| RU | FR | ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ |
|
| Про автора |
Реферат за темою магістерської роботи:
Вступ
З досвіду екслуатації високовольтних повітряних ліній (ПЛ) та трансформаторних підстанцій (ПС) у різних кліматичних умовах видно, що проблема ефективності блискавкозахисту підстанційного обладнання залишається однією з найбільш актуальних в забезпеченні його надійної роботи у плані як захисту від прямих ударів блискавки, а також обмеження перенапруг, спричинених хвилями грозових перенапруг.
На територіях з високою щільністю грозової активности утворюється підвищений риск для повітряних ліній електропередач та підстанційного електрообладнання, бо грозові розряди в опори та провода можуть привести до тривалих перерв в електропостачанні. Різні фактори, особливо високі значення опору заземлення опор, великі висота опор та довжина прольотів можуть при ударах блискавки привести до пошкодження ізоляції, що, у свою чергу, приводить до частих короткотривалих перебоїв у електропостачанні і навіть до коротких замикань між фазами декількох систем.
Актуальність теми. Підвищення надійності експлуатації повітряних ліній електропередач (ПЛЕП) у випадку їх пошкодження внаслідок грозових перенапруг залишається однією з найважливіших задач електроенергетики. [1]
Актуальність цієї проблеми особливо гостро відчувається при проектуванні та експлуатації ПЛЕП вищих класів напруг. У Росії за період з 1998 по 2003 р.р. на ПЛЕП 330-500-750 кВ кількість відключень від грозових перенапруг становить не менше 11% від загального числа аварійних відключень, при цьому дані відносяться до ліній, на яких встановлені грозові троси.[2]
Вперше ОПН-Л були розроблені в Японії і США з 1980-х років і зараз широко застосовуються для захисту ВЛ на напруги 66, 77 та 138кВ. [3]
У Китаї ОПН-Л встановлюються на опорах ВЛ класів напруг 132 і 400кВ, розташованих переважно на горбистій місцевості. [4]
Практикується установка ОПН-Л на кожній опорі. У загальному випадку, частоту установки ОПН-Л рекомендується визначати в залежності від необхідної надійності захисту.
У США з досвіду експлуатації ПЛ 115кВ відомо, що ті лінії, які оснащені захисними апаратами (захищені всі опори і всі фази), вже п'ять років експлуатуються без аварійних відключень через атмосферні перенапруги. [5]
Ціль роботи: Оцінити вірогідність пробою ізоляції обмотки автотрансформатора 500кВ внаслідок набігаючої по приєднаної повітряної лінії грозової хвилі перенапруг.
Наукова значимість роботи: Отримано нову залежність ймовірності пробою ізоляції обмотки автотрансформатора протягом часу t від: частоти і тривалості появи хвилі грозових перенапруг у приєднаної ПЛ 500кВ, що живить автотрансформатор, надійності нелінійного обмежувача перенапруг (ОПН) і термінів його діагностики.
Практична цінність результатів роботи: запропонована методика вибору оптимальних, з точки зору живучості, вузлів навантаження і термінів діагностики працездатності ОПН. Доведено доцільність встановлення додаткового ОПН у комірці лінійного роз'єднувача приєднаної ВЛ 500кВ.
Огляд питання:
Блискавка - природний розряд великих скупчень електричного заряду в нижніх шарах атмосфери. Розряд блискавки характеризується великими струмами, а його температура доходить до 300 000 градусів.
Вплив блискавки може бути двояким. По-перше, вона може уражати будівлі та установки безпосередньо, що називається прямим ударом блискавки, або первинним впливом. По-друге, вона може надавати вторинний вплив, що пояснюється електростатичною та електромагнітною індукцією, а також занесенням високих потенціалів через наземні і підземні металеві комунікації, що є наслідком прямого удару.
Обладнання підстанції надійно захищається від прямих ударів блискавки системою блискавковідводів, у яких забазпечений малий імпульсний опір, що, у свою чергу, виключає зворотні перекриття на електрообладнання. Пошкоджуваність ізоляції електрообладнання ПС від впливу на неї грозових перенапруг залежить від частоти появи набігаючих з приєднаної повітрянох лінії (ПЛ) хвиль грозових перенапруг та працездатного стану нелінійного обмежувача перенапруг (ОПН). Набігаюча з ПЛ на ПС хвиля грозових перенапруг може формуватися в наслідок прямих ударів блискавки в ПЛ (трос, провід) або близьких до ПЛ ударах блискавки у наземні спорудження.
Рисунок 1 – Типова схема захисту обладнання (РП) від грозових перенапруг
(Анімація: об'єм - 22,4 кВ; кількість кадрів - 9; затримка між кадрами - 70 мс; кількість циклів - 6)
Глибоке обмеження імпульсних (грозових) перенапруг може бути досягнуто двома шляхами:
а) розробкою і впровадженням нових схем (каскадних схем блискавкозахисту) блискавкозахисту з більш високими показниками надійності, ніж це рекомендується ПУЕ та ПТЕ;
б) за допомогою застосування захисних апаратів з більш високими характеристиками по надійності, ніж характеристики вентильних розрядників.[7]
Обмежувачі перенапруг нелінійні (ОПН) з металооксидних нелінійними резисторами (варисторами) призначені для захисту від комутаційних і грозових перенапруг ізоляції електрообладнання. Відсутність іскрового проміжку забезпечує постійне підключення ОПН до захищуваного обладнання. Захисні властивості ОПН обумовлені високою нелінійністю вольтамперної характеристики варисторів. Мікроструктура варисторів включає в себе кристали оксиду цинку (напівпровідник n - типу) і міжкристалічний прошарок (напівпровідник p - типу). Таким чином, варистори на основі оксиду цинку ZnO є системою p - n переходів. Ці p - n переходи і визначають нелінійні властивості варисторів, тобто нелінійну залежність величини струму, що протікає через варистор, від прикладеної до нього напруги. У нормальному робочому режимі струм через обмежувач носить ємнісний характер і складає десяті долі міліампер. При виникненні в мережі перенапруг опір ОПН різко падає до одиниць ом, варистори обмежувача переходять у проводящий стан і обмежують подальше наростання перенапруги до рівня, безпечного для ізоляції електрообладнання, поглинаючи енергію імпульсу перенапруги, яка перетворюється в теплову енергію і потім розсіюється в навколишнє середовище. Коли хвиля перенапруги проходить, обмежувач знову повертається в непровідний стан. Час переходу обмежувача в проводящий стан складає одиниці наносекунд, що дозволяє ОПН ефективно обмежувати високочастотні перенапруги.
Переваги ОПН:
1. глибокий рівень обмеження всіх видів перенапруг;
2. відсутність супроводжуючого струму після затухання хвилі перенапруг;
3. простота конструкції і стійкість до старіння;
4. здатність до розсіювання великих енергій;
5. стійкість до атмосферних забруднень;
6. невеликі габарити і вага.
Зміст роботи:
Згідно ПУЕ 7 у відкритому розподільчому пристрої (ВРП) 500кВ у обмотки 500 кВ автотрансформатора, для її захисту від набігаючих грозових хвиль передбачається установка нелінійного обмежувача перенапруг (ОПН). Отже, пробій ізоляції обмотки автотрансформатора на напругу 500 кВ може відбутися при збігу в просторі і часі двох подій: поява хвилі грозових перенапруг в лінії 500 кВ і знаходження ОПН, встановленого у обмотки автотрансформатора, у неробочому стані. (рис. 2).
Вірогідність пробою ізоляції обмотки автотрансформатора протягом часу t від впливу на неї грозової хвилі перенапруг можна знайти з системи рівнянь:
У світовій практиці розповсюдження знайшла схема захисту обладнання РП від грозових перенапруг, у якій на вході РП встановлюють додаткові ОПН (мал. 4), що дозволяють підвищити захищеність обладнання від грозових (і комутаційних) перенапруг, тому що в цьому випадку:
- все обладнання знаходиться по ходу набігаючої з ВЛ хвилі та після захисних апаратів, тобто грозові перенапруги на обладнанні РП визначаються захисними характеристиками ОПН, що забезпечують глибоке обмеження перенапруг;
- знижені відстані від обладнання до захисних апаратів.
Схема, яка показана на рис.3, відома досить давно і отримала назву каскадної. Каскадний принцип захисту обладнання реалізується у випадку, якщо ОПН встановлені у обмоток силових трансформаторів і автотрансформаторів, а також на кожної приєднаної ПЛ (див. рис.5). При цьому установка ОПН на збірні шини захистних апаратів не потрібна, тобто грозові перенапруги на обладнанні РП визначаються захисними характеристиками ОПН, що забезпечує глибоке обмеження перенапруг, а також знижені відстані від обладнання до захисних апаратів.
При використанні каскадної схеми блискавкозахисту ймовірність пробою ізоляції обмотки автотрансформатора 500 кВ протягом часу t визначається за наступною формулою:
Висновки:
1. Отримано систему лінійних диференційних рівнянь, за допомогою яких можна визначити вірогідність пробою ізоляції обмотки автотрансформатора з урахуванням надійності ОПН та термінів його діагностики;
2. Отримано формули (2) і (3), за допомогою яких можна оцінити вірогідність пробою ізоляції обмотки автотрансформатора протягом часу t за умовою встановлення додаткового ОПН у комірці лінійного роз'єднувача приєднаної ПЛ;
3. Установка ОПН у комірці лінійного роз'єднувача приєднаної ПЛ дозволить підвищити надійність захисту обмотки 500кВ автотрансформатора щонайменш у 50 разів.
Примітка: На момент написання даного автореферату магістерська робота ще не закінчена. Дата завершення - грудень 2010 р. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або керівника роботи після вказаної дати.
Література:
1. Данилов Г.А., Зубков А.С., Боровицкий В.Г., Лошанов Ю.Е. Подвесные ОПН как средство повышения надежности работы воздушных линий электропередач (опыт применения)
2. Scei A. et. Al.: Application of Metal oxide Surge Arresters to Overhead Lines – Report of Cigre WG 33.11 Task Force 3, 1997
3. Kawamura T. and others. Experience and effectiveness of application of arresters to overhead transmission lines. – CIGRE, 1994 Session. – Rep. 33.301.
4. Steven K.H. Chan. Assessing the Programme to Install Transmission Line Arresters on the CLP Power Network.
5. Schnettler A., G.Balzer, M.Hudash, M.Adolfsson. Protection of high voltage equipment by polymer arresters. CIGRE 33-302.1998.
6. Дмитриев М.В Защита распределительных устройств 35-750 кВ от грозовых перенапряжений
7. Дмитриев М.В. Различные подходы к выбору схемы защиты оборудования от грозовых перенапряжений
8. Борисова А.Л., Ковалев А.П. Оценка нажежности защитных средств оборудования подстанции от грозовых перенапряжений. Электротехнические и электромеханические системы. Материалы XV Всеукраинской студенческой научно-технической конференции 20-22 апреля 2010г. Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2010 с. 11-12.
9. Сайт информационно-аналитического журнала «Энерго-info»
Оценка защищенности оборудования распределительных устройств 35-750 кВ от грозовых перенапряжений
http://www.zeu.ru/articles/doc15.pdf
10. Сайт журнала «Новости электротехники»
Анализ надежности грозозащиты подстанций. Современные проблемы