Режимы работы вентильных разрядников при грозовых перенапряжениях - Методика анализа и примеры расчета

ГЛАВА ТРЕТЬЯ
АНАЛИЗ РАБОТЫ ВЕНТИЛЬНЫХ РАЗРЯДНИКОВ НА ПОДСТАНЦИЯХ РАЗНЫХ КЛАССОВ НАПРЯЖЕНИЯ

1. Методика анализа и примеры расчета

В задачи анализа работы вентильных разрядников входит определение математического ожидания числа их срабатываний, функции распределения импульсных токов, протекающих через разрядники, и среднего периода их повторяемости.
В процессе анализа варьируется число подключенных к подстанции линий, их исполнение и протяженность, типы и количество комплектов разрядников, установленных на подстанции.
Исходными данными для решения поставленной задачи являются: а) класс напряжения сети; б) число ВЛ, подключенных к подстанции, протяженность линий электропередач, материал и конструкция опор; в) показатели грозозащиты линий (высота троса, его защитный угол, сопротивление заземления опор); г) грозопоражаемость линий; д) число и типы разрядников, установленных на подстанции, импульсное пробивное напряжение и ВАХ разрядников; е) эквивалентная схема подстанции.
Определение математического ожидания числа срабатываний разрядников п(Up), функции распределения импульсных токов Р (Iр) и среднего периода повторяемости Т (Iр) производится в следующей последовательности:

1. В зависимости от исполнения ВЛ определяется математическое ожидание числа разрядов молнии в линию N0 или математические ожидания числа прорывов молнии на провода мимо тросовой защиты Nпр и числа обратных перекрытий с опоры на провод Νоп.

Для линий без тросовой защиты Ν0 рассчитывается по формуле (4), для линий с тросовой защитой определяют Νпр по формулам (6) и (7) и Νоп по формулам (8) и (9).

1. Устанавливаются виды импульсных волн напряжения, которые следует учитывать в выполняемых расчетах (табл. 12).

Таблица 12

1. Для каждого вида импульсных волн по формуле (66) определяют наименьшую амплитуду Up набегающих волн напряжения, вызывающую срабатывание вентильных разрядников.
2. По формулам (24) и (41) для ВЛ заданной длины устанавливают напряжение Ua для импульсных волн разных видов.
3. С учетом соотношения между U и Ua по формулам (32) — (35) и (56) — (64) определяют математические ожидания числа импульсных волн напряжения разных видов, набегающих на подстанцию. Эти математические ожидания суммируются, и по их сумме с учетом формулы (67) устанавливается математическое ожидание числа срабатываний вентильных разрядников от импульсных волн напряжения, набегающих с линии на подстанцию.
4. Производится оценка математического ожидания числа срабатываний от близких ударов молнии по формулам (68) и (69). При этом за длину I принимается длина lп нулевого или первого пролета линии.
5. С учетом формул табл. 10 для значений Up, характерных для всех видов импульсных волн, определяют вспомогательную функцию распределения Ф (U).
6. По формуле (72) с учетом ВАХ разрядника устанавливают зависимость U — f (Iр) для волн всех видов и, пользуясь функцией распределения Ф (U), переходят к функциям распределения Р (Iр).
7. С помощью зависимостей U — f (Iр) для волн всех видов, располагая функциями распределения n1 (U), n2 (U) и п3 (U), по формуле (75) определяют средний период повторяемости тока с амплитудой, не меньшей заданной Т (Iр).

Ниже рассмотрены примеры, иллюстрирующие приведенную методику расчета.

Пример 1. Определить математическое ожидание числа срабатываний вентильного разрядника РВМГ-500, установленного на подстанции, и среднего периода повторяемости импульсного тока, протекающего через разрядник с амплитудой не менее 5 кА.
Решение. а. В зависимости от исполнения линии определяем математические ожидания числа прорывов молнии на провода мимо тросовой защиты и числа обратных перекрытий с опоры на провод. Пусть Nnp = 2· 10-3 год-1-км-1 и Νоп= 1,2· 10-3 год-1-км-1, r=2.
б. В соответствии с табл. 12 устанавливаем виды импульсных волн напряжения, которые следует учитывать в выполняемых расчетах. Для класса напряжения 500 кВ такими видами волн являются полные, срезанные и короткие импульсные волны. Основные параметры этих волн приведены в табл. 2.
в. Для каждого вида волн определяем напряжение Uρ, вызывающее срабатывание вентильного разрядника. Пусть импульсное пробивное напряжение разрядника составляет 900 кВ. Тогда по (66) имеем для полных импульсных волн Up = 900 кВ, для срезанных и коротких импульсных волн Up = 900 : 0,7 = 1280 кВ.

Из приведенных расчетов видно, что при увеличении амплитуды тока с 5 до 8 кА средний период повторяемости тока возрастает от 140 до 2100 лет. Значению Т (Iр) = 1000 лет соответствует ток, несколько меньший, чем 8 кА. С учетом неравномерности распределения импульсного тока по параллельно включенным аппаратам наибольший ток, протекающий через отдельные нелинейные ограничители, установленные на подстанции, определится как 1,8x8= 14 кА. Таким образом заданному значению среднего периода повторяемости 1000 лет соответствует импульсный ток 14 к А.
В табл. 13 помещены рассматриваемые ниже варианты применения разрядников различных типов на подстанциях разных классов напряжения. Как видно из таблицы, наряду с режимами, характерными для серийно выпускаемых разрядников, рассмотрены варианты использования нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) с перспективными характеристиками, в частности с уровнем ограничения грозовых перенапряжений (1,6—1,8) Uф.