Разрядные характеристики систем.
Разрядные характеристики изоляционных систем экран — экран — земля для подстанций 500 кВ (с H/d>1,5) и 1150 кВ (с H/d≤1,5) были получены в основном для двухфазных систем в полном диапазоне изменения отношения напряжений на экранах (U2/U1=0:1, где U2—напряжение отрицательной полярности, U1— положительной). Испытания для подстанций 500 кВ были выполнены в НИИПТ Ю. М. Гутманом при варьировании расстояния d от 2 до 3,5 м.
Рис. 9-9. Зависимость 50%-ных разрядных напряжений для изоляционной системы экран— экран—земля от отношения U2/U1 при различных расстояниях d: 2 м (прямая 1); 2,5 м (кривая 2); 3 м (кривая 3), 3,5 м (кривая 4)
Рис. 9-10. Зависимость 50% - ных разрядных напряжений для изоляционной системы экран—экран—земля от отношения U2/U1 при различных расстояниях d: 10 м (кривая 1); 12 м (кривая 2); 14 м (кривая 3)
Экраны (кольца с наружным диаметром 125 см) были установлены на изолирующих колонках из трех или четырех опорных изоляторов КО-110, смонтированных на заземленной металлической решетчатой подставке высотой 2,5 м. На рис. 9-9 приведена зависимость 50%-ных разрядных напряжений системы экран —экран — земля от отношения напряжения на экранах при различных d. В расчетах коэффициент изменчивости (си) разрядных характеристик воздушных промежутков принимался постоянным и равным 8,5% вне зависимости от отношения напряжений на экранах, хотя в опытах была отмечена тенденция к небольшому снижению си с ростом отношения напряжений: при U2/U1≥0,5 си — 0,085; при U2/U1= 1 си= 0,07. Испытания изоляционных систем (ВН и УВН) были выполнены в ЛПИ имени М. И. Калинина. Экраны (форма их была близка к сферической с диаметром около 2 м) подвешивались на гирляндах изоляторов, закрепленных на изолирующих канатах между порталами стенда наружных испытаний. На рис. 9-10 приведена
зависимость 50%-ных разрядных напряжений системы экран — экран — земля от отношения напряжения на экранах при d =10, 12 и 14 м и высоте над землей Н=15 м. Для этих систем си≈0,05. Для подстанций 500 кВ и более низких напряжений наблюдается независимость разрядных напряжений от отношения U2/U1 во всем диапазоне изменения U2/U1=0:1 при d = 2 и 2,5 м и в диапазоне U2/U1> 0,45 при d=3 и 3,5 м. Для подстанций СВН отмечается увеличение разрядных напряжений с ростом отношения и тем более значительное, чем меньше H/d.
Распределение кратностей перенапряжений, воздействующих на систему.
При выборе воздушных промежутков для системы экран — экран — земля на подстанции 500 кВ воздействующие на систему перенапряжения достаточно характеризовать только кратностями междуфазных перенапряжений, а для подстанции 1150 кВ для каждой группы воздействий необходимо построить корреляционные таблицы кратностей междуфазных перенапряжений kф-ф и отношений.
Статистическое исследование кратностей коммутационных перенапряжений, воздействующих на изоляцию подстанций 500 кВ и УВН, защищенных разрядниками, было выполнено для наиболее опасной коммутации — АПВ. Расчеты выполнялись на ЭВМ по программе, разработанной в лаборатории техники высоких напряжений НИИПТ. Основные результаты анализа перенапряжений таковы. Применительно к подстанции 500 кВ (длина примыкающей к подстанции воздушной линии 500 кВ 480 км, на отправном конце установлены реакторы 180 Мвар) были рассмотрены две системы защиты: в первой с помощью ограничителя ОПН-500 ограничивались перенапряжения фаза — земля (до уровня=1,8), во второй с помощью специального ограничителя ОПНИ-500 ограничивались как перенапряжения фаза — земля, так и перенапряжения фаза — фаза (kф=1,8; kф.ф =1,6√3=2,78, если и междуфазные кратности вычислять по отношению к Uф). В табл. 9-3 приведено распределение кратностей kф.ф при защите линии ограничителями ОПН-500 и ОПНИ-500. Использование ограничителя ОПНИ-500 на линии существенным образом снижает междуфазные перенапряжения, возникающие на разомкнутом конце линии.
Влияние уровня ограничения перенапряжений на вероятность перекрытия (Ρ1) одной изоляционной системы экран — экран — земля (т = 1) можно оценить по формуле (9-20), которая в данном частном случае принимает следующий вид:
Результаты расчета вероятности перекрытия приведены на рис. 9-11 в зависимости от расстояния d для системы экран — экран — земля. Из рисунка видно, что при одних и тех же габаритах вероятность перекрытия снижается на два порядка и более, если ограничивать не только фазные, по и междуфазные перенапряжения. При одной и той же надежности использование ограничителей О ПНИ-500 дает возможность сократить расстояние между экранами соседних фаз на 20%.
На подстанции 1150 кВ (длина примыкающей линии 300 км, степень компенсации реактивной мощности реакторами 100%) защита от перенапряжений осуществлялась установленными по концам линии разрядниками типа РВМК с пробивными напряжениями 1,8 и 1,6. Такая же эффективная защита от перенапряжений достигается при использовании ограничителей с kост=к0. На основе 85 трехфазных коммутаций были построены корреляционные таблицы кратностей междуфазных перенапряжений и отношений: разрядникам (ограничителям ОПН) с к0=1,6 соответствуют табл. 9-4 и 9-5, с к0 = 1,8 — табл. 9-6 и 9-7. Выборка, приведенная в каждой из табл. 9-4—9-7 с учетом двух первых максимумов междуфазных кратностей (табл. 9-5 и табл. 9-7) или двух первых максимумов фазных кратностей (табл. 9-4 и 9-6), имеет объем 170 (в табл. 9-4 и 9-6 не указаны частоты для < 1,8). Из приведенных корреляционных таблиц для двух групп воздействий видно следующее. Кратности междуфазных перенапряжений изменяются в широких пределах от 1,8 до 3,2 при использовании разрядников с ка— 1,6 и от 1,8 до 3,6 — разрядников с к0 = — 1,8. Для воздействий kф (табл. 9-4, 9-6), совпадающих повремени с кф тах или кф med, имеет место линейная положительная корреляция: частоты в корреляционной таблице располагаются внутри полосы, направленной вдоль диагонали; по мере снижения пробивного напряжения разрядника эта полоса сужается. Для другой группы воздействий (табл. 9-5 и 9-7) частоты в корреляционной таблице располагаются от указанной диагонали вправо, занимая весь правый угол указанных таблиц.
При сравнении двух групп воздействий с разрядной характеристикой системы экран — экран — земля (рис. 9-10) для получения оценок вероятности перекрытия изоляции за расчетное воздействие принимались кратности перенапряжений кф-ф, совпадающие по времени с одним из максимальных фазных перенапряжений (табл. 9-4 и 9-6).
Определение вероятности перекрытия одной изоляционной системы в одной коммутации (рис. 9-12), выполненное по формуле полученной из (9-20), показало, что для одной и той же системы промежутков вероятность перекрытия изменяется более чем на порядок при изменении пробивного напряжения k0 с 1,6 на 1,8.
Таблица 9-3
Распределения кратностей kф-ф междуфазных перенапряжений для системы защиты с ОПН-500 и ОПНИ-500
Таблица 9-6
Выбор расстояний между экранами.
Вследствие резкой нелинейности вольт-амперной характеристики ограничителей ОПН и ОПНИ остающееся напряжение весьма слабо зависит от типа коммутации. Поэтому при расчете статистических распределений перенапряжений, ограниченных ОПН или ОПНИ, достаточно ориентироваться на одну, наиболее частую коммутацию — плановое включение линии. Для подстанций, защищенных обычными разрядниками, наиболее опасной коммутацией является коммутация АПВ.
Рис. 9-11. Зависимость вероятности перекрытия в одной коммутации изоляционной системы 500 кВ экран—экран—земля от расстояния d
Подстанция защищена ограничителями: 1— ОПН-500. 2 — ОПНИ-500
Рис. 9-12. Зависимость вероятности перекрытия в одной коммутации изоляционной системы УВН экран—экран—земля от расстояния d
Подстанция защищена разрядниками: k0 = 1,8 (кривая 1), k0 = 1,6 (кривая 2)
Однако для линий УВН со 100%-ной компенсацией зарядной мощности линии реакторами кратности перенапряжений в коммутации АПВ, как и при плановом включении линии, совпадают со значениями ударных коэффициентов, так как вынужденная составляющая перенапряжений в обоих случаях практически не отличается от единицы. Поэтому в наших примерах расчетное число коммутаций в год (N) для линий 500 кВ и 1150 кВ составляет примерно 10. Число изоляционных систем экран — экран — земля в расчете на одну отходящую линию (т) также порядка 10.
Примем число отходящих линий (mл) для подстанции 500 кВ равным 4, а для подстанции 1150 кВ — 2.
Для выполнения требуемой надежности (одно перекрытие в 100 лет, P0 ≈ 10-2) при заданном расчетном числе коммутаций вероятность перекрытия (P1) одной системы в одной коммутации не должна превышать
при этом меньшее число относится к подстанции 500 кВ, а большее — 1150 кВ.
Для системы экран — экран — земля (рис. 9-11) на подстанции 500 кВ можно рекомендовать расстояния d = 3,0 и 3,7 м для систем защиты с ограничителями ОПНИ-500 и ОПН-500 соответственно. Указанные расстояния существенно меньше рекомендованных ПУЭ и дают значительное снижение размеров ОРУ. Это прогрессивное техническое решение впервые реализовано в ОРУ 500 кВ Саяно-Шушенской ГЭС, где за счет сокращения воздушных промежутков был получен значительный экономический эффект [88]. Для подстанций 1150 кВ воздушные промежутки между экранами должны составлять d=10 и 13 м соответственно для системы за. щиты разрядниками РВМК с пробивным напряжением k0=1,6 и k0=1,8 или при использовании ограничителей ОПН с аналогичными защитными характеристиками (рис. 9-12).
