Оценка надежности грозозащиты подстанции

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Апатитский филиал

 

 

 

Кафедра электроэнергетики

 

 

 

 

Контрольная работа №2 
дисциплина «Атмосферное электричество и Грозозащита»

для направления 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника»

 

«Оценка надежности грозозащиты подстанции»

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент группы Эл(б)-311

Рыжко П. А.

Сдал: “___”   __________2014 г. _______________ 
подпись

Проверил:

преподаватель, доцент кафедры

Невретдинов Ю.М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание.

 

 

1. Исходные данные.

№ Варианта	Uном, кВ	Lпр, м	nиз	hо, м	hпр, м	hтр, м	nгч, час/год	Rоп, Ом	α	Провод
15	150	290	9	30	24	28	25	150	28 о	АС-185/24

 

Uном – номинальное напряжение,

LПР – длина пролета,

nИЗ – число изоляторов в гирлянде изоляции ВЛ,

hо – высота опоры (с тросом),

hпр, hтр – средняя высота провода над землей, средняя высота троса над землей,

nгч – число грозовых часов в году,

Rоп – сопротивление заземления опоры,

α – грозозащитный угол.

(Исходные данные задаются  преподавателем с учетом выполненной лабораторной работы – Грозовые перенапряжения на подстанциях).

Полученная в лабораторной работе «Грозовые перенапряжения на подстанциях» кривая опасных грозовых вол (КОВ) в координатах UАГВ, τФГВ.

2. Расчет деформации волны и определение длины опасной зоны линии на подходе к подстанции.

1. Определяем напряжение начала коронирования на проводах ВЛ

 По типу провода  ВЛ из справочника соответствующий радиус провода АС185/24 равен rПР = 9,45 мм = 0,945 см. Находим напряженность поля начала коронирования

, кВ/см.

Напряжение начала коронирования

, кВ.

Здесь перевели напряженность ЕК из кВ/см в кВ/м , а rПР и hПР переводим в метры.

2. Искажение волны вследствие коронирования

Для оценки длины опасной зоны необходимо определение деформации фронта волны для наиболее неблагоприятной прямоугольной волны, амплитуда которой определяется точкой пересечения кривой опасных волн (КОВ) и вольт-секундной характеристикой изоляции ВЛ на подходе к подстанции UKP = 500 кВ (по результатам лабораторной работы).

Определяем относительное значение критической амплитуды прямоугольной грозовой волны, набегающей по ВЛ на подстанции, (относительно напряжения начала коронирования.UK.

.

Относительное значение динамической емкости провода при коронировании волны на напряжении UKP

.

Соответствующее смещение на фронте волны при напряжении после распространения волны на длине dl. Принимаем dl равное 1 км.

, мкс/км.

3. Определение длины опасной зоны.

Амплитуду волны, для которой необходима наибольшая деформация фронта UКР и необходимую деформацию фронта для прямоугольной волны с амплитудой UКР - ΔτКР определяем из точки пересечения кривой опасных волн (КОВ) и вольт-секундной характеристики изоляции линии на подходе. Для этого по заданным в варианте значениям амплитуд волн UВ и τФ  строим КОВ (на миллиметровке). Здесь же строим ВСХ изоляции по формуле Горева-Машкиллейсона с учетом заданного числа изоляторов в гирлянде линии.

Из точки пересечения получаем амплитуду волны, для которой необходима наибольшая деформация прямоугольного фронта, UКР = 1120 кВ.

Необходимая деформация фронта прямоугольной волны ΔτКР = 3,15 мкс.

 

Для определения длины опасной зоны lОЗ, в пределах которой возможно образование на проводах опасных грозовых волн, находим смещение dUв и dUн для точек волны Uв = 0,9∙UКР и  Uн = 0,3∙UКР при пробеге по линии длиной 1 км.

,

, мкс/км.

,

, мкс/км.

 

Определяем эквивалентную длину фронта сдеформированной волны (на 1 км)

 

, мкс/км

 

По полученной деформации строим зависимость увеличения длины фронта волны в зависимости от пройденного расстояния по ВЛ – проводим прямую линию из начала координат через точку tf.

 

На полученной прямой находим точку, соответствующую необходимой деформации ΔτКР. Это соответствует длине опасной зоны lОЗ = 1,41 км. Таким образом, тросом защищаем 1,45 км линии, т.е. 5 пролетов.

 

3. Оценка эффективности защиты тросом подхода ВЛ.

1. Расчет числа опасных перенапряжений на подстанции при отсутствии тросовой защиты подхода ВЛ.

Принимаем, что любой удар молнии в провода ВЛ в пределах опасной зоны создает опасные перенапряжения на подстанции, тогда

, 1/год.

Число лет без грозовых повреждений оборудования подстанции

, лет.

 

2. Расчет числа опасных перенапряжений при прорывах молнии на провода мимо троса в варианте с защитой подхода ВЛ тросом.

Вероятность прорывов молнии на провод мимо тросовой защиты

.

Число опасных перенапряжений вследствие прорывов молнии на провода ВЛ в пределах опасной зоны

, 1/год.

Число лет без грозовых повреждений оборудования подстанции

, лет.

3. Расчет числа опасных перенапряжений при ударах молнии в опоры ВЛ в пределах опасной зоны

Расчетная величина амплитуды тока молнии при которой произойдет обратное перекрытие изоляции ВЛ

а) Волновое сопротивление провода АС185/24 с радиусом 9,45 мм и троса

, Ом

, Ом

 

б) Напряжение на опоре определим из

 

= 86,88∙IM.

Условие перекрытия изоляции

.

Принимаем M(UРАБ) = UФ = , кВ.

Предразрядное время определяем по двойной длине распространения волны по пролету (принимаем скорость распространения волны по ВЛ 290 м/мкс)

τПР = 2·290 / 290 = 2 мкс.

Разрядное напряжение из формулы Горева-Машкиллейсона

, кВ.

в) Находим граничное значение амплитуды тока молнии, при которой происходят перекрытия изоляции

, кА.

Так как принято ограничение для времени нарастания перенапряжения (2·τПР), можно найти нижнюю границу нарастания тока молнии (крутизны) на фронте

, кА/мкс.

г) Таким образом, вероятность ударов молнии с опасными параметрами, вызывающими перекрытия изоляции определим из

= ехр(-0,04·13,2)·ехр(-0,08·6,6) = 0,35.

 

д) Расчетное число опасных перенапряжений вследствие ударов молнии в опоры на подходе ВЛ к подстанции составляет

, 1/год.

Число лет без грозовых повреждений оборудования подстанции

, лет.

 

4. Расчетное число опасных перенапряжений на подстанции от ударов молнии в трос в пределах опасной зоны.

Напряжение на тросе определим из

.

Условие перекрытия по воздуху трос-провод

.

 

Расстояние между тросом и верхним проводом ВЛ определим из

hТР-ПР = (hтр – hпр) / cos(α) = (28 – 24) / cos(28o) = 4,53 м.

 

Разрядное напряжение по воздуху между проводом и тросом (для ударов молнии в трос в середине пролета) с учетом значения грозозащитного угла находим из

UPТр-П = Еср·(hТР-ПР) = 5000·4,53 = 22650 кВ.

 

Так как для верхнего провода M(UРАБ) = 0, граничное значение амплитуды тока ударов молнии в трос на удалении от опор, при которой происходят перекрытия изоляции ВЛ находим из выражения

, кА.

Так как принято ограничение для времени нарастания перенапряжения (τПР), можно найти нижнюю границу нарастания тока молнии (крутизны) на фронте

, кА/мкс.

Вероятность появления таких параметров грозового разряда ничтожно мала

 

 = ехр(-0,04·109,73)·ехр(-0,08·54,86) = 0,0002.

Расчетное число опасных перенапряжений от ударов молнии в защищенный тросом подход ВЛ будет равен

 

, 1/год

Тр-тр=1/nтрОПН=1/0,089=11,28 лет

 

4. Анализ результатов расчетов

Таким образом, применение грозозащитного троса на подходе способствует снижению опасности грозовых волн.

Расчетное число опасных перенапряжений при ударах молнии в подход ВЛ в пределах опасной зоны с 0,508 1/год до 0,089 1/год, т.е. в 5,7 раза. Соответственно вероятное число лет без грозовых повреждений от ударов молнии в подход ВЛ увеличивается с 1,970 лет до 11.28 лет. Эффективность защиты оборудования хорошая.

Из расчетов в 3.3 и 3.4 видно, что основное снижение надежности защиты от грозовых волн происходит за счет высокой вероятности обратных перекрытий при ударах молнии в опоры. Защита от обратных перекрытий при ударах молнии в трос по приведенным расчетам дает хороший показатель вследствие большой величины разрядного промежутка между тросом и верхним проводом – 4,53 м и высоким разрядным напряжением.

Поэтому можно предположить, что надежность завышена, потому, что учтены только возможные перекрытия в середине пролета, где разрядное напряжение по воздуху оценивается в 22650 кВ, и не учтена возможность перекрытий изоляции на опорах.

Снижение надежности дает низкая грозоупорность изоляции ВЛ при ударах молнии в опоры – всего 13,2 кА, и, соответственно, высокая вероятность обратных перекрытий изоляции – 0,35. Это происходит за счет высокой величины сопротивления заземления опор с тросами.

 

 

 

 

5. Выводы

В контрольной работе рассмотрена оценка эффективности грозозащиты подстанции 150 кВ тросом с достаточно высокими значениями сопротивлений заземления опор ВЛ. По выполненной оценке длина опасной зоны составляет 1,41 км.

Ожидаемое число лет без грозовых повреждений на подстанции при отсутствии защиты подхода ВЛ тросом не превышает 1,97 лет.

При использовании грозозащитного троса на длине 1,45 км – 5 пролетов обеспечивается увеличение расчетного числа лет без грозовых повреждений до 11,28 лет. Основным фактором, снижающим эффективность тросовой защиты является высокое сопротивление заземления опор на подходах. Необходимо принятие мер по усилению заземлений опор на подходах в соответствии с ПУЭ.

 

Апатиты

2014