5. Отказы вентильных разрядников и их повреждения в условиях эксплуатации
Анализ и обобщение многолетнего опыта эксплуатации вентильных разрядников РВП и РВС в энергосистемах Союза ССР [87] показывает, что при принятых схемах защиты от перенапряжений вентильные разрядники обеспечивают высокую надежность защиты от перенапряжений изоляции электрооборудования, находящегося в нормальном состоянии.
Относительно немногочисленные случаи повреждения изоляции под действием перенапряжений (назовем их отказами разрядников), зарегистрированные за период 1946—1961 гг., обусловливались следующими причинами:
а) пониженная электрическая прочность соответствующей поврежденной изоляции (трансформаторы с ослабленной изоляцией, пробой или перекрытие дефектных изоляторов и т. п.) — 55% случаев;
б) недостаток или несовершенство схемы защиты (отсутствие координации пробивных напряжений трубчатых разрядников, установленных на подходах линий к подстанциям, и вентильных разрядников, отсутствие защиты регулировочных обмоток или защиты неиспользуемых третичных обмоток трансформаторов и т. п.) — 21% случаев;
в) неустановленные причины (главным образом из-за отсутствия подробных данных о повреждениях) обусловливают 24% случаев.
Распределение этих повреждений в процентах от общего числа обследованных разрядников соответствующего напряжения составило: 3—10 кВ — 0,02% в год, 20—35 кВ — 0,09% в год, 110 кВ— 0,1% в год, 220 кВ — 0,16% в год. С увеличением номинального напряжения удельное число случаев отказов разрядников возрастает, т. е. эффективность защиты снижается.
Большинство отказов вентильных разрядников наблюдалось при воздействии на изоляцию грозовых перенапряжений, однако были также повреждения изоляции и при внутренних перенапряжениях (феррорезонансные перенапряжения, перемежающиеся дуги на землю и пр.).
Отдельные случаи повреждения изоляции под действием перенапряжений на подстанциях с магнитно-вентильными разрядник ками были отмечены пока только с оборудованием 500 кВ, причем произошли они, по имеющимся данным, не из-за недостаточных защитных свойств разрядников, а по другим причинам: вследствие ослабления изоляции реактора 500 кВ из-за сдвига отдель* ных секций обмотки, заводского дефекта в изоляции масляного выключателя МКП-500, вследствие длительного воздействия на изоляцию повышенного до (1,5—1,6) Uφ напряжения, возникшего при ненормальной коммутации сети, и пр. [85].
В подавляющем большинстве случаев вентильные разрядники; срабатывая под действием перенапряжений, гасят дугу сопровождающего тока и оказываются пригодными для дальнейшей эксплуатации. Однако наряду с этим фиксируются относительно немногочисленные случаи повреждений разрядников при их работе.
Анализ и систематизация данных о работе разрядников РВС и РВП в энергосистемах Союза ССР за 1946—1961 гг. [87] показал, что в среднем в год число разрядников, поврежденных при их срабатывании под действием перенапряжений, составило 0,08% установленных разрядников РВС на 15—220 кВ и 0,14% — установленных разрядников РВП на 3—10 кВ. Следовательно, в среднем ежегодно повреждался при срабатывании под действием перенапряжений один разрядник из 1250 разрядников РВС или из 700 разрядников РВП.
Причинами повреждений разрядников РВС были:
- Воздействия на разрядники внутренних перенапряжений — 48% случаев. Отмечались разрушения по этой причине каждого третьего поврежденного разрядника РВС-35. Имели место повреждения разрядников РВС на 154—220 кВ при неполнофазных отключениях выключателей, при отключении ненагруженной линии 220 кВ, фиксировались повреждения разрядников при качаниях в системе.
- Работа разрядников, предназначенных для сетей с заземленной нейтралью, в режиме изолированной нейтрали при отключениях трансформаторов, имевших заземление нейтрали, и значительном повышении напряжения на разряднике из-за смещения нейтрали сети — 19% случаев.
- Прочие причины — 22% случаев. Ими, в частности, вызывались: а) повреждения разрядников РВС-35, которые были установлены для защиты изолированных от земли нейтралей трансформаторов 110 кВ, хотя при замыканиях в сети на землю, а особенно при неполнофазных операциях выключателей, на нейтрали трансформатора могли возникать напряжения, значительно превышающие наибольшее допустимое напряжение разрядника 35 кВ (см. § 5-1); б) повреждения разрядников РВС-220 кВ из-за сильного загрязнения их (подробнее об этих повреждениях см. в § 5-6);
- Неустановленные причины — 11 % случаев.
При повреждениях разрядников РВП в ряде случаев одновременно были отмечены замыкания на землю в других точках сети: можно предполагать, что причиной повреждения разрядников также явилось их срабатывание при длительно действующих внутренних перенапряжениях. Возможны также случаи разрушения разрядников РВП проходившими через них токами молнии вследствие превышения пропускной способности разрядников.
Срабатыванию разрядников под действием перенапряжений, возникающих при перемежающихся дугах на землю, может способствовать некоторое снижение пробивного напряжения разрядников после ряда лет их эксплуатации. Оно может вызываться возникновением внутри разрядников в процессе эксплуатации
пониженного давления вследствие образования внутри герметически закрытых разрядников (из-за коронирования внутренних деталей или при пробое искровых промежутков) окислов азота и озона, соединяющихся с имеющимися внутри разрядников влагой и металлами. Подобное снижение давления внутри разрядников на 15—20% обнаруживалось у некоторых разрядников РВП-35, находившихся в эксплуатации в течение нескольких лет [87].
В процессе эксплуатации случаются также механические разрушения разрядников РВС, вызывающие падение разрядников на землю вследствие возникновения трещин в фарфоровых покрышках разрядников. В отдельных случаях механические разрушения являются следствием тото, что монтажный или эксплуатационный персонал нарушает установленные правила эксплуатации разрядников: прислоняет к разрядникам лестницы, не обеспечивает слабины у токоведущей шины для компенсации ее длины при низких температурах и т. п. При этом происходит разрушение всех или большего числа элементов разрядника. Анализ данных о механических повреждениях разрядников РВС в эксплуатации дает основание предполагать, что наряду с внешними нагрузками (тяжение, ветер) существенное влияние на механические повреждения разрядников РВС в эксплуатации оказывают термомеханические усилия, возникающие вследствие различия температурных коэффициентов фарфора, цемента и металла, а также усилия от набухания цемента и при замерзании проникшей в цемент воды.
Разрядники РВС, разрушившиеся вследствие механического повреждения фарфоровых покрышек и падения на землю, составили за период 1946—1961 гг. в среднем в год 0,17% установленных разрядников РВС. Таким образом, общее число повреждений разрядников РВС во время работы, включая как повреждения во время срабатывания, так и механические повреждения, составило в среднем в год 0,25% установленных разрядников РВС.
Отмечено несколько случаев повреждений во время работы магнитно-вентильных разрядников 330—500 кВ. Причинами их были [85]: 1) неправильная сборка разрядника РВМК-330 монтажной организацией; 2) перегрузка разрядника РВМК-500 при неоднократной работе его во время специальных опытов по созданию внутренних перенапряжений (разрядник был выведен из работы до его разрушения); 3) перекрытие сильно загрязненных опорных изоляторов разрядника РВМГ-330 (разрядник после этого вновь был введен в эксплуатацию). Причины повреждений двух разрядников РВМК-500 установить не удалось.
Наиболее характерным недостатком, выявившимся во время эксплуатации у магнитно-вентильных разрядников первых лет выпуска, было, как указано на стр. 215, появление многочисленных трещин на чугунных фланцах элементов разрядников. Причина появления трещин на фланцах — та же, которая вызывала трещины на фарфоровых покрышках разрядников РВС, — механическое воздействие узла армировки.
Опубликованные в зарубежной литературе данные о повреждаемости вентильных разрядников в эксплуатации показывают, что удельное число повреждений разрядников за рубежом находится на таком же уровне, как в нашей стране, или несколько превышает его [110, 115, 132, 148, 163, 194]. Так, в Швеции, Финляндии, ГДР, ФРГ и ПНР поврежденные во время работы разрядники составляют 0,2—1,1% установленных разрядников в год. В США сообщается, что из 50 тыс. установленных разрядников 10 кВ ежегодно выходит из строя около 2% разрядников [106].
Указываются те же причины повреждений разрядников, которые отмечаются в нашей стране: внутренние перенапряжения, в частности, при отключениях длинных линий 220 кВ и их повторных включениях, а также при перемежающихся дугах на землю, загрязнение наружной поверхности разрядников, перегрузки их токами молнии, нарушение герметичности, ошибки при установке разрядников.
