МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 110-750 кВ

Разработано:

ОАО "Институт "Энергосетьпроект"", ОАО ВНИИЭ, НТК "ЭЛ-ПРОЕКТ".

Исполнители:

Ю.И.Лысков, Н.П.Антонова, О.Ю.Демина, А.В.Зуева - ОАО "Институт Энергосетьпроект";

К.И.Кузьмичева - ОАО ВНИИЭ.

При участии В.Н.Подъячева - АО ТЭП,

А.Г.Тер-Газаряна, Ю.И.Грабовского - НТК "ЭЛ-ПРОЕКТ".

Утверждено: Департаментом стратегии развития и научно-технической политики РАО "ЕЭС России" 30.09.99 г.

Согласовано: Департаментом электрических сетей РАО "ЕЭС России".

Предложения и замечания просим направлять по адресу:

105058 Москва, ул.Ткацкая, д.1 ,ОАО "Институт Энергосетьпроект"

1. Введение

Необходимость создания методического документа, определяющего выбор параметров ограничителей 110-750 кВ в зависимости от условий их применения для защиты оборудования 110-750 кВ от грозовых и коммутационных перенапряжений, обусловлена следующими причинами:

- В России заводы прекратили выпуск разрядников, перейдя на выпуск ограничителей перенапряжений нелинейных (ОПН), отличающихся от разрядников отсутствием искровых промежутков и высокой нелинейностью рабочих резисторов (варисторов). Энергия, которая поглощается ограничителем при коммутациях, грозовых и иных воздействиях в различных режимах (повышения напряжения в рабочих режимах, квазиустановившиеся и резонансные перенапряжения) не должна превосходить нормируемую для него величину. В противном случае наступает нарушение термической устойчивости и повреждение аппарата.

- В настоящий момент в России в электрических сетях 110-750 кВ применяются ОПН различных фирм, производящих их как на основе собственных конструкторских решений, так и по лицензиям международных электротехнических концернов. Комплектация ОПН осуществляется варисторами различных производителей, с отличающимися коэффициентами нелинейности.

Поэтому ОПН разных производителей, предназначенные для применения в одном классе напряжения, имеют характеристики, несколько отличающиеся друг от друга. При этом ряд фирм имеет в своей номенклатуре по несколько типов и модификаций ОПН в одном классе напряжения.

Для того чтобы ОПН выполнял свои функции по защите от перенапряжений оборудования 110-750 кВ и не повреждался, необходимо определить возможные воздействия в месте его установки и в соответствии с ними выбирать тип и параметры аппарата.

Неучет всех возможных воздействий явился причиной повреждения ряда ОПН в сетях 110-750 кВ.

Настоящие "Методические указания по применению ограничителей в электрических сетях 110-750 кВ" (далее - Указания), определяют выбор типа и основных параметров ограничителей в сетях 110-750 кВ с учетом схем и режимов работы, релейной защиты и противоаварийной автоматики, а также надежности работы электрооборудования и коммутационной аппаратуры.

Порядок действий при выборе ОПН, изложенный в настоящих Указаниях, может применяться при выборе ОПН любой фирмы. В качестве справочного материала в Приложениях 2-6 приведены основные характеристики ОПН, выпускаемых различными производителями по согласованным с РАО "ЕЭС России" техническим условиям.

________________

К началу 2000 г. РАО "ЕЭС России" рекомендованы к применению по согласованным техническим условиям ОПН следующих фирм:

ЗАО"Феникс-88" ЗАО СП "АББ-УЭТМ", ООО "Таврида-электрик" и часть номенклатуры НПО "Электрокерамика" (включая АООТ "КФЗ").

Кроме этих фирм на территории России занимаются производством ОПН 110-750 кВ: АО ХК "Московский электрозавод", ООО "АФ-Полимер", Siemens и Gec Alcthom.

2. Основные положения

Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН) является одним из основных элементов подстанции, обеспечивающим защиту оборудования распределительного устройства (РУ) и линий от коммутационных и грозовых перенапряжений.

Настоящие Указания предназначены для использования персоналом проектных и эксплуатационных организаций РАО "ЕЭС России" и АО-энерго для определения характеристик и выбора по ним типа ограничителя перенапряжений по условиям его работы в заданной точке электрической сети 110-750 кВ при плановой замене разрядников, техперевооружении, реконструкции и проектировании новых РУ.

Настоящие Указания не распространяются на выбор ОПН, устанавливаемых на линии электропередачи параллельно гирляндам изоляторов для защиты изоляции линии от коммутационных и грозовых перенапряжений.

В настоящем документе использована следующая терминология (на английском языке приведены названия терминов, используемые в материалах МЭК и зарубежных фирм):

2.1. Наибольшее рабочее напряжение сети (фазное), определяется в соответствии с ГОСТ 721 и 1516.3. Обозначение - .

2.2. Наибольший уровень напряжения сети в точке установки ОПН в нормальных режимах - (maximum system voltage - ) - наибольшее значение действующего фазного напряжения промышленной частоты в нормальных режимах в точке установки ОПН. Определяется как наибольшее возможное фазное напряжение сети, полученное на основе замеров или расчетов по [1] для режимов суточного минимума нагрузки во время летнего минимума с учетом вывода в ремонт средств компенсации реактивной мощности на подстанции. Обозначение - , кВ действ.

2.3. Длительно допустимое рабочее напряжение ограничителя - (continuos operating voltage - ) - наибольшее значение действующего напряжения промышленной частоты, которое неограниченно долго может быть приложено между выводами ограничителя. Обозначение - , кВ действ.

2.4. Временно допустимое повышение напряжения на ограничителе - наибольшее действующее значение напряжения, которое может быть приложено между выводами ограничителя в течение заданного изготовителем времени без сокращения его нормируемого срока службы. Обозначение - , кВ действ.

2.5. Номинальное (расчетное) напряжение ограничителя - (rated voltage - ) - наибольшее допустимое действующее значение напряжения промышленной частоты на выводах ОПН, используемое при рабочих испытаниях и определяющее его работу при квазиустановившихся перенапряжениях. Обозначение - , кВ действ. По стандарту МЭК 99-4 ОПН должны выдерживать эту величину в течение 10 с после предварительного нагрева до 60° и воздействия 2-х импульсов тока, соответствующих классу удельной энергоемкости данного типа ограничителя.

2.6. Коммутационные перенапряжения - перенапряжения, существующие во время переходных процессов при коммутации элементов сети, сопровождающих внезапное изменение ее схемы или режима. Обозначение - , кВ макс.

2.7. Квазиустановившиеся (квазистационарные) перенапряжения - (temporary overvoltage - ) - перенапряжения, возникающие после окончания переходного процесса при коммутации элементов сети и существующие до тех пор, пока не будут устранены специальными мерами или самоустранены. Обозначение - , кВ действ.

К этим перенапряжениям также относятся резонансные и феррорезонансные перенапряжения на промышленной частоте, низших и высших гармониках, перенапряжения с медленно изменяющейся вследствие затухания или изменения параметров системы (например, ЭДС и индуктивностей генераторов) частотой или амплитудой.

2.8. Остающееся напряжение при нормируемом токе коммутационных перенапряжений - напряжение на ограничителе при нормируемом токе коммутационных перенапряжений. Обозначение - , кВ макс.

Нормируемая форма волны импульса тока - 30/60 мкс либо 1,2/2,5 мс.

2.9. Остающееся напряжение при нормируемом токе грозовых перенапряжений - напряжение на ограничителе при протекании нормируемого тока грозовых перенапряжений. Обозначение - , кВ макс, ток в кА.

Нормируемая форма волны тока в России и по стандарту МЭК - 8/20 мкс, нормируемые амплитуды - 3, 5, 7, 10, 15 и 20 кА в зависимости от класса напряжения ограничителя.

2.10. Энергоемкость ограничителя - значение энергии, поглощаемой ограничителем в переходном процессе.

Энергоемкость ОПН определяется по одному нормируемому испытательному импульсу тока.

________________

Нормируемые форма и длительность волны тока:

- НПО "Электрокерамика" - 1,2/2,5 мс;

- ЗАО"Феникс-88", ООО "Таврида-Электрик", ООО "АФ-Полимер" - прямоугольная длительностью 2 мс;

- СП ЗАО "АББ-УЭТМ" - прямоугольная длительностью 4 мс и 2 мс.

Энергоемкость ограничителя является характеристикой, отражающей совокупность воздействий на него в различных режимах при напряжениях выше .

2.11. Класс энергоемкости ОПН характеризуется величиной удельной поглощаемой энергии кДж на 1кВ номинального напряжения () или длительно допустимого рабочего напряжения ОПН (.)

2.12.Ток срабатывания противовзрывного устройства - это значение тока однофазного или трехфазного (большего их них) короткого замыкания (, кА), при которой не происходит взрывного разрушения покрышки ограничителя. Если покрышка ограничителя все же будет повреждена, то ее элементы должны находиться внутри нормируемой зоны.

3. Выбор электрических характеристик ОПН

К основным параметрам ограничителя относятся: наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение, номинальное напряжение, класс энергоемкости, уровни остающегося напряжения при коммутационном и грозовом импульсе, величина тока срабатывания противовзрывного устройства, длина пути тока утечки внешней изоляции.

Учитывая, что выбор ОПН производится среди аппаратов различных фирм с сильно отличающимися характеристиками, рекомендуется сначала провести выбор по пп.3.1 и 3.7., что в ряде случаев позволит отсеять часть производителей, а затем производить выбор в соответствии с пп.3.2.-3.6.

     3.1. Выбор наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения ОПН

3.1.1. Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ОПН должно быть не ниже наибольшего рабочего напряжения сети (), нормируемого ГОСТ 721.

3.1.2. Если больше или равно , то выбирают ближайшее большее значение .

3.1.3. Повышения напряжения, возникающие при оперативных переключениях или аварийных режимах, учитываются в соответствии с п.3.3.

3.1.4. Во всех случаях для повышения надежности выбирают ограничители с наибольшим длительно допустимым рабочим напряжением () не менее, чем на 2-5% выше наибольшего уровня напряжения сети в точке установки ОПН (.)

3.1.5. При возможности устойчивого существования высших гармоник в нормальных режимах в месте установки ОПН поступают следующим образом:

- если измерены амплитуды напряжений основной частоты и гармоники, то наибольший уровень напряжения сети в точке установки ОПН в нормальном режиме принимают равным их сумме;

- если амплитуда гармоники неизвестна, то наибольший уровень напряжения сети в точке установки ОП в нормальном режиме принимают равным 1,1 от наибольшего рабочего напряжения сети.

3.1.6. Устойчивое существование высших гармоник в сети возможно в следующих случаях:

- на подстанциях электрической сети, примыкающих непосредственно или через короткие линии к подстанциям с преобразователями постоянного тока;

- в послеаварийных режимах питания тупиковых ПС с резистивной нагрузкой (осветительной, нагревательной и т.п.) меньше 0,1 от натуральной мощности (), передаваемой по питающей линии длиной 180-350 км. Натуральную мощность линии определяют по формуле:

,                                                             (1)

где - волновое сопротивление линии по прямой последовательности.

     3.2. Выбор класса энергоемкости ОПН

3.2.1. Практическим критерием оценки энергоемкости ОПН является его способность пропускать нормируемые импульсы тока коммутационного перенапряжения без потери рабочих качеств.

В технической информации или ТУ производители обычно приводят значение удельной энергоемкости в кДж на 1 кВ номинального или длительно допустимого рабочего напряжения ОПН. Так как разница между и у большинства производителей составляет около 25%, то при одинаковых значениях удельных энергоемкостей полные энергоемкости будут отличаться на 25%.