Методика определения уровней изоляции, диктуемых послеаварийными коммутациями.
В § 2-1 уже отмечалось, что если выбрать изоляцию воздушной линии, и прежде всего три основных габарита L, h и D, по нормальному эксплуатационному режиму, а затем показать, что эти габариты и соответствующие им естественные уровни изоляции не требуется увеличивать ради коммутационных и грозовых перенапряжений, то в этом случае достигаются минимальные капитальные затраты на изоляцию воздушной линии. Такой выбор габаритов L, h и D, а также технических средств, при котором изоляция воздушной линии электропередачи определяется нормальным эксплуатационным режимом, Η. Н. Щедрин кратко назвал проблемой приведения изоляции к норме [13, 94]. Мы сохраним этот термин и укажем условия, при выполнении которых можно судить о «приведении изоляции к норме». Для того чтобы но сделать, необходимо определить уровни изоляции воздушных линии электропередачи 110—750 кВ, диктуемые наиболее опасными коммутационными перенапряжениями (kи), и затем сопоставить их с естественными уровнями тех же линий (kи*). Если при этом выполняется неравенство
то рассматриваемый уровень изоляции линии приведен к норме. В противном случае требуется выяснить, насколько существенно увеличение уровня изоляции kисверх kи* сказывается на технических и экономических показателях проектируемой линии. При неблагоприятном влиянии следует наметить возможные технические решения как для самой воздушной линии (замена типа изоляторов в гирлянде при ее неизменной длине, переход от V-образной гирлянды к вертикальной и т. д.), так и для ее более эффективной защиты от коммутационных перенапряжений (применение коммутационных разрядников, ограничителей, электромагнитных трансформаторов напряжения и т. д.).
Наилучшее решение должно быть минимальным по дополнительным расчетным затратам, а сами затраты — целесообразными с точки зрения улучшения характеристик проектируемой линии.
Основой для определения уровней изоляции воздушных линий 110—750 кВ, диктуемых коммутационными перенапряжениями, служат: во-первых, выведенные в третьей главе формулы для расчета вероятности перекрытия изоляции линии в зависимости от уровня ее изоляции и статистических характеристик коммутационных перенапряжений в одной коммутации; во-вторых, статистические характеристики коммутационных перенапряжений, установленные в шестой главе, и, наконец, оценки допустимых вероятностей перекрытия изоляции, выполненные в § 7-1.
В большинстве практически важных случаев функция Рк (k) достаточно близка к нормальному закону распределения. В этом случае справедливы формулы (3-14) и (3-15), а все зависимости получаются наиболее наглядными.
Из формулы (5-20) следует, что
где κ и σκ — соответственно среднее значение (математическое ожидание) и среднеквадратичное отклонение ударного коэффициента перенапряжений для рассматриваемой коммутации; υ и σv — соответственно среднее значение и среднеквадратичное отклонение вынужденной составляющей перенапряжений.
Диктуемые послеаварийными коммутациями уровни изоляции воздушных линий электропередачи, не защищенных разрядниками.
В табл. 7-2 приведены вычисленные по формуле (7-12) значения и ки для воздушных линий 110—220 кВ. В таблице нашли отражение различные варианты АПВ (БАПВ, ОАПВ) и такие особенности линий, которые влияют на начальные условия переходного процесса и, следовательно, на кратность перенапряжений место присоединения электромагнитных трансформаторов напряжения (на шинах подстанций или непосредственно на линии) и тип выключателей (для коммутации отключения к. з.). Расчеты уровней изоляции гирлянд были выполнены для двух вариантов неблагоприятных погодных условий.
Первый из них относится к грозовым поражениям линии, совпадающим с ливневыми дождями. Как это уже было отмечено в § 7-1, послеаварийные коммутации после грозового поражения линии диктуют определенные требования к уровню изоляции kм. Число послеаварийных коммутаций рассматриваемого вида определяется числом грозовых отключений и для воздушных линий электропередачи 110—220 кВ с одним или двумя грозозащитными тросами, как это следует из оценок по формуле (3-37) и [84], не превосходит трех за год. При таком числе коммутаций для определения параметра Δ достаточно воспользоваться статистическим условием успешности каждой коммутации АПВ: (7-3) для ОАПВ и (7-4) для ТАПВ и БАПВ.
Второй вариант неблагоприятных погодных условий относится к перекрытиям увлажненной и загрязненной линейной изоляции в нормальном эксплуатационном режиме. Перенапряжения, порождаемые послеаварийными коммутациями, следующими за перекрытием, воздействуют на увлажненные гирлянды и потому диктуют определенные требования к уровню изоляции к'г.
И из табл. 1-2, и из материалов § 2-2 следует, что для правильно спроектированной воздушной линии электропередачи удельное число аварийных отключений в рассматриваемом расчетном режиме должно составлять примерно
10-1(vyв≈10-1), а общее число отключений линии за год—10-1 lx10-2. С учетом реальных длин воздушных линий 110—220 кВ общее число отключений линии за год едва ли может превзойти 0,3. При таком малом числе послеаварийных коммутаций вполне достаточно воспользоваться условиями (7-3) и (7-4) соответственно для ОАПВ и БАПВ.
Сопоставив полученные в табл. 7-2 уровни изоляции гирлянд км и к'г с естественными уровнями гирлянд, выбранных по нормальному эксплуатационному режиму (см. табл. 2-2), можно прийти к следующим важным выводам относительно изоляции линий 110—220 кВ.
Практически для всех вариантов гирлянд и линий 110—220 кВ естественные уровни изоляции значительно превосходят диктуемые послеаварийными коммутациями, т. е. для этих линий обычно выполняются условия приведения изоляции к норме ки*≥ки. Для линий, оснащенных воздушными выключателями, условия ки*≥кивыполняются без каких-либо исключений.
К расчету уровней изоляции воздушных линий 110 220 кВ с грозозащитными тросами
Таблица 7-2
К расчету уровней изоляции воздушных линий 330—750 кВ, не защищенных разрядниками
Таблица 7-3
Для линий с масляными баковыми выключателями без шунтирующих сопротивлений наиболее опасной коммутацией является отключение ненагруженной линии при к. з. на одной из фаз. У таких линий целесообразно устанавливать электромагнитные трансформаторы напряжения непосредственно по концам воздушной линии, а не на шинах подстанций. Однако и в этом случае необходима проверка выполнения условия, в особенности для районов с загрязненной атмосферой, так как требования к уровню изоляции k'г жестче требований к уровню kм. При недостаточности естественных уровней изоляции может потребоваться выбор такого варианта гирлянды, где последние условия соблюдаются. Альтернативой может быть использование воздушных выключателей или масляных выключателей с шунтирующими сопротивлениями в цикле отключения. При анализе вопроса об уровнях изоляции воздушных промежутков на линии также можно воспользоваться табл. 7-2. В этом случае уже нет необходимости в раздельном рассмотрении всех послеаварийных коммутаций, а достаточно учесть лишь коммутации после грозовых поражений, так как их повторяемость на порядок превосходит повторяемость перекрытий изоляции в нормальном эксплуатационном режиме. Для линий 110—220 кВ коэффициенты изменчивости мокроразрядных напряжений гирлянд и разрядных напряжений воздушных промежутков одни и те же (см. табл. 3-2). Поэтому у этих линий требования к уровням воздушной изоляции будут совершенно такими же, как и к уровню изоляции kм гирлянд. Сопоставляя диктуемые послеаварийными коммутациями уровни изоляции воздушного промежутка от провода до земли (kз=kм) и до габаритной [машины (kмаш=kм) с естественными уровнями изоляции тех же промежутков, выбранных по нормальному эксплуатационному режиму (см. табл. 2-6), можно прийти к выводу, что естественные уровни изоляции в несколько раз превосходят уровни, диктуемые послеаварийными коммутациями, и потому воздушные промежутки совершенно неуязвимы при этих перенапряжениях. Как показали многочисленные расчеты на ЭВМ, выводы, сделанные выше относительно гирлянд, справедливы и для воздушных промежутков от провода до стоек опоры. Таким образом, все элементы изоляции воздушных линий электропередачи 110—220 кВ приводятся к норме и, следовательно, должны выбираться исключительно по нормальному эксплуатационному режиму.
Аналогичная ситуация достаточно характерна и для воздушных линий электропередачи 330 кВ, для которых диктуемые послеаварийными коммутациями уровни изоляции гирлянд, определенные по формуле (7-11), приведены в табл. 7-3. Числа грозовых отключений, величины v, cv и все другие исходные параметры и условия были приняты типичными для линий этого класса напряжения. Сопоставление данных табл. 7-3 и 2-2 для линий 330 кВ показывает, что как при установке электромагнитных трансформаторов напряжения на шинах подстанций, так и, в особенности, при установке этих трансформаторов непосредственно по концам воздушной линии естественные уровни гирлянд и воздушных промежутков заметно превосходят уровни изоляции, диктуемые послеаварийными коммутациями.
В некоторых случаях, когда у проектируемой линии υ значительно превосходит 1,05, принятое в расчетах, установка электромагнитных трансформаторов напряжения допустима только непосредственно на воздушной линии. Еще реже для той же цели может потребоваться защита линии коммутационными разрядниками.
У воздушных линий 500 кВ с более высокими вынужденными составляющими перенапряжений, чем у линий 330 кВ, как это видно из табл. 7-3 и 2-2, встречаются не только такие случаи, когда естественные уровни изоляции гирлянд равны или даже несколько превосходят уровни изоляции, диктуемые послеаварийными коммутациями, но и такие, когда естественные уровни изоляции несколько меньше. У воздушных линий электропередачи 750 кВ последняя ситуация более типична. Это обусловлено тем, что, во- первых, с ростом длины гирлянд и воздушных промежутков их электрическая прочность растет не пропорционально длине гирлянды (промежутка), а заметно медленнее и, во-вторых, диктуемые послеаварийными коммутациями уровни изоляции у линий 750 кВ заметно выше, чем у линий 500 и 330 кВ.
В итоге мы приходим к выводу: изоляция некоторых линий электропередачи 500 кВ и почти всех линий 750 кВ, не защищенных коммутационными разрядниками, не приводится к норме и требует для снижения коммутационных перенапряжений применения дополнительных средств защиты, которые описаны в следующем параграфе. Эффективность этих мер оценена в § 7-4.
