| UA | FR | ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ |
|
| Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальный раздел |
Реферат по теме магистерской работы:
Введение
Опыт эксплуатации высоковольтных линий (ВЛ) и подстанций (ПС) в различных климатических условиях показывает, что проблема эффективности молниезащиты подстанционного оборудования остается одной из наиболее актуальных в обеспечении его надежной работы в плане как защиты от прямых ударов молнии, так и ограничения перенапряжений, вызванных волнами, набегающими с ВЛ.
На территориях с большой плотностью грозовой активности создается повышенная опасность для воздушных линий электропередачи и подстанционного электрооборудования, поскольку грозовые разряды в опоры и провода могут привести к длительным перерывам в энергоснабжении. Разнообразные факторы, в особенности высокие значения сопротивления заземления опор, большие высота опор и длина пролетов могут при ударах молнии вызвать повреждение изоляции, что способно приводить к частым кратковременным перебоям в подаче электроэнергии и даже к коротким замыканиям между фазами нескольких систем.
Актуальность темы: Повышение надежности эксплуатации воздушных линий электропередач (ВЛ) при их повреждениях вследствие грозовых перенапряжений, остается важнейшей задачей электроэнергетики. [1]
Актуальность этой проблемы особенно остро ощущается при проектировании и эксплуатации ВЛ высших классов напряжения. В России за перод с 1998 по 2003 г.г. на ВЛ 330-500-750кВ количество отключений из-за грозовых перенапряжений составляет не меньше 11% от общего числа аварийных отключений, при этом данные относятся к линиям, оснащенным грозовыми тросами. [2]
Впервые ОПН-Л были разработаны и широко применяются в Японии и США с 1980-х годов для защиты ВЛ на напряжения 66, 77 и 138кВ. [3]
В Китае устанавливаются ОПН-Л на опорах ВЛ классов апряжения 132 и 400кВ, расположенных преимущественно на холмистой местности. [4]
Практикуется установка ОПН-Л на каждой опоре. В общем случае, частоту установки ОПН-Л рекомендуется определять в зависимости от требуемой надежности защиты.
В США из опыта эксплуатации ВЛ 115кВ известно, что те линии, которые оснащены защитными аппаратами (защищены все опоры и все фазы), уже пять лет эксплуатирубтся без аварийных отключений из-за атмосферных перенапряжений. [5]
Цель работы: Оценить вероятность пробоя изоляции обмотки автотрансформатора 500кВ вследствие набегающей по присоединенной ВЛ грозовой волны перенапряжения.
Научная значимость работы: Получена новая зависимость вероятности пробоя изоляции обмотки автотрансформатора в течение времени t от: частоты и длительности появления волны грозовых перенапряжений в присоединенной ВЛ 500кВ, питающей автотрансформатор, надежности ОПН и сроков его диагностики.
Практическая ценность результатов работы: предложена методика выбора оптимальных, с точки зрения живучести, узлов нагрузки и сроков диагностики работоспособности ОПН. Доказана целесообразность установки дополнительного ОПН в ячейке линейного разъединителя присоединенной ВЛ 500кВ.
Состояние вопроса
Молния - природный разряд больших скоплений электрического заряда в нижних слоях атмосферы. Молниевой разряд характеризуется большими токами, а его температура доходит до 300 000 градусов.
Воздействие молнии может быть двояким. Во-первых, она может поражать здания и установки непосредственно, что называется прямым ударом молнии, или первичны воздействием. Во-вторых, она может оказывать вторичные воздействия, объясняемые электростатической и электромагнитной индукцией, а также заносом высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации, что является следствием прямого удара.
Оборудование подстанции (ПС) надежно защищается от прямых ударов молнии системой молниеотводов, у которых обеспечено малое импульсное сопротивление заземления, что исключает обратные перекрытия на электрооборудование. Повреждаемость изоляции электрооборудования ПС от воздействия на нее грозовых перенапряжений зависит от частоты появления набегающих с присоединенной воздушной линии (ВЛ) волн грозовых перенапряжений и работоспособного состояния ограничителя перенапряжений нелинейного (ОПН). Набегающая по ВЛ на ПС грозовая волна может образовываться вследствие ударов молнии непосредственно в ВЛ (трос, провод) и при близких к ВЛ ударах молнии в наземные сооружения.
Рисунок 1 – Типовая схема защиты оборудования (РУ) от грозовых перенапряжений
(Анимация: объем - 22,9 кВ; количество кадров - 9; задержка между кадрами - 70 мс; количество циклов повторения - 6)
Глубокое ограничение импульсных (грозовых) перенапряжений может быть достигнуто двумя путями:
а) разработкой и внедрением новых схем (каскадных схем молниезащиты) молниезащиты с более высокими показателями надежности, чем это рекомендуется ПУЭ и ПТЭ;
б) с помощью применения защитных аппаратов с высокими характеристиками по надежности, чем характеристики вентильных разрядников.[7]
Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) с металлооксидными нелинейными резисторами (варисторами) предназначены для защиты от коммутационных и грозовых перенапряжений изоляции электрооборудования. Отсутствие искрового промежутка обеспечивает постоянное подключение ОПН к защищаемому оборудованию. 5 Защитные свойства ОПН обусловлены высоконелинейной вольтамперной характеристикой варисторов. микроструктура варисторов включает в себя кристаллы оксида цинка (полупроводник n – типа) и междукристаллической прослойки ( полупроводник p – типа). таким образом, варисторы на основе оксида цинка ZnO являются системой p – n переходов. эти p – n переходы и определяют нелинейные свойства варисторов, то есть нелинейную зависимость величины тока, протекающего через варистор, от приложенного к нему напряжения. В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель носит емкостной характер и составляет десятые доли миллиампера. При возникновении в сети перенапряжений сопротивление ОПН резко падает до единиц ом, варисторы ограничителя переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание перенапряжения до уровня, безопасного для изоляции защищаемого электрооборудования, поглощая энергию импульса перенапряжения, которая преобразуется в тепловую энергию и затем рассеивается в окружающую среду. Когда волна перенапряжения проходит, ограничитель вновь возвращается в непроводящее состояние. Время перехода ограничителя в проводящее состояние составляет единицы наносекунд, что позволяет ОПН эффективно ограничивать высокочастотные перенапряжения.
Достоинства ОПН:
1. глубокий уровень ограничения всех видов перенапряжений;
2. отсутствие сопровождающего тока после затухания волны перенапряжения;
3. простота конструкции и устойчивость к старению;
4. способность к рассеиванию больших энергий;
5. стойкость к атмосферным загрязнениям;
6. малые габариты и вес.
Содержание работы:
Согласно ПУЭ 7 в открытом распределительном устройстве (ОРУ) 500кВ у обмотки 500 кВ автотрансформатора, для ее защиты от набегающих грозовых волн предусматривается установка нелинейного ограничителя перенапряжений (ОПН). Следовательно, пробой изоляции обмотки автотрансформатора на напряжение 500 кВ может произойти при совпадении в пространстве и времени двух событий: появление волны грозовых перенапряжений в линии 500 кВ и отказов в срабатывании ОПН, установленном у обмотки автотрансформатора (рис. 2).
Рисунок 2 – Схема ОРУ 500 кВ ПС "Металлургическая" нормального режима
Вероятность пробоя изоляции обмотки автотрансформатора в течение времени t от воздействия на нее грозовой волны перенапряжения можно найти из системы уравнений: [8]
В мировой практике распространение нашла схема защиты оборудования РУ от грозовых перенапряжений, в которой на входе РУ устанавливают дополнительные ОПН (рис.4), позволяющие существенно повысить защищенность оборудования от грозовых (и коммутационных) перенапряжений, так как в этом случае:
- все оборудование находится по ходу набегающей с ВЛ волны после защитных аппаратов, т.е. грозовые перенапряжения на оборудовании РУ определяются защитными характеристиками ОПН, обеспечивающими глубокое ограничение перенапряжений;
- снижены расстояния от оборудования до защитных аппаратов.
Рисунок 3 – Каскадная схема защиты оборудования РУ от грозовых перенапряжений
(Анимация: объем - 22,4 кВ; количество кадров - 10; задержка между кадрами - 70 мс; количество циклов повторения - 6)
Схема, показанная на рис.3, известна достаточно давно и получила название каскадной. Каскадный принцип защиты оборудования реализуется в случае, если ОПН установлены у обмоток силовых трансформаторов и автотрансформаторов, а также на каждой присоединенной ВЛ (см. рис.5), при этом установка ОПН на сборные шины не требуется.
При использовании каскадной молниезащиты вероятность пробоя изоляции обмотки автотрансформатора 500 кВ в течение времени t определяется по следующей формуле:
Выводы:
1.Получена система линейных дифференциальных уравнений, с помощью которой можно определить вероятность пробоя изоляции обмотки автотрансформатора с учетом надежности ОПН и срока его диагностики;
2.Получены формулы (2) и (3), с помощью которых предоставляется возможность оценить вероятность пробоя обмотки автотрансформатора в течение времени при установке ОПН в ячейке линейного разъединителя присоединенной ВЛ;
3.Установка ОПН в ячейке линейного разъединителя присоединенной ВЛ позволит повысить надежность защиты обмотки 500кВ автотрансформатора минимум в 50 раз.
Примечание: На момент написания данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение - декабрь 2010 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или руководителя работы после указанной даты.
Литература:
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