Обмежувач перенапруг ОПН

В кінці 70-х років минулого століття трансформатори ОРДУ 135000/500 потужності 135 МВА на напругу 500 кВ в дослідно-промислової експлуатації були встановлені спочатку на Волзької ГЕС, а потім на Волгоградській ГЕС. Ці трансформатори були спроектовані таким чином, що вибір їх головною ізоляції проводився по допустимому робочому напрузі. Успішна експлуатація їх відкривала перспективу випуску трансформаторів надвисокої напруги зі зниженим рівнем ізоляції і, таким чином, більшу техніко-економічні ефективність.

Захист цих трансформаторів від перенапруг здійснювалася спеціально розробленими захисними апаратами з більш низьким захисним рівнем по відношенню до комутаційних і грозових перенапруг в порівнянні з промислово випускаються обмежувачами перенапруг, а саме 720 кВ при розрахунковому струмі грозовий хвилі.

За час, що минув з початку експлуатації, не було відзначено будь-яких неполадок з цими трансформаторами. У той же час, захисні апарати вимагають заміни і модернізації. Позитивний досвід експлуатації даного високовольтного обладнання передбачає розширення номенклатури захисних апаратів даного типу за межі класу 500 кВ.

Поряд зі сказаним слід зазначити, що стан високовольтного енергетичного устаткування в Українській Федерації характеризується високим ступенем його зношеності. Зокрема, рівні електричної міцності ізоляції силових трансформаторів на багатьох підстанціях знижені на 10-20%. Оскільки сучасний стан економіки та електротехнічної промисловості не дозволяє в масовому порядку проводити ремонти та заміни високовольтного обладнання електричних станцій і підстанцій, то застосування захисних апаратів зі зниженим рівнем обмеження перенапруг є цілком актуальною проблемою. Застосування обмежувачів, які забезпечують більш глибоке в порівнянні зі стандартною захисною апаратурою обмеження перенапруг, є для сучасних умов економічно виправданим рішенням.

У зв’язку з цим розробка нових обмежувачів перенапруг, що володіють зазначеним властивістю, навіть при помітному ускладненні їх конструкції є доцільною. Спроба вирішення зазначеної науково-технічної проблеми була зроблена в ТОВ «Севзаппром» (м.Санкт-Петербург) спільно з фахівцями випробувального центру НДЦ-26, Санкт-Петербурзького державного політехнічного університету та Всеросійського електротехнічного інституту (ВЕІ).

Авторами був розроблений іскровий модуль, комплектує модифіковані обмежувачі перенапруг на класи напруг від 110 до 750 кВ, що мають знижений рівень обмеження в порівнянні з аналогічними апаратами вітчизняних і зарубіжних виробників. Іскровий модуль являє собою комутуючі пристрій на основі іскрових проміжків з магнітним гасінням дуги, що дозволяє знизити рівень обмеження до 20% в порівнянні з величиною стандартного апарату шляхом шунтування частини нелінійного резистора ОПН при досягненні заданого рівня напруги на апараті. Принципова схема обмежувача перенапруг з іскровим модулем представлена ​​на рис. 1. ОПН складається з колонки послідовно з’єднаних високонелінейних опорів варисторів (1). Паралельно частини високонелінейних опорів включаються комутуючі елементи (2). Кількість комутуючих елементів визначаться необхідною величиною додаткового зниження рівня обмеження напруги.

Зовнішній вигляд обмежувача показаний на рис. 2. Під робочою напругою і при квазістаціонарних перенапруженнях модифікований ОПН працює як стандартний обмежувач перенапруг. При грозових і комутаційних впливах в момент досягнення максимально можливого розрахункового рівня перенапруги спрацьовує комутуючі пристрій, що відтинає частину нелінійних опорів, тим самим забезпечуючи зниження рівня обмеження на величину падіння напруги на комутуючі пристрої. Як елементи, що становлять комутуючі пристрій, використані іскрові проміжки, при розробці яких за основу була взята конструкція іскрового проміжку (ІП) з магнітним гасінням дуги, що застосовувався раніше в розрядниках типу РВМГ і РВМК. Слід зазначити, що виробництво іскрових проміжків для зазначених розрядників в Україні на сьогоднішній день припинилося.

Крім того, характеристики старих розрядних проміжків, ізоляційну основу яких становить картон, не відповідають сучасним вимогам. Зокрема, експерименти, проведені в рамках даної роботи, показали нездатність іскрових проміжків старого типу коммутировать грозові імпульси струму з амплітудою 100 кА. Крім
того, в дослідах була виявлена ​​нестабільність геометрії конструкції цих розрядників, що виявляється в викривленні картону під впливом різних зовнішніх факторів. У зв’язку з цим потрібна розробка нових іскрових проміжків, позбавлених зазначених недоліків. Як ізоляційної основи розроблених іскрових проміжків використані сучасні полімерні матеріали, що володіють високою електричною і механічною міцністю. Як матеріал електродів використаний спеціальний сорт латуні з великим вмістом цинку. Позитивний вплив цинку пов’язано з тим, що наявність парів цинку в середовищі, де горить електрична дуга, призводить до більш стабільного її гасінню при переході струму через нуль. Крім цього, в процесі експериментів була дещо змінена форма електродів, що призвело до більш якісної налаштуванні проміжків і стабілізації їх розрядних характеристик.

Розроблені іскрові проміжки (рис. 3, 4) забезпечують високу стабільність при спрацьовуванні і гасінні супроводжуючого струму. Стабільність характеристик запалювання послідовно з’єднаних іскрових проміжків досягається шляхом шунтування деяких з них додатковими ємностями (керамічні конденсатори). Експериментальна осциллограмма, що ілюструє момент запалювання розряду в іскрових проміжках і гасіння дуги супроводжуючого струму, наведена на рис. 4 Для групи іскрових проміжків, що перебувають під робочою напругою (крива 1), в момент часу, позначений на рис. 5 символом A, подається грозовий імпульс перенапруги. Після запалювання розряду через іскрові проміжки протікає супроводжуючий струм. У точці B на рис. 5 відбувається гасіння дуги, що супроводжує струм через іскрові проміжки припиняється. Розкид напруги спрацьовування групи іскрових проміжків, встановлених на секції ОПНГ, не перевищує 5% незалежно від типу імпульсу (грозовий або комутаційний).

Більш детально процес запалювання розряду в искровом проміжку представлений осцилограмами рис. 6, де побудовані криві струму в ІП та напруги на елементарному осередку шунтуватися частини нелінійного резистора. З рис. 6 видно, що спрацьовування іскрового проміжку відбувається при струмі через резистор порядку 800 А. При цьому напруга на варисторі падає з десяти до часткою кіловольт, а струм через іскровий проміжок перевершує 3000 А. Секція ОПНГ-500 з встановленими на ній коммутирующими елементами показана на рис . 7. Дане технічне рішення реалізовано при розробці спеціального обмежувача перенапруг ОПНГМ-Ф-500 УХЛ1 (див. Рис. 2), призначеного для захисту трансформаторів типу ОРДЦ-135000/500-У1 зі зниженою електричною міцністю ізоляції, встановлених на Волзької ГЕС.

Виготовлений дослідний зразок обмежувача пройшов всі кваліфікаційні випробування, передбачені ГОСТом на нелінійні обмежувачі перенапруг. Крім того, секція, обладнана шунтирующими іскровими проміжками, успішно пройшла комплекс випробувань, передбачених ГОСТом на розрядники, зокрема, випробування на дугогасительную здатність, а також передбачених ГОСТом на нелінійні обмежувачі перенапруг. Зокрема, було проведено повний цикл робочих випробувань для ОПН на секції резисторів з шунтирующими разрядниками. Таким чином, спеціалізований захисний апарат для глибокого обмеження перенапруг при захисті високовольтного обладнання класу 500 кВ з зі зниженим рівнем ізоляції підготовлений до серійного виробництва. Аналогічним чином можуть бути розроблені і виготовлені обмежувачі перенапруг і для інших класів напруги від 110 до 750 кВ. Для оцінки ефекту від застосування захисного апарату типу ОПНГ розглянемо результати розрахунку грозових перенапруг для ОРУ тупикової підстанції 500 кВ, що відповідає найбільш важким впливів від набігаючих грозових хвиль.

В результаті аналізу підлягають процеси в схемі з однієї підходящої ВЛ, одним трансформатором і одним захисним апаратом, зібраними за схемою заміщення типу «рогатка» (рис. 8). Граничне значення струму через ОПН, при якому відбувається спрацьовування шунтуючих розрядників, було прийнято рівним 0,8 кА. У проведених розрахунках замикання реалізовано за допомогою ідеального ключа. На практиці протягом деякого періоду часу паралельно 1/6 частини резистора ОПН буде включено змінний опір, величина якого знижується до деякого мінімального опору. Розрахунки проводилися хвильовим методом за допомогою програмного комплексу «Мінськ» [2]. Наведені результати показують максимальне можливе зниження перенапруг в схемі ОРУ.

Вплив в розрахунках предс
тавлено косокутних імпульсом з фронтом 0,5-2 мкс і довжиною хвилі 75 мкс. Його можна трактувати як хвилю, що набігає з ПЛ при прориві блискавки безпосередньо на фазний провід при неврахування перекриття лінійної ізоляції. Причому, для амплітуди 1000 кВА це припущення є справедливим, для 10000 кВ слід очікувати перекриття і зрізу набігає хвилі, що визначається вольт-секундної характеристикою лінійної ізоляції і опором заземлення опор. Результати аналізу, криві напруги на трансформаторі і ОПН при різних комбінаціях параметрів впливу (амплітуда і ширина фронту хвилі перенапруги) наведені на рис. 9. На графіках рис. 9 наведені в порівнянні криві перенапруг при використанні стандартного ОПН, позначені «ОПН повн.», І ОПН з іскровим модулем, позначені як «ОПН зріз». Зведена характеристика перенапруг при використанні в якості захисного апарату стандартного ОПН і ОПН з іскровим модулем приведена в таблиці. В останній колонці таблиці дано процентне зниження впливає на трансформатор напруги при заміні стандартного ОПН на ОПН з іскровим модулем. Зокрема, з таблиці випливає, що ефект застосування ОПНГ може виражатися в 10-15% зниженні імпульсної напруги, що викликається грозовими хвилями.

висновки

1. Розроблено спеціальний обмежувач перенапруг, що забезпечує більш глибоке обмеження перенапруг в порівнянні з застосуванням стандартного захисного апарату.

2. ОПН успішно пройшов повний комплекс випробувань, передбачених державними стандартами на нелінійні обмежувачі перенапруг і розрядники.

3. Аналіз перенапруг в типових ситуаціях захисту силових трансформаторів від перенапруг показав ефективність застосування представленої розробки.

Ссылка на основную публикацию