Рекомендации по защите от набегающих волн

Рекомендации по защите
оборудования подстанций от
набегающих волн грозового
происхождения с
использованием ОПН
Н.И. Гумерова, Б.В. Ефимов,
М.В. Малочка, О.Д. Репкина
СПбГПУ - ЦФТПЭС КНЦ РАН
Методическое обеспечение
При решении конкретных задач по выбору грозозащитных мероприятий используется
численное моделирование с учетом реальных характеристик ОРУ и ВЛ. Методика
основывается на следующих основных положениях:
 волновой метод (напряжение и ток равны сумме прямых и обратных волн),
 моделирование процесса распространения волн с учетом деформации и срезов,
 варьирование параметров волн (амплитуда, крутизна, место поражения на ВЛ),
 определение границы между волнами, которые опасны для оборудования ОРУ и неопасны
(итерационным путем),
 интегрирование по полученному объему опасных волн (в координатах: амплитуда,
крутизна, расстояние),
 определение показателей  и Т
Т =1/ - регламентируемый показатель надежности грозозащиты
Uн, кВ
Т,
годы
35
200 –
300
110
300 –
400
150
340 –
480
220
400 –
600
330
600 –
800
500
800 –
1000
750
1150
1000 –
1200
1200 –
1500
Рекомендации РД153-34.3-35.125-99 . Утверждено РАО «ЕЭС России» 12 июля 1999 г.
(Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних
перенапряжений. Приложение 33, 34)
2
Рекомендуемые расстояния ЗО-ЗА, м
между высоковольтными аппаратами и защитными аппаратами для ПС 110 кВ.
nгр.ч.=30; Rоп=20 Ом; ОПНп-110/88/10/500 –III (IV) - УХЛ1
Схема
Тупиковая по
схеме блока
трансформатор линия
Проходная с двумя
ВЛ и двумя
трансформаторами
по схеме "мостик"
С секциями
(системой) шин с
тремя ВЛ и двумя
трансформаторами
Количество
ОПН, места
установки
До силовых трансформаторов
(СТ)
До
трансформаторов
напряжения (ТН)
До
трансформаторов
тока (ТТ)
расчет
ПУЭ для
РВ
ПУЭ
пересчет
25
15-80
25
60
40
Два
комплекта
ОПН у СТ
130 30-140
50
140
40
Два
комплекта
ОПН у СТ
150 49-150
70
150
140
Один
комплект
ОПН у СТ
ОПН

РВ
(U ИСП  U ОПН ) (U ИСП  U РВ )
3
Рекомендуемые расстояния ЗА-ЗО, м между высоковольтными
аппаратами и защитными аппаратами для ПС 110 кВ. nгр.ч.=30.
ОПН

РВ
(U ИСП  U ОПН ) (U ИСП  U РВ )
Тип ОПН
Расчет при
Rоп =10 Ом
Расчет при
Rоп = 20 Ом
ПУЭ,
пересчет
ОПНп-110/88/10/500 –III (IV) - УХЛ1
40
25
25
ОПНп-110/78/10/850 –III- (IV) - УХЛ1
145
55
30
305
185
35
ОПНп-110/73/20/1500 –II-УХЛ1
350
u, кВ
300
250
200
i, кА
150
0
5
10
15
20
4
Рекомендуемые расстояния ЗО-ЗА, м между высоковольтными аппаратами и
защитными аппаратами для ПС 220 кВ и 330 кВ. nгр.ч.=30; Rоп=20 Ом; (ПУЭ)
Количество ОПН, места
установки
Схема
220 кВ
До СТ
До ТН
До ТТ
ОПНп-220/176/10/850-III(IV)-УХЛ1
1 комплект ОПН СТ
10 (10-40)
95
-
2 комплекта ОПН: 1 у СТ,
1- в линейной ячейке
20 (35-90)
200
-
Проходная с 2 ВЛ и 2
трансформаторами по схеме
"мостик"
2 комплекта ОПН у СТ
20 (60-110)
200
150
С секциями (системой) шин с 3 ВЛ
и двумя трансформаторами
2 комплекта ОПН у СТ
40 (65-120)
490
210
Тупиковая по схеме блока
трансформатор - линия
330 кВ
Тупиковая по схеме блока
трансформатор - линия
Проходная с 2 ВЛ и 2
трансформаторами по схеме
"четырехугольник"
ОПНп-330/230/10/850-III(IV)-УХЛ1
1 комплект ОПН у СТ
10 (20-50)
50
50
2 комплекта ОПН: 1у СТ,
1- в линейной ячейке
15 (20-90)
50
50
2 комплекта ОПН у СТ
25 (150-240)
110
110
4 комплекта ОПН: 2 у СТ,
2- в линейных ячейках
55
360
360
5
Рекомендуемые расстояния ЗО-ЗА, м между высоковольтными аппаратами
и защитными аппаратами для ПС 500 и 750 кВ. nгр.ч.=30; Rоп=20 Ом.
Схема
Количество ОПН, место
установки
До СТ
До ТН и ТТ
на шинах
ТН и ТТ в
линейных
ячейках
500 кВ ОПНп-500/800/333-10-III УХЛ1
Тупиковая по схеме блока
трансформатор - линия
1 комплект ОПН у СТ
20
105
90
То же
2 комплекта ОПН: 1 у СТ, 1 - в
линейной ячейке
25 (95)
360
360
2 комплекта ОПН у СТ
65 (160)
325
460
4 комплекта ОПН: 2у СТ, 2 - в
линейных ячейках
180
500
500
Проходная с двумя ВЛ и двумя
трансформаторами по схеме
"четырехугольник"
750 кВ ОПНп-750/2100/475-20-III УХЛ1
До ТН и ТТ
Тупиковая по схеме блока
трансформатор - линия
2 комплекта ОПН: 1 у СТ, 1 - в
линейной ячейке
135 (75*)
500
Проходная с двумя ВЛ и двумя
трансформаторами по схеме
"четырехугольник"
4 комплекта ОПН: 2 у СТ, 2 - в
линейных ячейках
220 (120)
500
* - в ПУЭ 3 комплекта ОПН
6
Длины защищенных подходов (км)
по рекомендациям ПУЭ и расчетам
Номинальное
напряжение, кВ
110
ПУЭ
1-3
220
2-3
330
2-4
500
750
3-4
4-5
Расчет
Примечания
0,95
1,25
1,1
0,75
Тупиковая схема (1 ВЛ, 1 ОПН)
Мостик (2 ВЛ, 2 ОПН)
Тупиковая схема (1 ВЛ, 1 ОПН)
Мостик (2 ВЛ, 2 ОПН)
1,3
Тупиковая схема (1 ВЛ, 1 ОПН),
Четырехугольник (2 ВЛ, 2-4 ОПН)
1,8
Тупиковая схема (1 ВЛ, 1 ОПН)
1,5
Тупиковая схема (1 ВЛ, 2 ОПН),
Четырехугольник (2 ВЛ, 2-4 ОПН)
2,9
2,4
Тупиковая схема (1 ВЛ, 2 ОПН)
Четырехугольник (2 ВЛ, 4 ОПН)
7
Параметры грозоупорности силового трансформатора
ОРУ 110 кВ по схеме "Тупик«. 30 гр. ч., 20 Ом
Rоп =10 Ом
Тип
Rоп = 20 Ом
ОПН
ЗА-ЗО
LП, м
ЗА-ЗО
LП, м
ОПНп-110/88/10/500 –III (IV) - УХЛ1
40
850
25
450
ОПНп-110/78/10/850 –III- (IV) - УХЛ1
145
650
55
450
ОПНп-110/73/20/1500 –II-УХЛ1
305
650
185
450
8
Показатели надежности грозозащиты и длины подходов для СТ при использовании для
защиты от грозовых перенапряжений ОПН1 (ОПНп-110/88/10/500 –III (IV) - УХЛ1)
ЗА-ЗО,
м
Удары в фазный
провод
T, лет
Lmax, м
Удары в опоры и трос
T, лет
Lmax, м
Суммарный
показатель
надежности
Длина
защищенного
подхода
Т, лет
LП, м
Rоп = 20 Ом
10
41700
50
52000
50
23000
250
15
27000
50
13000
250
8900
450
25
11200
250
480
250
460
450
30
10000
250
240
450
230
650
Rоп =10 Ом
10
42600
50
135000
50
32000
250
15
29600
50
32000
250
15000
450
25
23000
50
820
250
790
450
35
18500
50
450
650
440
850
40
7940
250
650
650
600
850
45
7600
250
270
650
260
850
9
Показатели надежности грозозащиты и длины подходов для СТ при использовании для
защиты от грозовых перенапряжений ОПН2 (ОПНп-110/78/10/850 –III- (IV) - УХЛ1)
ЗА-ЗО
Удары в фазный
провод
T, лет
Lmax, м
Удары в опоры и трос
T, лет
Lmax, м
10
15
25
35
45
55
49000
20000
17000
47500
29000
27200
50
250
250
50
50
50
10
49000
50
Rоп =20 Ом
170000
50
20000
250
6300
250
1100
450
540
450
870
450
Rоп = 10 Ом
760000
50
15
25
35
45
55
42000
25000
34000
29000
26000
50
50
50
50
50
196000
24000
28000
21000
35000
50
250
250
250
250
Суммарный
показатель
надежности
Длина
защищенного
подхода
Т, лет
LП, м
38000
10100
4600
1040
530
840
250
450
450
650
650
650
29700
250
35000
12000
15000
12000
15000
250
450
450
450
450
10
Показатели надежности грозозащиты и длины подходов для СТ при использовании для
защиты от грозовых перенапряжений ОПН3 (ОПНп-110/78/10/850 –III- (IV) - УХЛ1)
ЗА-ЗО
Удары в фазный провод
T, лет
Lmax, м
Удары в опоры и трос
T, лет
Lmax, м
Суммарный
показатель
надежности
T, лет
Длина защищенного
подхода
Lmax, м
Rоп=20 Ом
10
137000
50
209000
50
82600
250
15
25
35
45
55
61000
92000
52000
83000
42000
50
50
50
50
50
254000
21000
12900
3860
2010
250
250
250
250
250
Rоп= 10 Ом
43500
50
190000
50
19000
250
12000
250
115000
50
65000
50
49000
17000
10300
3700
1900
450
450
450
450
450
10
15
25
35
45
55
5,50108
63000
82000
51000
84000
70700
0
50
50
50
50
50
43500
47500
15700
9750
48500
34000
250
250
450
450
450
450
11
Анализ влияния сопротивлений заземления опор за подходом. ЗА-ЗО=15 м
Тип ОПН
ОПНп110/88/10/500 –III
(IV) - УХЛ1
ОПНп110/78/10/850 –III(IV) - УХЛ1
ОПНп110/73/20/1500 –IIУХЛ1
Rоп,
Ом
Удары в фазный
провод
Удары в опоры и
трос
Суммарный
показатель
надежности
Длина
защищенного
подхода LП, м
T, лет
Lmax, м
T, лет
Lmax, м
20
27000
50
13300
250
8900
450
40
13500
250
520
300
500
450
60
13200
450
240
300
240
450
80
12800
450
133
450
130
650
20
20100
250
20200
250
10100
450
40
20900
250
1150
250
1090
450
60
19400
250
490
250
480
450
80
19200
250
320
250
320
450
20
61000
50
254000
250
49300
450
40
48000
50
3900
250
3600
450
60
43600
250
1400
250
1390
450
80
39500
250
870
250
850
450
Т, лет
12
Проверка возможности снятия грозозащитного троса.
ЗА-ЗО=10 м, Рпр=0,0038
Показатель надежности Т, лет
Тип ОПН
Наличие грозозащитного троса
Удары в
фазный провод
Удары в опоры
и трос
Суммарный
показатель
41700
51800
23000
ОПНп-
Подход с грозозащитным тросом
110/88/10/500 –
Без троса. Все удары в фазный провод
158
—
158
Без троса. Удары в ф.пр. и опору 0,5/0,5
316
104000
315
49000
167000
38000
185
—
185
370
333000
369
137000
209000
82600
Без троса. Все удары в фазный провод
520
—
520
Без троса. Удары в ф.пр. и опору 0,5/0,5
1040
418000
1034
III (IV) - УХЛ1
Подход с грозозащитным тросом
ОПНп110/78/10/850 –
Без троса. Все удары в фазный провод
III- (IV) - УХЛ1
Без троса. Удары в ф.пр. и опору 0,5/0,5
ОПНп110/73/20/1500
–II-УХЛ1
Подход с грозозащитным тросом
13
КОВ для тупиковой ПС 110 кВ с ОПН на подходе
a.
b.
c.
d.
e.
f.
на ПС и линии ОПН-88 кВ;
на ПС и линии ОПН-73 кВ;
на ПС ОПН-73 кВ, на линии ОПН-88 кВ;
на ПС ОПН-88 кВ, на линии ОПН-73 кВ;
на ПС ОПН 73 кВ, на линии отсутствует;
на ПС ОПН-88 кВ, на линии отсутствует
Выводы
• Подходы ПУЭ к построению системы грозозащиты РУ устарели
и требуют переработки на основе статистического анализа
грозовых перенапряжений для стандартных схем. Для
нестандартных ситуаций необходимо проводить такой анализ
на стадии проектирования.
• Длина защищенного подхода может быть определена
расчетным путем. Проведенные оценки показывают, что
величины, указанные в ПУЭ, завышены, что приводит к
повышенным издержкам эксплуатации и увеличению стоимости
строительства ВЛ.
• Не рекомендуется установка ОПН на подходах ВЛ к подстанции.
15
Длины подходов для ОРУ 110 кВ ПС «Мостик» Rоп=20 Ом
ЗО-ЗА, м
LП, м
ОПН1
ОПН2
ОПН3
10
250
250
250
15
250
250
250
25
450
450
250
35
450
450
250
45
450
450
450
16