Комплексный подход к обеспечению грозоупорности ВЛ

Механошин Б.И. – заместитель генерального директора – технический директор, Открытое акционерное общество «Холдинг МРСК»

Богданова О.И. – генеральный директор, к.т.н.,

ОАО «Союзтехэнерго»

Матвеев Д.А. – старший преподаватель, кафедра ТЭВН

ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ»,

Гилязов М.З. – младший научный сотрудник, кафедра ТЭВН ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ» 1

Применение стальных канатов в качестве грозотросов

• растяжение;• эолова вибрация;• пляска;• электротермические нагрузки при протекании токов КЗ;• электротермические нагрузки при прямых ударах молнии.

Области типового применения грозотросов на ВЛ 35 – 500 кВ

Класс напряжения, кВ Тип грозотроса Термическая стойкость, кА2·с

35 – 110 С-50 13

220 – 330 С-70 28

500 АС-70/72 –

Воздействия на грозотросы в эксплуатации:

На подходах к большим городам и вблизи генерирующих центров термические воздействия при протекании токов КЗ составляют 70–400 кА2·с

Повреждения грозотросовПерегрев стальных канатов вызывает отслоение цинкового покрытия и ускоренную коррозию стальной проволоки. При прямых ударах молнии наблюдался прямой пережог грозотросов.

Применение оптических кабелей, встроенных в грозотрос, (ОКГТ) сопровождается аттестационными испытаниями, проводимыми на кафедре ТЭВН МЭИ под руководством Л.В. Левитовой

Повреждения грозотросаа – суммарный заряд 76 Кл; б – суммарный заряд 85 Кл

В 2008 году введен СТО 71915393-ТУ 062-2008 «Канаты стальные (грозотрос) для защиты воздушных линий электропередач от прямых ударов молнии». Производители начали указывать стойкость изделий к термическому воздействию токов КЗ и сообщают о высокой стойкости к токам разрядов молнии, которая определена для грозотросов диаметром 22 мм.

Пробные испытания провода АС-240/39 на каф. ТЭВНИспытания проводились при натяжении провода 2000 даН вместо рекомендуемого значения 2350 даН при зарядах 54 – 144 Кл.

Промежуток «электрод-провод» 5 см Суммарный заряд 54 Кл, Iимп = 80 кА

Суммарный заряд 144 Кл, Iимп = 180 кАСуммарный заряд 144 Кл, Iимп = 80 кА

Расчетная оценка энергетических воздействий на ОПН 110 кВ

Опора типа УММ 220-3.110.40 Опора типа ПММ 110-3Б

Результаты расчета грозоупорности

ПараметрUном ОПН,

кВUнд, кВ Iп, А

Uост, кВ при грозовом импульсе тока 8/20 мкс с амплитудой, А

5000 10000 20000

Значение 110 88 800 264 284 312

Параметры подвесных ОПНп-110/800/88-10-III УХЛ1-П

5 10 15 2010

-2

10-1

100

101

102

Rоп

, Ом

n откл

, 1/(

100

км 1

00 г

р.ч.

)

51 53 56 58

7.7 10 14 18

0.22 0.43

0.73 1.3

0.039 0.078

0.21

0.49

аб

5 10 15 2010

-3

10-2

10-1

100

101

102

Rоп

, Ом

n откл

, 1/(

100

км 1

00 г

р.ч.

)

59 62 65 68

10 13 16 20

0.15

0.39

1.1 2

0.0085

0.034

0.25

0.69

аб

Удельные числа грозовых отключений ВЛ на опорах УММ 220-3.110.40а – ВЛ без ОПН; б – ВЛ с ОПН

Удельные числа грозовых отключений ВЛ на опорах ПММ 110-3Б

а – ВЛ без ОПН; б – ВЛ с ОПН

Результаты расчета повреждаемости ОПН

Расчетные интегральные распределения вероятностей энергий, рассеиваемых в ОПН, установленных на опорах УММ 220-3.110.40

а –Rоп = 10 Ом; б – Rоп = 100 Ом1 – только удары в провод; 2 – только удары в опору; 3 – для обоих случаев

0 200 400 600 800 100010

-3

10-2

10-1

100

W, кДж

PW

0.052

0.012

0.032

Wдоп

= 746 кДж

123

0 200 400 600 800 100010

-3

10-2

10-1

100

W, кДж

PW

0.011

0.13 0.073

Wдоп

= 746 кДж

123

а) б)

nповр = NудP(W > Wдоп) = 90·0,032 ≈ 3 повр./(100 км ·100 гр.ч.) при Rоп = 10 Ом

Упрощенные схемы для оценки энергий в ОПН

Удар молнии в опору

Удар молнии в провод

10 20 30 40 50 60 70 80 90 10010

-2

10-1

100

101

102

Rоп

, Ом

n повр

, 1/(

100

км 1

00 г

р.ч.

)

5.5

9.5 15

0.06

0.21 0.24

12

Влияние грозотроса на энергетические воздействия на ОПН

Расчетные средние удельные числа повреждений ОПН при различных сопротивлениях ЗУ опор1 – ВЛ без тросов ОПН во всех фазах; 2 – ВЛ с тросом ОПН во всех фазах

Выводы1. В случае создания ВЛ без тросовой защиты необходимо проведение исследований молниестойкости фазных проводов ВЛ, регламентирование процедуры их испытаний и разработка методик и регламентов по их восстановлению в процессе эксплуатации.

2. Для ВЛ с тросовой защитой необходима разработка рекомендаций по применению грозозащитных тросов в районах с различной грозовой активностью.

3. Для ВЛ, на которых применяются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), грозоупорность может быть повышена за счет подвески металлического оптического кабеля типа ОКГТ в межфазовом пространстве или под проводами вместо диэлектрического оптического кабеля.

4. Установка ОПН на ВЛ без грозозащитных тросов весьма эффективна в части снижения числа грозовых отключений – можно достичь числа отключений, на порядок меньшего, чем для линий с тросовой защитой. Для учета энергетических воздействий на ОПН рекомендуется ввести дополнительный параметр надежности – среднее число повреждений ОПН. Для ВЛ 110 кВ расчетное значение этого параметра может достигать 10 повр./(100 км∙100 гр.ч.).

5. Для эффективного, технически и экономически обоснованного обеспечения надежности ВЛ требуется комплексное рассмотрение всех влияющих факторов, которое должно найти отражение в создании нормативного документа, регламентирующего объем и содержание мероприятий по обеспечению требуемой грозоупорности.