендуемых для электрических сетей 150 кВ.

^* - базовое исполнение

^** - то же, что в Приложении 2.

Приложение 4

Основные электрические характеристики ограничителей перенапряжений рекомендуемых для электрических сетей 220 кВ.

^* - то же, что в Приложении 2.

^** - то же, что в Приложении 2.

Приложение 5

Основные электрические характеристики ограничителей перенапряжений рекомендуемых для электрических сетей 330 кВ.

^* - базовое исполнение

Приложение 6

Основные электрические характеристики ограничителей перенапряжений рекомендуемых для электрических сетей 500 кВ.

^* - базовое исполнение

^** - тоже, что в Приложении 2

U_ном при коммутационном импульсе трансформатора с облегченной изоляцией на стороне 500 кВ:

АОДЦТН 167000 500/220 - 900, кВ

АОДЦТН 417000 750/500 - 1050, кВ

Норм. изол. U_испком = 1230 кВ

Приложение 7

Основные электрические характеристики ограничителей перенапряжений рекомендуемых для электрических сетей 750 кВ.

^* - базовое исполнение

^** - приведены на июль 1999 г. При пересчете рублевых цен принималось: 1$ = 24/4 руб.

^*** - стоимость ОПН НПО «Электрокерамика» определялась в соответствии с прайс-листом, утвержденным в июле 1999 г. Департаментом электрических сетей РАО «ЕЭС России» и с учетом Примечания 2 указанного прайс-листа (при предоплате денежный средствами скидки до 55 %).

Приложение 8

Таблица 1.

Квазиустановившиеся перенапряжения при отключении однофазного КЗ на конце линии 500 кВ.

Примечание к табл. 1: для линий 110 - 330 кВ без ШР КУП при тех же длинах ввиду низких сопротивлений систем на 15 - 23 % ниже.

Таблица 2.

Установившиеся перенапряжения при неполнофазном отключении одной фазы линии

^* Границы зон, в которых не могут применяться ограничители производства КФЗ, определялись по величине КУП, равной 1,3.

Таблица 3.

Квазиустановившиеся перенапряжения при неполнофазной коммутации линии с трансформатором на конце

Для расчетов приняты минимальное и максимальное сечение проводов ВЛ и наиболее характерные типы трансформаторов для рассматриваемых классов напряжений.

В отличных от этих условий случаях приведенные данные в табл. 3 можно интерполировать или экстраполировать. При этом учитывается изменение сечения проводов и индуктивного сопротивления между трансформаторными обмотками ВН и НН, соединенных по схеме звезда с заземленной нейтралью - треугольник.

По индуктивным сопротивлениям трансформаторов интерполируют возможные зоны опасных КУП: для полублочных электропередач 154 кВ - по зонам для ЛЭП 110 кВ и 330 кВ - по зонам для ЛЭП 220 кВ. В тех случаях, когда могут применяться ограничители перенапряжений с другим расчетным напряжением можно пользоваться обобщенными зависимостями величины КУП от длины линии, приведенными для наиболее тяжелого случая включения двух фаз ВЛ и отказа третьей фазы: рис. 8 - для 110 кВ; рис. 9 - для 220 кВ; рис. 10 - для 500 кВ; рис. 11 - для 750 кВ.

Экстраполяцию и интерполяцию данных проводят аналогично вышесказанному.

Приложение 9.

Таблица 1.

Наибольшие допустимые расстояния от ограничителей перенапряжений типа ОПН-110 до защищаемого оборудования обычных ОРУ и ЗРУ 110 кВ

Таблица 2.

Наибольшие допустимые расстояния от ограничителей перенапряжений типа ОПН-220 до защищаемого оборудования обычных ОРУ и ЗРУ 220 кВ

Таблица 3.

Наибольшие допустимые расстояния от ограничителей перенапряжений типа ОПН-330 до защищаемого оборудования обычных ОРУ и ЗРУ 330 кВ

Таблица 4.

Наибольшие допустимые расстояния от ограничителей перенапряжений типа ОПН-500 до защищаемого оборудования обычных ОРУ и ЗРУ 500 кВ

Таблица 5.

Наибольшие допустимые расстояния от ограничителей перенапряжений типа ОПН-220 до обмоток 220 кВ автотрансформаторов (трансформаторов) с амплитудой импульсного испытательного напряжения полной волны 650 кВ

Таблица 6.

Наибольшие допустимые расстояния от ограничителей перенапряжений типа ОПН-500 до обмоток 500 кВ автотрансформаторов (трансформаторов) с амплитудой импульсного испытательного напряжения полной волны 1300 кВ

Таблица 7.

Наибольшие допустимые расстояния от ограничителей перенапряжений типа ОПН-500 до обмоток 500 кВ автотрансформаторов (трансформаторов) с амплитудой импульсного испытательного напряжения полной волны 1060 кВ^*

При установке ОПН на всех отходящих ВЛ ОРУ 500 кВ может выполняться со сниженными воздушными промежутками.

Приложение 10.

Расчет установившихся перенапряжений и частотных характеристик в схеме электропередачи

Для расчета используются волновые характеристики линий. В качестве основного элемента расчета рассматривается эквивалентная индуктивность системы L_c с Э.Д.С. Е, к которой подключен участок линии длиной l с нагрузкой Z_н.

Если пренебречь активным сопротивлением для линий, то волновое сопротивление определяется как:

 где

L и X - удельные индуктивность в Гн и индуктивное сопротивление в Ом;

С и Y - удельные емкость в Ф и проводимость линии в Сим по прямой и нулевой последовательностям соответственно.

Постоянная распространения  рад/км, где w - частота колебаний (для промышленной частоты w = 314).

Напряжение в начале линии , в конце - , входное сопротивление с рассматриваемого конца линии - .

Для простейшего случая - отсутствия индуктивного сопротивления реактора или входного сопротивления следующего участка линии, в дальнейшем обозначаемом как «нагрузка», - входное сопротивление линии равно:

                                                                                         (1)

коэффициент передачи напряжения К_l= 1/cosal, причем

,                                                                                                (2)

Входное сопротивление линии с нагрузкой на конце:

 или

                                                                        (3)

K = -(l/cosal) + (Z_l/Z_н)´sinal,                                                                       (4)

где Z_н имеет знак «+» при индуктивном характере нагрузки, а «-» при емкостном.

При симметричном одностороннем включении линии:

                                                             (5)

где L_с1, Z_вх1, K_l1 - параметры линии по прямой последовательности.

Если схема состоит из нескольких участков и имеет шунтирующий реактор на их стыке, то входное сопротивление рассчитывают, «сворачивая» схему начиная с открытого конца линии. При этом входное сопротивление рассматриваемого участка принимается в качестве нагрузки для следующего (по направлению к включенному концу линии). Результирующий коэффициент передачи напряжения получается перемножением коэффициентов участков.

При одностороннем отключении несимметричного КЗ на конце линии определяются входные сопротивления схемы относительно отключенного конца линии с КЗ по прямой (обратной) Z_вх1, и нулевой Z_вх0 последовательностям, используя (3, 5) с параметрами линии и системы по этим последовательностям соответственно.

После этого определяются напряжения на поврежденных фазах на конце линии как:

                                                                                   (6)

при двухфазном КЗ:

                                                                (7)

При отказах во включении одной фазы выключателя, односторонне включающего линию, напряжение на контактах разомкнутого выключателя составит:

                                                      (8)

где  - входное сопротивление линии по прямой (нулевой) последовательности со стороны разрыва фазы в сторону ЭДС;

 - входное сопротивление по прямой (нулевой) последовательности со стороны разрыва в сторону разомкнутого конца линии.

Напряжение относительно земли на разомкнутой линии со стороны разрыва по последовательностям:

                   (9)

                                                   (10)

Напряжение на конце линии в месте разрыва соответственно равно:

Фазное напряжение  равно:

                                                                                         (11)

Определив коэффициенты передачи напряжения на конце линии К_1,2,0 получаем:

                                                                             (12)

Частота собственных колебаний схемы w₀ в зависимости от расчетных условий определяется путем построения частотных характеристик:

- для схемы симметричного одностороннего включения линии:

w₀ находят при Z_э = 0 в точке пересечения частотной характеристики с осью абсцисс (можно упростить графоаналитический способ, построив прямую Z_н = -jwL_c1 и , в функции от w, и получив в месте пересечения w₀);

- при несимметричных КЗ графоаналитическим способом исходят из уравнений:

- при разрыве электропередачи аналогично решается уравнение:

Приложение 11.

В сложных случаях, при U_у > 1,5 или возможности длительного существования установившегося режима, проверяют соответствие выбранного ОПН условиям эксплуатации по величине временно допустимой длительности ВДНО по следующей формуле:

T_i = [T_Bi - (T_Bi - T_Ai)]´W_КФЗ/W..., где

T_i - допустимое время текущего воздействия напряжения или перенапряжения на наиболее нагруженном элементе ограничителя;

T_{Ai, Bi} - нормируемая допустимая длительность текущего воздействия, определяемая по зависимостям А и В на рис. 1 - 4;

W_КФЗ - энергоемкость ОПН, произведенных КФЗ рассматриваемого класса напряжения сети, определяемая по Приложениям 2 - 6;

W... - энергоемкость ОПН, произведенных другой фирмой (например, АББ-УЭТМ) выбранного класса энергоемкости, определяемая по Приложениям 2 - 6, 9.

Отношение W_кфз к W... позволяет учитывать недоиспользованную энергию переходного процесса для увеличения допустимых длительностей временно допустимых повышений напряжения. Уравнение основано на том, что энергоемкость ОПН производства КФЗ рассчитана на поглощение только коммутационных перенапряжений данного класса сети, а энергоемкость ОПН других производителей в несколько раз больше ее. Так как энергоемкость ограничителя рассчитана на интегральное поглощение энергии, выделившейся в ОПН, в нормальном, аварийном и послеаварийном режиме, то это позволяет недополучение энергии в переходном процессе использовать для увеличения длительности (и соответственно энергии) квазиустановившегося режима.

Допускается уточнение расчета введением поправки на амплитуду и длительность волны: 0,8 - 0,9 - для ВЛ 500 - 750 кВ, 0,7 - 0,8 - для ВЛ 220 - 330 кВ, 0,5 - 0,7 - для ВЛ 110 - 154 кВ.

Поправка тем меньше, чем короче коммутируемая линия.

НТК ЭЛ-ПРОЕКТ

ИНН 7728-042312

адрес: 117421 Москва ул. Обручева 3-1

Научно-техническая компания «Эл Проект» (НТК) успешно работает в области электроэнергетики и информационных технологий с 1992 г.

Основные направления деятельности компании:

• определение условий работы электротехнического оборудования ПС и ВЛ в электрических сетях 110 - 1150 кВ и разработка соответствующих нормативно-методических документов и технических требований на новые виды оборудования и приборы;

• подготовка основополагающих и нормативных документов по формированию единого информационного пространства, и внедрение информационных технологий в СНГ с поставками соответствующего оборудования;

• консультирование по вопросам проектирования, продвижения на рынки и эксплуатации новых технологий, приборов, оборудования и услуг;

• разработка и реализация совместных проектов между государствами Содружества и международных проектов (в том числе по линии ТАСИС и БИСТРО);

• поиск потенциальных деловых партнеров в государствах Содружества и за рубежом;

• оказание помощи в публикации, перевод и редактирование книг и статей, направляемых в ведущие технические издательства Западной Европы и США.

НТК располагает штатом высококвалифицированных сотрудников, имеет возможности привлекать экспертов международных организаций и имеет деловые отношения с рядом иностранных компаний, университетов и лабораторий таких как ICL International (ведущий специалист по информационным технологиям), POWERGEN (энергетические объекты «под ключ»), NORHLAMBER PLC (крупнейший поставщик вычислительной техники и комплектующих), NEKTONS (LK) (консультанты по вопросам энергетики), Лондонский Университет, Лаборатория им. Резерфорда в Оксфорде, IEE (Британский институт инженеров электриков)

Нашими услугами пользуются такие компании как:

• Технопромэкспорт

• Энергосетьпроект

• НТФ «Энергопрогресс»

• РАО «ЕЭС России»

• КБ «Реформа»

• КБ «МЕРИТ БАНК»

• МГУ им. М.В. Ломоносова

• Исполнительный комитет Электроэнергетического Совета СНГ

• АО «Кыргызэнергохолдинг»

• АО «Литовэнерго» и многие другие.

НТК «Эл Проект» предлагает Вам взаимовыгодное сотрудничество по интересующим Вас проблемам в которых мы являемся признанными специалистами.