Эффективность грозозащиты подстанции

Показателем эффективности защиты подстанции (грозоупорности) служит число лет безаварийной работы

. (7.66)

Здесь определяется по (4.41), а (среднегодовое число опасных импульсов, приходящих на подстанцию по воздушным ЛЭП) находится по формуле

. (7.67)

Суммирование в (7.67) проводится по всем подходящим к подстанции воздушным ЛЭП. Обозначения параметров в (7.67) соответствует обозначениям предыдущих разделов. Следует иметь в виду, что поскольку на подходах к подстанции осуществляются меры по повышению их молниезащищенности, то вероятности Р_α и Р_оп отличаются от значений, полученных для основной части линии.

Расчетные значения Т современных подстанций большей частью на порядок превышают сроки службы основного электрооборудования и составляют ориентировочно несколько сотен лет.

Точность расчета параметров грозоупорности различных объектов по описанным выше методикам невысока. Однако результаты таких расчетов позволяют достаточно объективно сравнивать различные варианты молниезащиты и тем самым оптимизировать их конструктивное исполнение.

Особенности молниезащиты подстанций и станций различного номинального напряжения

На подстанциях до 110 кВ включительно и на подстанциях 150–220 кВ, где установлены трансформаторы с повышенным уровнем изоляции, место установки защитных аппаратов (РВ, ОПН) выбирается таким образом, чтобы обеспечить защиту всего оборудования минимальным их числом (по одному комплекту на каждую систему шин). При этом допускается наличие коммутационных аппаратов между защитными аппаратами и трансформаторами, поскольку уровень изоляции трансформаторов выше возможной кратности большинства коммутационных перенапряжений.

Между защитными аппаратами и трансформаторами 220 кВ с основным уровнем изоляции, а также автотрансформаторами, трансформаторами и шунтирующими реакторами 330–750 кВ установка коммутационных аппаратов не допускается, так как в этих случаях на разрядники возлагается задача ограничения коммутационных перенапряжений.

Оборудование подстанций 330–500 кВ рекомендуется защищать не менее чем двумя комплектами защитных аппаратов, а 750–1150 кВ – тремя комплектами для уменьшения тока через каждый защитный аппарат и остающегося напряжения на защитном аппарате. Это условие почти всегда выполняется в связи с необходимостью установки разрядников для защиты каждого трансформатора и реактора по условию отсутствия коммутационных аппаратов между защитным аппаратом и защищаемым объектом.

Рис. 7.40. Упрощенные схемы защиты комплектных подстанций, присоединенных с помощью отпаек к транзитным линиям без тросов: а – расстояние от трансформатора до линии 5–10 м; б – то же 50–200 м; в – то же более 200 м

В линиях СВН в отличие от линий номинального напряжения до 220 кВ включительно применяют защиту от коммутационных перенапряжений с помощью ОПН. ОПН защищают конец линии вместе с компенсирующими реакторами и устанавливаются обычно в ячейке реактора.

При возникновении грозовых импульсов на вводах трансформатора с изолированной или разземленной (с целью уменьшения токов короткого замыкания) нейтралью в его обмотках развиваются колебания, которые могут привести к значительному повышению напряжения на нейтрали. Для защиты изоляции нейтрали от таких перенапряжений в нейтраль может быть включен защитный аппарат с номинальным напряжением на класс ниже, чем класс трансформатора.

Если аппараты находятся от разрядника на небольшом расстоянии ( ), то необходимость в ограничении крутизны набегающего импульса отпадает. Такая ситуация складывается на небольших подстанциях (в частности, на комплектных подстанциях 35–220 кВ), которые часто присоединены к транзитным линиям с помощью отпаек (рис. 7.40). Задача состоит в том, чтобы не допустить близких от вентильных разрядников ударов молнии, способных привести к повреждению самого разрядника. При отсутствии тросов на линии (линии на деревянных опорах) необходимо, чтобы каждый грозовой импульс при распространении к подстанции прошел мимо двух трубчатых разрядников, которые отводят значительную часть тока молнии в землю. Ближайший к подстанции пролет желательно защитить тросом. Если транзитная линия защищена тросом, то отпайка также защищается тросом по всей длине и установка трубчатых разрядников не требуется.

При выпуске с завода изоляция электрических генераторов обладает прочностью, в несколько раз превышающей наибольшее рабочее напряжение, а коэффициент импульса ее составляет 1,3–1,6. Однако в процессе эксплуатации электрическая прочность изоляции резко снижается из-за вибрации и электродинамических воздействий при коротких замыканиях, а также испарения пропитывающих веществ. Коэффициент импульса снижается до 0,7–1. Допустимое напряжение на главной изоляции машин, бывших в эксплуатации, можно оценить как .

Помимо ограничения напряжения на вводе машины схемой молниезащиты должно быть предусмотрено ограничение напряжения на нейтрали и ограничение крутизны падающего импульса с целью защиты продольной изоляции машины.

Для генераторов, соединенных с воздушными линиями через трансформаторы, обычно не требуется никакая дополнительная защита от грозовых перенапряжений и на генераторном напряжении защитные аппараты могут не устанавливаться.

Молниезащита электрических машин, присоединенных непосредственно к воздушным линиям, может быть успешно осуществлена с помощью ОПН при условии ограничения тока через ОПН (желательно до 1,5 кА); это необходимо для увеличения координационного интервала между остающимся напряжением ОПН и допустимым напряжением на главной изоляции машины. С этой целью применяются различные схемы защиты воздушных подходов и способы связи обмотки машины с воздушной линией (реактор, кабельная вставка).

Кроме того, для ограничения крутизны, обусловливающей напряжения на междувитковой изоляции, параллельно разряднику включается конденсатор. Ограничение крутизны до 1–2 кВ/мкс обеспечивает также слабое развитие колебаний на изолированной нейтрали обмотки.

_______________________