3.4 Захист устаткування підстанції, від хвиль, що набігають із повітряних

ліній, атмосферних перенапруг

Хвилі атмосферних перенапруг, викликані ударами блискавки в опори і фази ПЛ при підході до ПС, мають амплітуду на рівні мінімальної імпульсної розрядної напруги ізоляції лінії на підході. Хвиля в місці удару блискавки має стрімкий фронт, але в міру просування по лінії він згладжується під впливом явища імпульсної корони на ураженій фазі.

Одними з ефективних пристроїв, що дозволяють знизити небезпечні впливи на ізоляцію устаткування ПС, є розрядники (ВР), а також обмежувачі перенапруг нелінійні (ОПН). Вони дозволяють здійснити зріз хвилі, що набігає на об’єкт, що захищається, при відводі частини розрядного струму в ЗП ПС у момент пробою іскрових проміжків ВР. Найбільша напруга на ізоляції об'єкта дуже залежить від крутизни падаючої хвилі і може досягати подвоєного значення залишкової (пробивної) напруги ВР. Звичайне устаткування ПС чи його ізоляція представляються у виді ємності, величина якої визначає рівень напруги на ізоляції (пропорційна залежність).

Через те, що питання грозозахисту устаткування ПС тісно пов'язані з надійністю електропостачання споживачів, тобто можливість виділити те устаткування, для якого впливу атмосферних перенапруг були б небезпечними, мали би складні процеси заміни, відновлення, монтажу і т. д. До такої категорії належать силові трансформатори.

Напруга на трансформаторі при впливі хвилі, що прийшла з ПЛ, у випадку роботи ПС у тупиковому режимі має коливальний характер і росте з ростом крутизни хвилі. Крім того, на напругу на трансформаторі істотно впливає число підходящих до ПС ліній, число працюючих трансформаторів. Причому ефект зниження напруги на трансформаторі і зниження крутизни хвилі, що набігає на ОПН у випадку декількох підключених до ПС ліній виявляється тоді, коли еквівалентний хвильовий опір цих ліній порівняний з опором РВМ при впливі імпульсного струму. Максимально впливає на прояв цього ефекту найближча до трансформатора лінія. Наявність ліній дозволяє збільшити загасання хвилі, зменшити струм через розрядник і напругу, що залишається, за рахунок відгалужень струму в лінії, що відходять.

Більш небезпечними вважаються режими роботи трансформатора з двома лініями (при ремонті ШЗВ, іншого трансформатора) або при неповному числі включених ліній.

Можливий небезпечний вплив на устаткування залежить від віддаленості місця ПУБ у ПЛ, тобто виявляється сутність підходу, що захищається, до ПС ділянки лінії, поразка блискавкою якого викликали б неприпустиме перевищення напруги на ізоляції устаткування ПС. Те ж саме відноситься до відстаней між розрядниками й об'єктами, що захищаються, по ошиновці в зв'язку з тим, що при перевищенні визначених значень цих відстаней різко знижується ефективність використання розрядників як захисних пристроїв через ріст довжини пробігу відбитих і преломлених хвиль між об'єктами, що захищаються, і РВМ. Дані відстані є нормативними показниками і згідно РВМ повинні бути вилучені від силових трансформаторів 110 кВ на відстань по ошиновці з урахуванням відгалужень до відповідного апаратам не більш 30 м для тупикових ПС із двома постійно включеними ПЛ. Цю обставину підтверджує і план-розріз підстанції.

Задача грозозахисту ПС полягає у виборі варіанта розміщення РВМ на території ПС, при якій напруга у всіх її точках була б не більше припустимої. Разом з цим фактором важлива роль приділяється забезпеченню максимального показника блискавкоопору підстанції рівного розрахунковому числу років відсутності на ПС неприпустимих для ізоляції напруг. По цьому відношенню на тупикових ПС рекомендується розміщати РВМ приблизно на однакових відстанях від найбільш віддалених точок ПС.

Місця встановлення розрядників на підстанції вибирають на підставі схеми електричних з'єднань на кінець розрахункового періоду з обліком найбільших припустимих відстаней по шинах від розрядника до електричного апарата чи трансформатора [18] табл.4.2.8.

Результати перевірки реалізації вказівок ПУЕ для нормальної схеми розглянутої підстанції приводяться нижче. Для трансформаторів також виконуємо розрахунок за алгоритмом приведеному на стор. 38 методичної вказівки [18].

Вихідні дані:

Вхідна ємність трансформатора (пФ): С=1500.00

Відстань по ошиновці (м): l=19.00

Середня висота підвісу ошиновки (м): hs=10.41

Радіус проводу ошиновки (мм): Rpr= 7.6

Коефіцієнт зміни фронту хвилі (1/кв): В=0.00043

Хвильовий опір лінії (Ом): Zv=400

50% імпульсна напруга гірлянди (кВ): U=780

Дані РВМ:

Залишкова напруга U (kВ) при струмі I(kА)

245 3.00

265 5.00

Напруга спрацьовування (кВ): Upr=360.00

Допустима напруга на трансформаторі (кВ): Ud=470.00

Результати розрахунку:

Довжина підходу, що захищає, дорівнює : Lzp=479.0 м

Час спрацьовування РВМ: tp=1,962 мкс

Час приходу відбитої хвилі: 2tf=0.318 мкс

Напруга на трансформаторі в момент спрацьовування РВМ: Uco=98,112 кВ

після спрацьовування РВМ: Utr=270,354 кВ

Рисунок 4.2 – Блок-схема алгоритму розрахунку перенапруг на трансформаторі

3.5 Оцінка очікуваного числа років безвідмовного (по грозі) електропостачання за заданою схемою й рекомендації з виконання грозозахисту повітряної лінії і підстанції

В електропостачанні споживачів бере участь ряд складних об'єктів, що вироблять, передають і розподіляють електроенергію. Сукупність взаємозалежних об'єктів (пристроїв), призначених для самостійного виконання визначених функцій, по термінології теорії надійності і називається системою. Окремі об'єкти системи виконують визначені функції, причому так названа працездатність об'єкта характеризується комплексом його параметрів і допусками на відхилення цих параметрів за умови збереження працездатності. Факт порушення працездатного стану об'єкта називається відмовленням (ω). Відмовлення системи і відмовлення її об'єктів взаємозалежні. Підвищити надійність системи можна як шляхом збільшення надійності її окремих об'єктів, так і через резервування окремих об'єктів. Розширене використання резервування за умови забезпечення заданої надійності, тобто деякого числа відмовлень ω за розглянутий проміжок часу (наприклад, рік), і при обмеженні часу Т перерв електропостачання, дозволяє знизити вимоги до надійності окремих об'єктів системи. Розрахунок припускає одержання чисельних показників надійності (ω, Т) чи об'єкта системи за показниками надійності складових, при вихідній відомій їхній функціонально-структурній взаємодії. Практично розрахунки надійності виконуються в два етапи. На першому етапі систему представляємо моделлю, що відбиває прийняті до обліку функціонально-структурні зв'язки елементів; модель відбиває можливі стани системи, тобто стан працездатності, стан повної непрацездатності (відмовлення) чи збереження часткової працездатності (часткове відмовлення), на другому етапі для прийнятої моделі стан системи виконується розрахунок очікуваних показників надійності.

Оптимізоване за техніко-економічними показниками конкретного рішення робимо при зіставленні ряду можливих варіантів рішення, при цьому показники надійності порівнюваних варіантів припускаємо однаковими. Окремі елементи схеми електропостачання звичайно задовільняють стандартам, що представляють собою складний комплекс різних взаємозалежних норм і правил. Стандарти в часі як правило змінюються.