автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Методика и алгоритмы повышения грозоупорности воздушных линий электропередач и оборудования подстанций

На правах рукописи

ЮДИЦКИЙ ДАНИЛ МИХАЙЛОВИЧ

МЕТОДИКА И АЛГОРИТМЫ ПОВЫШЕНИЯ ГРОЗОУПОРНОСТИ ВОЗД УШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ И ОБОРУДОВАНИЯ

ПОДСТАНЦИЙ

05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 ПАР 2015

Казань-2015

005559987

005559987

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования (ФГБОУ ВПО) «Казанский государственный энергетический университет» (КГЭУ) на кафедре электрические станции

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Электрические станции» ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», Усачев Александр Евгеньевич.

Официальные оппоненты:

Солуянов Юрий Иванович, доктор технических наук, генеральный директор ОАО «Татэлектромонтаж», г. Казань.

Чубуков Михаил Владимирович, кандидат технических наук, заместитель директора по проектной деятельности филиала ООО «КЭР-Инжиниринг ТатНИПИэнергопром», г. Казань.

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет», г. Йошкар-Ола.

Защита состоится 30 марта 2015 г. в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.079.06 при ФГБОУ ВПО «Казанском национальном исследовательском техническом университете им. А.Н. Туполева - КАИ» по адресу: 420015, г. Казань, ул. Толстого, 15 (учебный корпус №3, ауд. 216)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ» http://www.kai.nl/science/disser/index.phtml

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим присылать по адресу: 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, 10, КНИТУ-КАИ, на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «12» февраля 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Бердников А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Особенностью электроснабжения современного промышленного комплекса заключается в том, что большое число предприятий имеют сложный характер технологического процесса, зависящий от беспрерывного электроснабжения, отвечающий всем нормам и требованиям ГОСТ по качеству электроэнергии.

Себестоимость продукции и сроки окупаемости производственного комплекса тесно связаны с надежностью их электроснабгхния. Удары молний в линии электропередачи (BJI) приводят к аварийным отключения ВЛ и перерывам электроснабжения, что, несомненно приводит к выходу из строя технологического оборудования и, как следствие, экономическому ущербу многих производств. В целях повышения надежной работы потребителей электроэнергии при нормальном и послеаварийиом режимах необходимо:

- свести к минимуму число и продолжительность перерывов их электроснабжения, связанных, в частности, с ударами молний в BJI;

- обеспечить нормы ГОСТ по качеству электроэнергия для создания устойчивой работы ответственных технологических аппаратов при нарушениях режима электроснабжения.

Одним из способов повышения такой внешней составляющей надежности является снижение ущерба от грозовых отключений BJI, т.е. повышение грозсупорности линий электропередач. Основным показателем, характеризующим грозоупориость BJI, является число ее грозовых отключений, отнесенное к 100 км длины линии л 100 грозовым часам.

Во всем мире ведутся исследования в области модернизации методов защиты ВЛ от грозовых отключений, постоянно совершенствуются методики расчета молниезапщты В Л, создаются новые более надёжные защитные аппараты и ограничителя.

В Руководстве по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений (РД) предлагается оценивать удельное число грозовых отключений, учитывая лишь усредненные показатели ВЛ, такие как сопротивление з^зеиления опор, тип опор, а также суммарная длина линии и т.д. Вследствие неоднородности условий прокладки воздушных линий электропередачи наиболее точным был бы расчет, проводимый с учетом индивидуальных особенностей каждого участка на протяжении всей протяженности ВЛ.

Таким образом, задача по совершенствованию существующих методик оценки и расчета показателей грозоупорности воздушных линий электропередач, с целью определения оптимальной последовательности проведения мероприятий пэ повышению надежности снабжения потребителей электроэнергией и качества электроэнергии является актуальной.

Объект исследования — воздушные линии электропередач н оборудование подстанций.

Предмет исследования — устойчивость воздушных линий электропередач и оборудования подстанций к воздействию грозовых перенапряжений.

Целью диссертационного исследования является сяишэтче числа грозовых отключений воздушных линий электропередач и повреждений оборудования ПС за счет учета реальных конструктивных параметров воздушных линий электропередач.

Научная задача исследования состоит в разработке методики и алгоритмов расчета показателей грозоупорности высоковольтных электротехнических комплексов передачи и распределения электроэнергии.

Для достижения цели диссертационного исследования п решения научной задачи диссертации необходимо решить следующие задачи: (

- провести анализ существующих методик контроля грозоупорности ВЛ и определить пути их совершенствования;

- разработать методику оценки грозоупорности ВЛ на основе суммирования грозоупорностей отдельных пролетов ВЛ, которые учитывают фактические характеристики каждой опоры и пролета; создать алгоритм расчёта и набор программ; предложить принцип и последовательность мероприятий по повышению грозоупорности.

- провести оценку влияния ветровой нагрузки на грозоупорность ВЛ;

- проверить обоснованность учета двух путей обратного перекрытия с опоры на провод высокого напряжения в методике оценки грозоупорности ВЛ: разработать и

- создать экспериментальную установку; провести экспериментальные исследования; оценить влияние такого учета на численные оценки грозоупорности и его влияние на мероприятия по повышению грозоупорности ВЛ;

- провести анализ существующих методик оценки грозоупорности ПС от набегающих волн и их обоснованность, разработать методику оценки грозоупорности ПС и систему мероприятий по повышению грозоупорности ПС.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- модифицированная методика оценки показателей грозоупорности ВЛ основывается на суммирования числа грозовых отключений каждого пролёта, что позволяет учесть реальные характеристики ЛЭП, оптимизировать затраты на создание системы молниезащиты и обеспечить повышение грозоупорности воздушных линий электропередач;

- экспериментально в лабораторных условиях на основе идентичности физических процессов пробоя воздушных промежутков подтверждена гипотеза о необходимости учета при ударе молнии в опору не только перекрытия с траверсы на провод (вдоль гирлянды изоляторов), но и с опоры на провод;

- установлено, что для ВЛ 220 кВ ветер, направленный перпендикулярно оси ВЛ со скоростями до 30 м/с практически не снижает грозоупорность;

- на основании проведенных электрогеометрическим методом расчетов установлено, что доля ударов молний в опоры на ВЛЭП не зависит от высоты опоры, а зависит от длины пролета и стрелы провеса провода;

- выдвинуто предположение, что для оборудования подстанций опасны только волны грозовых перенапряжений, возникающих при любых дуговых перекрытиях с опор или грозозащитного троса на фазный провод при ударах молнии в пределах защищенного подхода к ПС. Удары молнии в фазный провод не приводят к возникновению опасных волн грозовых перенапряжений.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что развита теория молниезащиты электротехнических комплексов и систем:

- разработана новая методика, алгоритм расчёта и комплект программ оценки грозоупорности воздушных ВЛ на основе суммирования показателя грозоупорности каждого пролета и учета фактических характеристик, позволяющая повысить эффективность мероприятий по повышению грозоупорности ВЛ;

- экспериментально подтверждена гипотеза о том, что наличие двух возможных путей пробоя воздушных промежутков повышает общую вероятность пробоя, предложена формула ее, а также показано, что учет второго пути позволит повысить грозоупорность ВЛ;

- показано, что ветер со скоростями до 30 м/с, направленный перпендикулярно оси пролета ВЛ снижает грозоупорность не более чем на 5% и может не учитываться;

- электрогеометрическим методом получены новые формулы и зависимости для оценки доли ударов молний в опоры и провода (тросы) для ВЛ с тросовой защитой и без нее, что повышает точность оценок грозоупорности и ее зависимость от параметров пролета ВЛ;

- предлагается новая концепция грозоупорности ПС основанная на предположении, что опасными для оборудования ПС являются только волны грозовых перенапряжений с крутым передним фронтом, возникающие при любых искровых разрядах с опор или грозозащитного троса на фазный провод при ударах молнии. Такой подход позволяет пересмотреть целесообразность ряда мероприятий при оборудовании защищенного подхода и утверждать, что грозозащитный трос в зоне защищенного подхода к ПС повышает вероятность повреждения оборудования ПС.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что практическое применение новой концепции грозоупорности ПС и использование усовершенствованной методики контроля грозоупорности ВЛ и созданной программы расчетов позволяет:

- выявить и локализовать наиболее уязвимые участки ВЛ, снижающие общий показатель грозоупорности;

- определить участки ВЛ, где грозозащитный трос снижает показатели грозоупорности;

- определить очередность проведения мероприятий по контролю и повышению грозоупорности ВЛ, что позволит повысить надежность электроснабжения за счет снижения числа аварийных отключений и сокращения времени вынужденного ремонта ВЛ;

- снизить число волн с вертикальным фронтом, возникающих на участках защищенного подхода ПС;

- снизить экономический ущерб от аварийных отключений, приводящих к недоотпуску электроэнергии и простою технологического оборудования; Достоверность результатов, выводов и рекомендаций определяется корректным

применением методики молниезащиты, основанной на обобщении результатов экспериментальных данных поражаемости ударами молний ВЛ и статистики успешного восстановления работоспособности ВЛ средствами автоматического повторного включения (АПВ) линий различного класса напряжений, использованием современных теоретических и экспериментальных методов исследования, применением новых программных продуктов, сопоставимостью результатов с данными, полученными фугами методами. Достоверность полученных результатов обеспечена повторяемостью измерений и их соответствие данным, опубликованным в научной литературе другими исследователями.

Личный вклад автора диссертации. Основные результаты работы получены лично соискателем. Автор принимал непосредственное участие в разработке и составлении программ, создании экспериментальной установки и проведении экспериментов и расчетов, обсуждении и анализе результатов, написании статей и выступлении на конференциях.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:

- УП Открытой молодежной научно-практической конференции «Диспетчеризация в электроэнергетике: Проблемы и перспективы», г. Казань, 2012г;

- XVI аспирантско - магистерском научном семинаре, г. Казань, 2012 г.;

- IX международной научно-практической конференции «Ключевые проблемы современной науки-2013», г. София, 2013г.;

- X международной научно-практической конференции «Современные научные достижения - 2014», г. Прага, 2014г.;

- X международной научно-практической конференции «Научная мысль информационного века- 2014», Болгария, 2014г.;

- X Международной молодежная научной конференции «Тинчуринские чтения», г. Казань, 2014г.

- ¡X Открытой молодежной научно-практической конференции «Диспетчеризация в эле:лрозкергетике: Проблемы и перспективы», г. Казань, 2014г; Соответствие диссертации научной специальности.

Диссертация соответствует специальности 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы. Представленные в ней результаты отвечают следующим пунктам паспорта специальности:

1. п.2 Обоснование совокупности технических, технологических, экономических, экологических и социальных критериев оценки принимаемых решений в области проектирования, создания и эксплуатации электротехнических комплексов и систем.

2. п.З Разработка, структурный и параметрический синтез электротехнических комплексов и систем, их оптимизация, а также разработка алгоритмов эффективного управления.

Публикации по теме диссертации. По данному направлению исследования опубликоагдо 11 печатных работ, из них 4 статьи в журналах перечня ВАК и получено одно свидетельство о государственной регистрации программы ЭВМ.

Обт»?м и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста иллюстрирована 48 рисунками и 12 таблицами. Список цитированной литературы состоит из 120 ссылки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введгаин обосновывается актуальность выбранной темы диссертации, ставятся цели и задали работы, приводится научная новизна и практическая ценность работы, данные об апробации работы, приводятся положения, выносимые на защиту и достоверность полученных результатов, личный вклад автора.

Первая глава диссертации носит обзорный характер. Она посвящена рассмотрению существующих методик защит линий электропередач от грозовых перенапряжений по стандартам МЭК и ГОСТ РФ и связи грозоупорности ВЛ с надежностью электроснабжения. Рассмотрена природа возникновения молний. Обосновывается актуальность цепей диссертации и задачи исследования.

Во второй главе диссертации рассматриваются методы расчета грозоупорности ВЛ (потока отказов из-за грозовой активности атмосферы). Предлагается методика расчета грозоупорности ВЛ, которая основана на учете индивидуальных характеристик каждого пролёта: высоты и типа опор, длины подвесных гирлянд изоляторов, стрелы провеса фазного провода и грозозащитного троса, типа и габарита траверс, сопротивления заземления опор, влияния ветровой нагрузки на провода ВЛ в период грозового сезона. Общая грозоупорность ВЛ рассчитывается как сумма грозоупорностей отдельных пролетов. В качестве иллюстрации предлагаемой методики приводится расчет удельного числа перерывов электроснабжения существующей ВЛ-220кВ с тросовой защитой и удельного числа перерывов электроснабжения той же линии без троса (рис. 1).

Грозоупорность различных пролетов может отличаться существенно. Так грозоупорность первого и второго пролета отличаются в шесть раз. При проведении мероприятий по повышению грозоупорности ВЛ следует в первую очередь обращать внимание на такие «ослабленные» пролеты. Сравнивая показатели грозоупорности (число отключений) пролетов участка ВЛ рис. 1 с тросом и без троса, можно заметить, что в пролетах с номерами 2, 3, 4, 7, 9 использование грозозащитного троса снижает грозоупорность линии. Всего на ВЛ обнаружено 10 таких пролетов. Установлено, что если

длина пролёта становится больше некоторого значения £кр (рис. 2), грозозащитный трос увеличивает устойчивость ВЛ к ударам молний. При меньшей длине пролёта - трос снижает грозоупорность ВЛ. Эта длина (£«р) зависит от высоты опоры, импульсного сопротивления заземления (/?„) и стрелы провеса провода. На рис. 3 представлены графики зависимости этой длины пролёта от высоты опоры при различных значениях сопротивления заземления.

Т

2<Я

S 4-§-

I2"

О 5 10

№ пролета

Рис. 1. Грозоупорность пролётов участка

ВЛ 220 кВ: 1 - трос есть; 2 -

грозозащитного троса нет

Рис.2. График числа перекрытий линейной изоляции для пролетов ВЛ -220кВ с тросом

и без троса различной длины с опорами высотой 30 м сопротивление заземления 10 Ом: 1 - с тросом, 2 - без троса.

Рис. 3. Зависимость Ькр от высоты опоры при различных Rn

Для учета влияния ветровой нагрузки на грозоупорность ВЛ, в соответствии с действующими ПУЭ и РД по молниезащите, был создан программный модуль «Ветер».

N -N

Зависимость изменения грозоупорности пролёта AN = —в-2- • 100%, где No и Л/в - число

перерывов электроснабжения без ветра и с учетом ветра, от скорости ве-гра, рассчитанная с использованием этого модуля, показана на рис. 4. При расчёте грозоупорности ВЛ в модуле считается, что искровой разряд между опорой и фазным проводом может идти по двум путям, как это описано в главе 3. При расчётах грозоупорности В Л важное значение имеет соотношение между ударами молнии в опоры ВЛ и в пролёт (Рол). Обычно, доля ударов в опору принимается равной эмпирической Р0„ = 4h/L, где h - высота опоры, L -длина пролёта.

Высота опоры, м

1 Д„= 5 Ом

2 Rvt 10 Ом

3 Д„= 15

Поскольку эта величина важна в предлагаемой методике расчёта, в работе представлены результаты определения доли ударов в опору электрогеометрическим методом (ЭГМ) (рис. 5, 6). В результате проведённых расчётов было установлено, что доля ударов в опору не зависит от высоты опоры, а зависит только от длины пролёта и стрелы провеса провода. Эмпирическая величина доли ударов молнии в опору совпадает с долей ударов молнии в опору, рассчитанной по ЭГМ, при высоте опоры 18 м. Для ВЛ без троса можно предложить формулу расчёта доли ударов в опору: Р0„ = TUL, которая для длин пролётов 130 ^ 160 м отличается от эмпирической не более 10%. Доля ударов в опору для ВЛ с тросовой защитой, рассчитанная по ЭГМ, получается существенно меньше, чем доля по эмпирической формуле (кривые 1, 3 рис. 5). Это связано с тем, что в расчётах молниезащиты ВЛ с тросами расчётным случаем является удар молнии в опору и в трос вблизи опоры.

Понятие «вблизи» не конкретизируется. При расчётах по ЭГМ доли ударов молнии в опору ВЛ с тросами, к расчётному расстоянию для каждой дистанции ориентировки молнии на опору добавлялась произвольная одинаковая величина. При добавлении 28 м результаты по ЭГМ совпадают с эмпирическими результатами при высоте опоры 18 м (кривая 4 рис. 5). Природа такой добавки не ясна, но полученная величина близка к величине АЛО, где X - условная длина волны молнии.

Скорость ветра, м/с Рис. 4. Зависимость числа перерывов электроснабжения ВЛ от скорости ветра

200

Длина пролёте, м

200 „ Длина пролога и

Рис. 5. Зависимости доли ударов молнии в опору ВЛ без троса (Р0п) от длины пролёта: 1 -с учётом стрелы провеса провода; 2 - отношение 4b/L при высоте опоры 18 м; 3 - расчёт по средней высоте подвеса провода

Рис. 6. Зависимости доли ударов молнии в опору ВЛ с тросом (Pon) от длины пролёта: 1 -с учётом стрелы провеса троса; 2 - по средней высоте подвеса троса; 3 - по работе Илларионовой Е.Н; 4- с учётом стрелы провеса троса с добавлением по 28 M К ¿on В (12) (совпадает с зависимостью 4h!L при А = 18 м) 8

В третьей главе диссертации приводятся результаты экспериментальных исследований на созданной высоковольтной установке (рис. 7), которая моделирует в лабораторных условиях два возможных пути пробоя с опоры ВЛ на фазный провод (рис. 8а,б).

Рис. 7. Схема экспериментальной установки

Эксперименты проводились следующим образом:

1. выставлялось расстояние между электродами шар-шар в первом искровом промежутке (рис. 9), подводилось импульсное напряжение от установки на катушках Тесла и измерялось число пробоев разрядного промежутка при подаче 1000 импульсов (10 серий по 100 импульсов в серии). Обработанные данные приводятся в столбце Р(1)эксп таблицы 1.

2. проводились измерения подобно пункту 1 при подаче напряжения на второй искровой промежуток (рис. 9). Результаты обработки данных приведены в столбце Р(2);

3. при неизменных расстояниях из пунктов 1 и 2 напряжение подавалось одновременно на оба искровых промежутка. В этом эксперименте подсчитывапось общее число пробоев как по пути 1, так и по пути два. Данные статистической обработки приведены в столбце Р(12)эксп таблицы 1. Таких серий при различных расстояниях между шарами было выполнено 16, из которых 4 представлено в таблице 1.

Рис. 8. Фрагмент: а) пробой вдоль Рис. 9. Искровые промежутки,

изолятора на траверсу, б) пробой с провода используемые при проведении опытов на опору.

При расчетах грозоупорности ВЛ мы обычно знаем импульсную прочность гирлянды изоляторов (т.е. напряжение, при котором возникает искровой пробой воздуха по пути а) рис. 8). Можно также отдельно оценить импульсную прочность пути б) рис. 8. Однако, при расчётах грозоупорности ЛЭП не имеет значения тип пути, по которому произойдёт искровое перекрытие между опорой и проводом. Из анализа данных статистической обработки результатов лабораторных исследований пробоя (таблица 1) можно сделать вывод, что вероятность пробоя между опорой и проводом выше, если существуют два возможных пути а) и б), чем вероятность при учёте только одного пути пробоя а) вдоль гирлянды изоляторов (рис. 8). Формула суммарной вероятности двух независимых несовместных событий (1) даёт наибольшее приближение к экспериментально полученной вероятности. Оценки вероятности пробоя по этой формуле ниже экспериментальной на ~20%. Вероятно, такое расхождение связано с тем, что пробою промежутков предшествует стадия короны, излучение которой ослабляет параллельный воздушный промежуток. Поскольку можно считать экспериментально доказанным в лабораторных условиях повышение общей вероятности пробоя, в расчётах грозоупорности ВЛ следует принимать в расчёт второй путь пробоя, хотя бы по формуле

Таблица 1. Результаты проведенных экспериментов

№ Р( 1 )эксп />(2)эксн />(12)эксп Р(12) по формуле (1)

1 0.65 ± 0.07 0.55 ± 0.07 0.99 ±0.01 0.84 ±0.03

2 0.93 ± 0.05 0.57 ± 0.04 0.99 ±0.01 0.97 ± 0.02

3 0.49 ±0.02 0.57 ±0.02 0.92 ± 0.02 0.78 ± 0.02

4 0.49 ±0.05 0.64 ± 0.06 0.94 ± 0.05 0.82 ±0.03

Р( 12) = Р( 1) + Р( 2) • (1 - Р(1)) (1)

В существующей методике расчёта грозоупорности учитывается только путь рис. 6а, что приводит к завышенным значениям грозоупорности.

В четвертой главе диссертации предлагается новая концепция оценки защиты оборудования подстанций от волн грозовых перенапряжений (ВГПН), набегающих с линий электропередачи. Её основные положения заключаются в следующем:

1. Грозоупорность оборудования ПС зависит от числа опасных ВГПН, которые возникают при каждом перекрытии на фазный провод в зоне защищенного подхода. Для каждого из пролётов общее число ВГПН складывается из 4 слагаемых для ВЛ с тросовой защитой:

ЛН^+ЛЪ+Аб+ЛЪ (2)

где N1 -число ударов молнии в опору и возникновение обратного перекрытия (силовой дуги) с опоры на фазный провод;

N2 - число прорывов молнии через тросовую защиту с поражением фазного провода и возникновением силовой дуги с провода на опору;

N3 - число возникновений силовой дуги между тросом и проводом при ударе молнии в трос с последующим перекрытием на опору;

N4- число ударов молнии в трос с обратным перекрытием на опоре.

2. Опасные для оборудования подстанций (ПС) волны грозовых перенапряжений с длительностью фронта ~ 10 + 30 не (можно считать с вертикальным фронтом) возникают при любом искровом перекрытии типаМ, N3, N4 в (2), независимо от исходных параметров молнии.

3. Искровые разряды с провода на опору типа Иг не приводят к возникновению крутого среза тока молнии, опасного для изоляции силовых трансформаторов, из-за существенной индуктивности опоры и импульсного сопротивления заземления.

0,02-1 М (/=1,2,3,4)

ом-

0,01-

0-1-,-1-,-1-1-1-г

40 120 200 230

Длина пролёта, м

Д лина пролёта, м

Рис. 10. Зависимость слагаемых Рис. 11 Зависимость числа опасных волн

грозоупорности (2) от длины пролета ГПН с вертикальным фронтом от длины

пролёта при высоте опоры 30 м

Обычно в расчётах грозоупорности ВЛ при ударе молнии в трос пренебрегают слагаемыми IV) и М н учитывают только вероятность прорыва тросовой защиты и последующего удара молнии в фазный провод. Вместе с тем, величина слагаемых ЛГз и N4 отличается от нуля и возрастает при увеличении длины пролёта. Из рис. 11 видно, что при любой длине пролёта число опасных волн в пролёте с тросом больше числа опасных волн в таком же пролёте без троса. Получается, что грозозащитный трос, иногда улучшая грозоупорность ВЛ, как в целом, так и в опасной зоне, всегда увеличивает вероятность возникновения волн ГПН с крутым фронтом, опасным для оборудования ПС. Из такой концепции следует, что требования к оборудованию подхода ЛЭП к ПС в опасной зоне должны быть пересмотрены таким образом, чтобы мероприятия приводили к снижению числа искровых перекрытий на фазные провода. Здесь можно привести некоторые из них: не использовать в опасной зоне трос, защитные аппараты и молниеотводы на опорах; снижать среднюю высоту ВЛ за счёт горизонтального расположения фазных проводов; использовать диэлектрические траверсы, снижать сопротивление заземления и удельную индуктивность опор; связь между последней опорой ВЛ и шинами ПС осуществлять кабельной вставкой с установкой ОПН со стороны ПС в качестве первого элемента каскадной защиты оборудования ПС.

В таблице 2 показаны различия существующей и предлагаемой концепций при оценке защищенности оборудования ПС от волн ГПН.

Таблица 2. Сравнение существующей методики и предлагаемой

Существующая Предлагаемая

1 В (р Р V 100 100 1п, 0Ы) В 72 inn . obIJ 1UU i 1 'up,у

2 Опасчи обратные перекрытия при ударах в опори я удар в фазный провод мимо троса Опасны только обратные перекрытия при ударах в опоры и грозозащитный трос

3 При проржг тросовой защиты и поражении фазы образуются срезанные волны ГПН При ударе в фазу срезанных волн не образуется

4 При ударе в опору и искровом разряде на фазу образуются волны с крутым фронтом в зависимости от параметров импульса молнии При ударе в трос или опору при дуговом перекрытии на фазу образуются волны с наносекундным фронтом не зависимо от параметров импульса молнии

5 В пределах защищенного подхода трос повышает грозоупорность оборудования ПС В пределах защищенного подхода трос снижает грозоупорность оборудования ПС

6 Установка мол1шеотводов на опорах повышает грозоупорность Установка молниеотводов на опорах снижает грозоупорность

7 Уменьшение сопротивления заземления опор повышает грозоупорность Уменьшение сопротивления заземления опор повышает грозоупорность

В заключения диссертационной работы подводится итог проведенным исследованиям и приводятся основные результаты и выводы:

1. Разработана методика оценки грозоупорности воздушных ВЛ на основе суммирования грозоупорностей каждого пролета и создан комплект программ расчета на ЭВМ. Методика позволяет выявлять участки с низкими показателями грозоупорности, а также участки ВЛ, где грозозащитный трос снижает показатели грозоупорности, что позволяет оптимизировать затраты на обеспечение надежности электроснабжения;

2. В результате анализа экспериментальных исследований в лабораторных условиях подтверждена гипотеза о возможности пробоя воздушных промежутков при ударе молнии в опору по двум путям: опора - провод ВН и траверса - провод ВН. Получена формула расчета общей вероятности обратного перекрытия с опоры (траверсы) на провод ВК. Установлен практически несовместный характер дуговых перекрытий в двух параллельно подключенных воздушных промежутках;

3. Показано, что ветер со скоростями до 30 м/с, направленный перпендикулярно пролету ВЛ снижает грозоупорность не более чем на 5% и может не учитываться. При скоростях ветра свыше 30 м/с необходимо учитывать возникновение ветровой нагрузки. Учёт ветровой нагрузки приводит к увеличению расчетного числа отключений, т.е. повышению точности проводимых расчетов грозоупорности ВЛ;

4. на основании проведенных расчетов по элекгрогеометрическому методу установлено, что доля ударов молний в опору не зависит от высоты опоры, а зависит от

длины пролета и стрелы провеса провода. Получена новая формула д ля определения доли ударов молнии в опору линиях без тросовой зашиты;

5. Волны с фронтом волны близким к вертикальному (с Т1 ~ несколько не) возникают при каждом ударе молнии в ВЛ, если при этом происходит либо обратное перекрытие с опоры на провод ВН, либо перекрытие с грозозащитного троса на фазный провод. Грозозащитный трос в зоне защищенного подхода уменьшает число ударов в фазные провода, с Т\ ~ 4-8 мке, не опасные для оборудования подстанций с ОПН и увеличивает число опасных для оборудования волн с вертикальным фронтом. В связи с этим предлагаются рекомендации по оборудованию защищенного подхода дополнительными мерами по снижению числа перекрытий.

Работа выполнялась на кафедре «Электрические станции» Казанского государственного энергетического университета.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ: Статья, опубликованные в изданиях, рекомендованные в ВАК

1. Усачев А.Е. Вероятность искрового разряда на провод высокого напряжения при ударе молпии в опору// А.Е. Усачев, Д.М. Юдицкий// Известия высших учебных заведений: Проблемы энергетики. № 5-6. - Казань: Казан. Гос.энерг. ун-т. - 2013. - С.119-123.

2. Усачев А.Е. Относительная вероятность ударов молнии в опоры воздушных линий электропередачи: расчет электрогеометрическим методом. // А.Е. Усачев, Д.М. Юдицкий // Известия высших учебных заведений: Проблемы энергетики. № 9-10. -Казань: Казан. Гос.энерг. ун-т. - 2014. - С.47-54.

3. Усачев АЕ. Методика расчета грозоупорности воздушных линий электропередачи по параметрам опор и пролетов с учетом ветровой нагрузки. // А.Е. Усачев, Д.М. Юдицкий // Известия высших учебных заведений: Проблемы энергетики. № 7-8. - Казань: Казан. Гос.энерг. ун-т. - 2014. - С.70-76

4. Усачев А.Е. Новая концепция защиты подстанций от волн грозовых перенапряжений. / А.Е. Усачев, Д.М. Юдицкий / Известия высших учебных заведений: Проблемы энергетики. № 11-12. - Казань: Казан. Гослнерг. ун-т. - 2014. - С.94-100.

Публикация в других научных изданиях

5. Юдицкий Д.М. Об оценке вероятности возникновения обратного перекрытия при ударе молнии в опору линии электропередачи // ДЛ1. Юдицкий //IX международная научно-практическая конференция «Ключевые проблемы современной науки - 2013». - София. - 2013г. - С. 81.

6. Юдицкий ДМ. Совершенствование существующего алгоритма методики расчета грозоупорности воздушных линий электропередачи 110-220кВ // Д.М. Юдицкий // VÜ Открытая молодежная научно-практическая конференция «Диспетчеризация в электроэнергетике: Проблемы и перспективы». - Казань: Казан. Гос.энерг. ун-т. - 2012г. -С. 19.

7. Юдицкий Д.М. К совершенствованию методики расчета грозоупорности воздушных линий электропередачи 110-220кВ // Д.М. Юдицкий, AJE. Усачев // XVI аспирантско - магистерский научный семинар. Казань: Казан. Гос.энерг. ун-т. — 2012.

8. Юдицкий Д.М., Вероятность возникновения обратных перекрытий при ударе молнии в ЛЭГО/ Д.М.Юдицкий, А.Е. Усачев/ЯХ Международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения». - Казань: Казан. Гос.эперг. ун-т. - 2014. Т1. -С. 98.

9. Юдицкий Д.М. Совершенствование методики расчета грозоупорности ВЛЭП 110-220кВ // ДМЛОдицкий, А.Е. Усачев //IX Международная молодежная паучная конференция «Тинчуринские чтения». - Казань: Казан. Гослнерг. ун-т. - 2014. Т1. - С. 97.

10. Юдицкий ДМ., Усачев А.Е. «О совершенствовании методики комплексного расчета гразоупорности воздушных линий электропередачи 110-220кВ» II ДМ. Юдицкий, А.Б. Усачев // Materiály X mezinárodní védecko - praktická konference «Modernl vymoíenosti védy - 2014». - Díl 38. Technické védy.: Praha. Publishing House «Education and Science» s.r.o - 112stran.

11. Юдицкий Д.М., Усачев АЕ. «Оценка вероятности возникновения обратного перекрытия при ударе молнии в опору ЛЭП» / Д.М Юдицкий, АЕ. Усачев // Materiafy X MiQdzynarodowq" naukowi-praktycznej konfereneji «Naukowa myél informacyjnej powield -2014» Volume 30. Techniczne nauki.: PrzemyíL Nauka i studia - 80 str.

12. Юдицкий ДМ. Расчет показателей грозоупорности воздушных линий электропередач. Свидетельство о государственной регистрации программы ЭВМ II ДМ.Юднцкпй, AJE. Усачев.-№2014618251; заявл. 17.06.2014; per. 13.08.2014.

Подписано в печать 10.02.2015г. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Формат 60*84|/|6' Гарнитура «Times New RcriWti». Печатных листов 1.56. Тираж 100 экз. Заказ № 50

Отпечатано с готового оригинал-макета В типографии «Альянс» ИП Зубков В.Л. Тел.: +7 (843) 267-14-16, +7 903061-83-01

15