В полевых испытаниях участвовали:
ЛЮ Юй, руководитель проекта, Электроэнергетический исследовательский институт компанииGuangzhou Electrical Power Company (Guangzhou EPC), входящей в China Southern Power Grid Company(CSPGC), Китайская Народная Республика
ЛИ Цзюньхуа, ХЭ Ифен, Conghua Electrical Power Supply Bureau, Гуаньчжоу, China Southern Power Grid, Китайская Народная Республика
ЗЕНГ Ронг, Ю Чжаньцин, Факультет электроэнергетики, Университет Циньхуа, Пекин, Китайская Народная Республика
ХЭ Пьер, менеджер по развитию бизнеса, STREAMER Electric, Пекин, Китайская Народная Республика.
В отчете представлены методика и результаты опытной эксплуатации мультикамерных разрядников производства ОАО «НПО «Стример» (Sai010z), проводимой в южнокитайской провинции Гуандун, характеризующейся высокой грозовой активностью. Применение данных разрядников обеспечивает долговременную и эффективную защиту воздушных линий электропередачи 10 кВ от индуктированных перенапряжений.
Учрежденная в 2002 году China Southern Power Grid Company Limited (CSPGC Ltd) – одна из двух государственных энергокомпаний в Китае. Компания финансирует строительство и осуществляет эксплуатацию объектов и систем передачи и распределения электроэнергии в пяти южных провинциях Китая: Гуандун, Гуанси, Юньнань, Гуйчжоу и Хайнань. Главный офис компании расположен в г. Гуанчжоу. В 2009 году объем продаж электроэнергии составил 523,9 ТВт·ч. Guangzhou EPC – крупное локальное подразделение CSPGC, ответственное за энергообеспечение провинции Гуанчжоу.
CSPGC крайне заинтересована в обеспечении долговременной и эффективной защиты воздушных линий электропередачи (ВЛ) 10 кВ., и целью представленного проекта была проверка эффективности молниезащиты ВЛ при помощи мультикамерных разрядников Sai010z производства НПО «Стример» в условиях реальной эксплуатации на действующей ВЛ.
Проект реализован Guanzghou EPC при участии Университета Циньхуа и компании Стример.
Рис 1. Логотип компании China Southern Grid
Линия, выбранная для проведения опытной эксплуатации, расположена в округе Цунхуа, провинция Гуандун, в 50 км к северо-востоку от г. Гуанчжоу.
Округ Цунхуа расположен близко к Северному тропику, в регионе с высокой грозовой активностью. Климат субтропический муссонный.
Рисунок 2: Местонахождение округа Цунхуа
Ежегодные данные по грозовой активности
(данные OTD)
Плотность разрядов (разрядов/км2/год)
Рисунок 3: Распределение средней плотности молниевых разрядов по территории Земли (данные сентябрь 1995 ÷ август 1996).
Количество грозовых дней в году в Цунхуа – 40. Средняя плотность разрядов в землю (см. Рисунок 3) составляет приблизительно 6-15 на км2 в год.
Компании CSPG принадлежит система мониторинга молниевых разрядов в землю, с помощью которой персонал компании может соотносить события на линии с различными атмосферными явлениями, включая молнию. На Рис. 4 показаны отчеты системы обнаружения молниевых разрядов в период с 1 января 2010 г. по 20 июня 2014 г. Согласно этим отчетам, средняя плотность разрядов в землю на территории Цунхуа составляет от 6,41 до 13,75 на км2 в год.
Рисунок 4: Отчет по молниевым разрядам в землю
Для оборудования разрядниками SAi10z была выбрана отпайка “Hang Luo Guo Chang Branch line” ВЛ 10 кВ под названием White Rabbit F11, подверженная значительному (ок. 30 в год) количеству грозовых отключений.
Общая протяженность ВЛ составляет 30,9 км, в том числе 17 отпаек (Рис. 6).
Рисунок 5: Управление Aotou Power Supply Bureau
Одним из основных критериев определения эффективности разрядников при проведении опытной эксплуатации было принято снижение количества грозовых отключений ВЛ.
При организации опытной эксплуатации было принято, что в связи с:
высокой грозовой активностью в регионе, и
большим количеством грозовых отключений данной ВЛ,
— даже при установке разрядников на относительно коротком участке ВЛ, запитанном через отдельный выключатель, в течение одного года проведения эксперимента будет получен достаточный для подтверждения эффективности разрядников объем данных.
Для реализации решения разрядниками была оборудована одна из отпаек линии длиной ок. 4-х км (выделена красным на Рисунке 6).
Рисунок 6: Линия White Rabbit 11, отпайка “Hang Luo Guo Chang Branch line”. Выделенный красным участок был выбран для установки мультикамерных разрядников SAi10z.
Краткий обзор
Характеристики отпайки “Hang Luo Guo Chang Branch line”:
67 опор, из которых:
7 опор, оборудованных PMT (трансформаторы, монтируемые на опорах)
16 опор для натяжения проводов
44 промежуточные опоры
7 трансформаторов 10/0,4 кВ
общая протяженность отпайки около 4 км
3-проводная система
среднее сопротивление заземления опоры более 30Ω
Схема всей линии с местами установки разрядников приведена в Приложении А.
Рисунок 7: Анкерная опора, линейный опорный изолятор и промежуточные опоры
Опоры
На линии установлены железобетонные опоры. На промежуточных опорах использованы фарфоровые линейные опорные изоляторы, на анкерных опорах – стеклянные тарельчатые изоляторы. Высота линейного опорного изолятора составляет 390 мм, выдерживаемое напряжение грозового импульса – 180 кВ. Применяется неизолированный провод сечением 95 мм2.
Топология линии
50% линии огибает небольшие холмы в рисовых полях, а 50% линии пересекает такие холмы.
Рисунок 8: Снимок местности google earth
Рисунок 9: Ветвь “Hang Luo Guo Chang Branch line”, пересекающая сады китайской сливы на холмах
С целью контроля процесса установки применялись следующие инструменты и методы:
Определение точного времени аварийного события.
На подстанции установлен регистратор событий, обеспечивающий регистрацию точного времени и числа отключений.
Определение причины отключения.
Сопоставление времени разряда, определенного системой мониторинга молниевых разрядов с одной стороны, и времени отключения с другой, позволяло однозначно отделить отключения, вызванные воздействием молнии, от отключений, вызванных другими причинами, по принципу совпадения или не совпадения момента события.
Локализация места аварийного короткого замыкания.
Отключения на защищенном участке питающей линии “Hang Luo Guo Chang Branch line” дифференцировались от отключений на других участках по 2 основаниям:
Определение места удара молнии в землю на основании данных Системы пеленгации разрядов,
Определение места повреждения ВЛ штатными средствами локализации, доступными энергокомпании.
Срабатывания разрядников SAi10z под воздействием грозовых импульсов регистрировались с помощью одноразовых индикаторов.
Для мониторинга состояния разрядников и регистраторов по месту их установки проводились периодические осмотры линии.
Рисунок 10: Одноразовый индикатор. Слева: начальное состояние. В середине: во время грозового импульса. Справа: сработавший при прохождении импульсного тока индикатор.
Для защиты линии был выбран мультикамерный разрядник производства ОАО «НПО «Стример» (SAi10z), предназначенный для установки на линии напряжением 10 кВ.
Рисунок 11: Разрядник SAi10z
Разрядник прошел комплексные испытания в Лаборатории по сертификации электротехнического оборудования общегосударственного института CEPRI с 14 по 18 апреля 2014 года и в ЛабораторииGuangzhou EPС.
Рисунок 12: Отчеты лабораторий Guangzhou EPC и CEPRI об испытаниях SAi10z
22 августа 2013 года на линию был установлен 61 разрядник.
Установку разрядников производили 7 бригад по 2 электромонтера. Работы заняли 6 часов, по 40 минут на опору.
Мультикамерные разрядники были установлены по стандартной схеме установки, рекомендованной компанией СТРИМЕР: на каждую опору, с чередованием фаз (см. Рис. 13).
Стандартные металлоксидные ограничители перенапряжений оставили только на входах трансформаторов 10/0,4 кВ, т.е. на опорах главной ветви №№ 1, 12, 23, 31, 43 и на опорах подветви №№ 1 и 8. На перечисленные опоры мультикамерные разрядники не устанавливались.
Рисунок 13: Установка на каждую опору с чередованием фаз.
С 22 августа 2013 года по 10 августа 2014 года было проведено несколько визуальных осмотров ВЛ и смонтированных на ней разрядников.
Дата осмотра |
Примечание |
24 сентября 2013 г. |
Сработал разрядник на опоре №6 отпайки (см. Рис. 14). После сверки с системой мониторинга молниевых разрядов было обнаружено, что после установки разрядников над ВЛ действительно прошла интенсивная гроза. |
5 декабря 2013 г. |
Плановый осмотр, без особенностей. |
9 апреля 2014 г. |
Сработал разрядник на опоре №25 главной ветви. |
20 июня 2014 г. |
Сработали следующие разрядники:
|
Рисунок 14: Разрядник на опоре №6 отпайки
Схема ВЛ с указанием мест установки разрядников в Приложении А.
В период с августа 2013 года по август 2014 года в зоне расположения ВЛ зарегистрировано прохождение нескольких грозовых фронтов, каждый из которых сопровождался рядом разрядов молнии в землю:
30 сентября 2013 года
30-31 марта 2014 года
11 мая 2014 года
17 мая 2014 года
23 мая 2014 года
Гроза 30-31 марта имела особенно серьезные последствия, поскольку на линии 500 кВ, проходящей через Цунхуа, произошло 6 аварийных отключений.
В период с августа 2013 года по август 2014 года в Guangzhou EPC был зафиксирован всего 1 случай отключения по причине грозового воздействия на участке линии, защищенной разрядниками SAi10z, происшедший 11 мая из-за отказа ОПН на опоре №23 на главной ветви.
В этот же период на не оборудованных разрядниками SAi010z участках линии произошло 12 аварийных отключений, вызванных грозовыми воздействиями.
Разрядники SAi10z успешно сработали, по крайней мере, 8 раз (было выявлено 8 сработавших индикаторов, замена не производилась). С учетом этого количества суммарное число отключений линии могло составить ~20, и это означает, судя по сработавшим индикаторам, что разрядники предотвратили ~40% отключений.
Повреждения разрядников SAi10z не выявлены.
Отчет PSB Aotou (территориальное подразделение Guangzhou EPC) приведен в Приложении C.
Необходимо отметить следующее:
Несмотря на то, что ОПН срабатывают при более низком уровне напряжения (около 20 кВ) по сравнению с разрядниками SAi10z (около 85 кВ), и ОПН был установлен на опору №0, сработал разрядник SAi10z на опоре №1.
Среди восьми случаев срабатывания разрядников в шести они сработали попарно – такие случаи можно назвать «стандартными», с «запланированным» токовым контуром, включающим в себя разрядники, установленные на разных фазах двух смежных опор, и сопротивления заземления этих опор.
Пример: Разрядник на опоре №1 сработал вместе с разрядником на опоре №2, разрядник на опоре №6 сработал вместе с разрядником на опоре №7 и т.д…
Рисунок 15: Стандартное попарное срабатывание разрядников по токовому контуру
Энергокомпания CSPG Guangzhou Electrical Power Company приняла решение в 4 квартале 2014 года увеличить общую протяженность линий, защищаемых с помощью SAi10z, до 30 км.
Кроме того, во 2-м квартале 2014 года разрядниками SAi010z оборудованы три ВЛ в провинции Хэбэй, и до конца года еще три ВЛ должны быть оснащены такими разрядниками в Шанхае, Фуцзяни и Тяньцзине.
Слева направо: ХЭ Ифен, ЛИ Цзюньхуа (Conhua PSB), Владимир Житенев (Стример), ВАН Юнцинь (AotouPSB), Пьер ХЭ (Стример), Мэтью Зинк (Стример)
городской район
низменность
Холмистый рельеф (относительная высота 50-100 м)
Сработали в период с 5 декабря 2013 года по 9 апреля 2014 года
Сработали в период с 5 декабря 2013 года по 9 апреля 2014 года (?)
Сработали в период с 22 августа -24 сентября 2013 года
Установленные разрядники SAi10z
Неисправный ОПН на опоре №23 (главная ветвь) SAi10z на опоре №2 (главная ветвь) SAi10z на опоре №6-1 (главная ветвь)
SAi10z на опоре №7 (главная ветвь) SAi10z на опоре №1 (подветвь) SAi10z на опоре №2 (подветвь)
SAi10z на опоре №25 (главная ветвь) SAi10z на опоре №24 (главная ветвь) SAi10z на опоре №6 (подветвь)
Название линии |
Линейные выключатели |
Время восстановления энергоснабжения |
Причина |
Оператор оборудования |
White Rabbit F11 |
Включен выключатель на опоре №3 главной питающей линии, электроснабжение нормальное |
30.03.2014 13:20 |
Молния |
Aotou PSB |
White Rabbit F11 |
Включен выключатель на опоре №00 линии HuangluoGuochang, электроснабжение нормальное |
30.03.2014 14:29 |
Молния |
Aotou PSB |
White Rabbit F11 |
Включен выключатель на опоре №3 главной питающей линии, электроснабжение нормальное |
31.03.2014 00:35 |
Молния |
Aotou PSB |
White Rabbit F11 |
Включен выключатель на опоре №00 ответвленияDingkeng, электроснабжение нормальное |
31.03.2014 01:00 |
Молния |
Aotou PSB |
White Rabbit F11 |
Включен выключатель на опоре №3 (дождь) главной питающей линии White Rabbit10 кВ, успешное восстановление электроснабжения |
11.05.2014 17:03 |
Молния |
Aotou PSB |
White Rabbit F11 |
Включен выключатель на опоре №48 (дождь) главной питающей линии White Rabbit10 кВ, успешное восстановление электроснабжения |
11.05.2014 17:45 |
Молния |
Aotou PSB |
White Rabbit F11 |
Включен выключатель на опоре №00 (дождь) ответвления Dingkeng линииWhite Rabbit 10 кВ, успешное восстановление электроснабжения |
11.05.2014 18:20 |
Молния |
Aotou PSB |
White Rabbit F11 |
Включен выключатель на опоре №00 (дождь) ветвиHuangluo Guochang линииWhite Rabbit 10 кВ, успешное восстановление электроснабжения.
(линия Huangluo Guochang, неисправность МОР, опора №23 и линия HuangluoGuochang, неисправность ОПН, опора №1) |
11.05.2014 18:45 |
Молния |
Aotou PSB |
White Rabbit F11 |
Включен выключатель на опоре №03 главной питающей линии White Rabbit 10 кВ, электроснабжение нормальное (дождь и молния) |
17.05.2014 14:08 |
Молния |
Aotou PSB |