Вопросы обеспечения надежности грозозащиты одноцепных ВЛ 110 кВ без тросовой защиты
Грозовые отключения воздушных линий 110 кВ и выше зависят от многих факторов: интенсивности грозовой деятельности в районах трассы линии, номинального класса напряжения сети, конструкции ВЛ, материала опор, импульсного сопротивления заземляющих устройств опор и т.д. С повышением класса напряжения линии, как правило, увеличиваются ее длина, увеличивается высота опор, а следовательно, и вероятность поражения линии молнией. Поэтому на линиях электропередачи высших классов напряжения, выполняемых на металлических и железобетонных опорах, обычно подвешивают грозозащитные тросы с малым углом защиты, обеспечивающим малую вероятность поражения молнией фазных проводов линии. На снижение числа ударов молнии в ВЛ влияют различные факторы, например, прохождение трассы линии в лесной местности, а также прохождение ВЛ в одном коридоре с другими воздушными линиями.Для ВЛ 110 кВ и выше грозовые отключения линии главным образом происходят при ударах молнии в опору или трос с последующим обратным перекрытием на фазный провод и при прорывах молнии на фазный провод мимо тросовой защиты. Большее число отключений для одноцепных ВЛ 110 кВ происходит на линиях с металлическими опорами (П110-5В) по сравнению с ВЛ на железобетонных опорах (ПБ110-1). Это объясняется большей высотой металлических опор по сравнению с железобетонными.
Для напряжения 110 кВ средний эксплуатационный показатель грозовых отключений ВЛ составляет 1 отключение на 100 км в год. Максимальное значение эксплуатационного показателя по грозовым отключениям составляет 2,3 откл./100 км в год. На рисунке 1 представлена зависимость удельного числа грозовых отключений n'Г откл./100 км при среднем числе грозовых часов 60 гр.ч. для одноцепной ВЛ 110 кВ на одноцепных железобетонных и металлических опорах при различных вариантах установки ОПН-110 на фазные провода.
Для ВЛ 110 кВ на металлических опорах без учета влияния факторов, снижающих число ударов молнии в ВЛ, при интенсивности грозовой деятельности 60 грозовых часов обеспечить показатель 1 откл./100 км в год практически невозможно при использовании на ВЛ металлических одноцепных опор. Для ВЛ 110 кВ с железобетонными опорами — при сопротивлении заземляющих устройств RЗУ не более 1 Ом. Для обеспечения максимального эксплуатационного показателя 2,3 откл./100 км /год сопротивление железобетонных опор должно быть не более 12 Ом.
Как видно из рисунка 1, установка одного ОПН 110 на верхних фазах при демонтаже грозозащитного троса на ВЛ 110 кВ позволяет обеспечить число грозовых отключений ВЛ 110 кВ как при использовании тросовой защиты.
ОТКАЗ ОТ ГРОЗОЗАЩИТНОГО ТРОСА НА ВЛ 110 кВ И ВЫШЕ
Грозовые перенапряжения на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) 110–500 кВ являются одной из причин их аварийных отключений. Традиционно для молниезащиты ВЛ 110–500 кВ используется грозозащитный трос. В качестве грозозащитных тросов применяются стальные канаты. Как показывают расчеты, показатель надежности грозозащиты ВЛ без троса при использовании защитных аппаратов (подвесных ОПН) будет находиться на том же уровне, как и при эксплуатации ВЛ с грозозащитным тросом.При эксплуатации ВЛ более 30 лет происходит старение и потеря механических характеристик грозозащитного троса, который выполнен на основе стальных канатов типа ТК. Применение тросовой молниезащиты в гололедных районах приводит к опасности аварийного отключения ВЛ, так как гололедные отложения, образующиеся на тросах, зачастую ведут к их обрыву и, как следствие, к короткому замыканию на линии. Плавка гололеда также во многих случаях создает аварийные ситуации, так как при сбросе гололеда происходит сильное колебание троса, которое может вызывать схлестывание троса с фазным проводом. Зачастую обрыв грозозащитного троса связан с его низкой коррозионной стойкостью и старением. Прохождение ВЛ вблизи
производств с активными химическими выбросами приводит к высокой износостойкости троса. Для двухцепных ВЛ обрыв троса приводит к аварийным двухцепным отключениям ВЛ.
Расчет термической устойчивости грозозащитных тросов производится согласно СТО 56947007-33.180.10.173-2014 «Методические указания по расчету термического воздействия токов короткого замыкания и термической устойчивости грозозащитных тросов и оптических кабелей, встроенных в грозозащитный трос, подвешиваемых на воздушных линиях электропередачи». В СТО отмечается, что расчеты по термической устойчивости грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи, проводимые по Методическим указаниям 1976 года, не
в полной мере соответствуют надежной и безопасной эксплуатации ВЛ и ее элементов, особенно применительно к грозозащитным тросам (ГТ), по следующим причинам:
– не учтен ряд факторов, влияющих на итоговый результат (возможность возникновения на ВЛ не только однофазных, но и двухфазных коротких замыканий на землю; взаимоиндукция при наличии сближенных ВЛ с анализируемой ВЛ и т.п.);
– расчет времени протекания тока в ГТ проводится исходя из действия только основных быстродействующих защит ВЛ, практически вне анализа остался вопрос об оценке времени отключения КЗ с учетом действия устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), особенно с учетом возможных отказов выключателей и отдельных устройств РЗА;
– расчет термического действия токов КЗ проводится без учета апериодической составляющей.