Повышение надежности защиты от перенапряжений систем электроснабжения нефтяной промышленности в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов

Во второй главе для оценки работоспособности и надежности СЭС рассматриваются переходные процессы, как на подходе к ней воздушной линии, так и на самой подстанции, включая процессы в заземляющих устройствах, которые в условиях ВУСГ значительно усложняются. Приводится алгоритм исследования надежности схем грозозащиты подстанций, изложены методы расчета напряжений в узлах подстанций. Так, расчет напряжения в узле с емкостью в дискретные моменты времени с шагом Δt производится по методам эквивалентной волны и подкасательной, предложенным в графической форме М.В. Костенко. Формульная реализация, где каждое следующее значение определяется по и суммам преломленных волн и , приходящих в этот узел, имеет вид: где , , Zэ – эквивалентное сопротивление n ветвей, сходящихся в данном узле. Кроме того, дается подробный вывод расчетных выражений для напряжений при наличии в узлах сопротивлений, моделей защитных аппаратов (ЗА), включаемых на землю, а также последовательных элементов схемы с учетом взаимосвязи между проводами линий, сходящихся в узлы и др. Определение напряжения на ЗА (рис. 5) ОПН во всех режимах и вентильном разряднике в момент его срабатывания и после пробоя искрового промежутка (рис. 5 в) использует метод подкасательной, оно может быть найдено, исходя из правила эквивалентной волны, зависимости , путем исключения тока в выражении для эквивалентной волны. Тогда для каждого участка аппроксимации можно записать выражение для определения напряжения на разряднике в любой момент времени: , где ; . Рис. 5. Схемы замещения защитных аппаратов: ОПН в режиме ожидания и вентильного разрядника до пробоя искрового промежутка (а, б); в режиме ограничения перенапряжений без учета (в) и с учетом (г) емкости Вероятное годовое число случаев возникновения опасных грозовых перенапряжений будет суммой двух слагаемых: - при прорывах молнии и , - при обратных перекрытиях, (). Следовательно, показатель надежности грозозащиты подстанции М, характеризующий эффективность грозозащиты подстанции от волн, набегающих с линий, будет равен: . Величины и М могут быть определены в соответствии с методикой оценки надежности различных схем грозозащиты. Наряду с понятием "кривая опасных волн" используется более общее понятие "объем опасных волн" - трехмерная область в координатах: амплитуда - крутизна фронта - точка удара молнии, внутри которой расположены все возможные опасные сочетания этих параметров. Интегрирование внутри этой области соответствующих плотностей вероятности дает вероятное число появления опасных воздействий на исследуемое оборудование, значительно менее отличающееся от данных опыта эксплуатации по сравнению с ранее разработанными методиками. Общая вероятность превышения допустимого уровня перенапряжений на подстанции при прорыве молнии в зоне защищенного подхода по данной методике определяется выражением: , где , - плотности закона распределения амплитуды волны и длин фронта; - функция зависимости критической длины пробега от параметров волны и . Интегрирование ведется по площади S всех возможных сечений и выше кривой опасных волн. При определении необходимо учитывать срез волны из-за перекрытий на гирляндах линии. В третьей главе приведена разработка предлагаемой методики исследования надежности схем грозозащиты с учетом заземляющего контура и выносного контура заземления в районах с высоким ρгр , необходимость которой вызвана тем, что традиционная методика не учитывает волнового процесса в элементах заземления. На основе изучения современного состояния вопроса по исследованию надёжности схем грозозащиты подстанций проведен анализ заземляющих устройств СЭС в целом, выявлены основные факторы, влияющие на величину импульсного сопротивления системы заземления оборудования, его роль в составе средств и мероприятий грозозащиты, приведены математические модели. Методики исследования схем грозозащиты подстанции от волн, набегающих с воздушных линий, используют традиционную электрическую эквивалентную схему замещения, в которой входные емкости оборудования и защитные аппараты соединены с заземляющими устройствами, сопротивление растеканию которых значительно меньше сопротивлений других элементов схем замещения и обычно принимается равным нулю. То есть при всей полноте учета факторов, влияющих на переходной процесс, в большинстве своём, они не учитывают волновой процесс в сложном заземляющем устройстве подстанций в условиях грунтов с высоким удельным сопротивлением. Проблема учета заземляющего устройства подстанций в условиях грунтов с высоким ρгр в значительной мере определяется тем, что выполнить требование ПУЭ к сопротивлению растекания заземляющего контура подстанции при наличии ВУСГ оказывается практически невозможным даже при значительном перерасходе металла. Поэтому, в условиях грунтов с высоким удельным сопротивлением, заземляющее устройство подстанции состоит из основного заземлителя (обычно выравнивающей сетки), сооружаемого на территории самой подстанции, выносного заземлителя и одного - трех шлейфов (проводников, соединяющих основной и выносной заземлители). Незначительное влияние многослойности структуры грунта, значительные погрешности в определении величины удельного сопротивления грунта , малая вероятность появления токов, при которых может возникнуть процесс искрообразования, позволяют принять в дальнейшем грунт однородным и не зависящим от величины и формы тока. Выносной заземлитель, как правило, сооружают на дне рек, озер, заливов морей, где удельное сопротивление грунта значительно ниже, чем в местах расположения площадки подстанции. В зависимости от взаимного расположения основного и выносного заземлителей, длина шлейфов может составлять десятки - тысячи метров. Наличие выносного заземлителя позволяет снизить величины сопротивления растеканию заземляющего устройства до величин, удовлетворяющих требованиям ПУЭ. В силу того, что с проводников сетки, соединяющих корпуса и опорные конструкции аппаратов, подлежащие заземлению, при больших ρгр стекание тока незначительно, выравнивающую сетку уже нельзя считать плоскостью нулевого уровня. В элементах сетки, шлейфе следует ожидать, при проникновении в них грозовой волны, развитие переходного процесса, носящего волновой характер. Волновой характер процесса проявляется в том, что по элементам сетки и по шлейфу могут распространяться волны с конечной скоростью, определяемой параметрами грунта с электрической εгр и магнитной μгр постоянными. Последнее приводит к тому, что в определенные моменты времени, до наступления установившегося режима, потенциалы отдельных точек сетки заземляющего устройства будут разными, а, следовательно, будет иметь место перепад напряжения ΔUза-об - разность между точками присоединения к заземлителю корпусов оборудования и защитного аппарата, например, вентильного разрядника. В работе показано, что напряжение на оборудовании, защищенном ЗА. будет зависеть от его характеристик и от перепада ΔUза-об. При значительных ρгр следует ожидать повышения перепада напряжения ΔUза-об, повышения напряжения на изоляции оборудования подстанции, и, следовательно, снижения надежности схем грозозащиты, выполненных без учета развивающегося волнового процесса в заземляющем устройстве (ЗУ) подстанции. С учетом бурного развития нефтедобычи в районах с ВУСГ в ближайшие годы следует ожидать увеличения количества таких подстанций. Проанализированы существующие модели и методы решения переходного процесса в заземлителях, изложены результаты разработки схем замещения заземлителей, а также выведены условия применимости метода бегущих волн для расчета переходного процесса в заземлителе, проведена сравнительная оценка расчета напряжений в отдельных точках заземлителя по предложенному методу и по уравнениям длинных линий. Установлено, что сосредоточенные заземлители, величина сопротивления растеканию которых составляет менее 0,5 Ом, могут быть замещены постоянными сосредоточенными сопротивлениями или двухполюсниками, содержащими R, L, С, величина последних может быть найдена с помощью метода синтеза цепей по временным характеристикам заземлителей. Протяженные заземлители можно замещать схемой, содержащей один участок с распределенными параметрами с волновым сопротивлением , сопротивлениями . При этом, длина заземлителя, при которой погрешность воспроизведения режима не превышает наперед заданную для установившегося режима - , а для волнового процесса , в зависимости от удельного сопротивления грунта может быть определена из выведенной в главе системы: , . В случае, когда можно пренебречь волновым процессом в заземлителе, протяженный заземлитель можно замещать схемой, синтезированной по его временным характеристикам. Сравнительная оценка расчетов напряжений вдоль заземлителя и напряжения в конце заземлителя по формулам длинных линий и по методу бегущих волн показала, что начиная с 1000 Ом∙м, с погрешностью не более 10%, можно применить схему с разбиением заземлителя на один участок с распределенными параметрами и включенными в узловые точки сопротивлений в широком диапазоне длин заземлителей, а также целесообразность применения метода бегущих волн, ввиду простоты реализации на ПЭВМ и хорошего согласования с методом расчета напряжений в узлах подстанции. В четвертой главе, на основании разработанных ранее схем замещения заземлителей, с помощью метода бегущих волн проведен анализ простейших схем грозозащиты подстанций в условиях ВУСГ и проведена экспериментальная проверка основных положений, которая дала удовлетворительное совпадение с расчетом. Все это позволило исследовать наиболее важные факторы, влияющие на процесс развития перенапряжений в схеме с учетом заземляющего контура. Приведены результаты исследования путей повышения надежности грозозащиты подстанций и отдельных электроустановок в районах с высоким удельным сопротивлением грунта. На основании исследований, проведенных ранее, была принята окончательная упрощенная схема замещения подстанции, проведены многовариантные расчеты показателей надежности грозозащиты подстанции и анализ этих расчетов. Учет ЗУ в простейших схемах грозоза­щиты подстанций приводит, при прочих одинаковых условиях, как и в традиционной схеме, к повышению напряжения на оборудовании под­станции до 50 % в зависимости от количества проводов шлейфа. В предельных случаях, когда проводник, соединяющий разрядник и емкость оборудования, и провода шлейфа находятся в воздухе, по­казатель надежности грозозащиты подстанции снижается в 1,65 раза. Не установлено влияние частотно-зависимых параметров эле­ментов заземляющего устройства, поэтому в дальнейшем расчеты мож­но вести либо по пара-метрам схемы, рассчитанным на эквивалентной частоте, равной , с учетом глубины уровня нулевого потенциала либо по параметрам, определен­ным по формулам электростатики (, ). В последнем случае показатель надежности грозозащиты оказывается предельным и заниженным на 10-15 % по сравнению с первым случаем, а, следо­ватель-но, схема грозозащиты - выбранной с некоторым запасом. Отмечается значительная зависимость относительного показателя надежности грозозащиты от удельного сопротивления грунта. Так, показатели грозоупорности простейших схем, рассчитанных при значении удельных сопротивлений грунта =500 Ом·м и =10 000 Ом·м, отличаются вдвое. Скорость распространения волн в заземляющих магистралях и шлейфе начинает оказывать заметное влияние на процесс развития перенапряжений в схемах грозозащиты при значениях менее 100 м/мкс. Длина шлейфа практически не влияет на надежность схем грозозащиты подстанции. Отмечено некоторое увеличение показателя надежности грозозащиты (на 2-3 %) при длинах шлейфа менее 10 м и снижение его (до 6 %) при длинах шлейфа от 20 м до 40 м, когда время срабатывания разрядника соизмеримо с временем двойного пробега волны по заземляющим магистралям и шлейфу. При больших временах пробега, длина шлейфа уже не оказывает влияния на волновой процесс. Поэтому, при незначительных мощностях (10-15 метров) верх­него слоя грунта оказывается целесообразным применение глубинных заземлителей в качестве выносного, а при значительных мощностях верхнего слоя - устройство шлейфа большой длины, если это не противоречит стоимостным показателям и параметрам заземлителя при частоте стекающего тока 50 Гц. С учетом изменения величин показателя надежности грозозащиты от длины шлейфа, приведенных выше и составляющих один порядок с погрешностью вводимых некоторых ве­личин, можно принять, что длина шлейфа не оказывает влияния на волновой процесс в схемах грозозащиты с учетом ЗУ ПС. Учет взаимовлияния между ошиновкой подстанции и проводниками заземляющей сетки, расположенной в грунте, не приводит к заметному изменению показателя надежности грозозащиты. Так, например, неучет взаимного влияния между магистралями заземления подстанции приводит к снижению показателя надежности грозозащиты всего лишь на 10 %. В дальнейшем в работе будет учитываться только взаимное влияние между проводами, расположенными либо в воздухе, либо в грунте. Следует отметить, что проблема взаимовлияния между проводами системы требует дальнейшего самостоятельного теоретического и экспериментального исследования. Выявлено заметное влияние места установки и типа защитного аппарата. Установка защитного аппарата до защищаемого оборудования и применение ЗА с улучшенными характеристиками (РВМГ, ОПН) приводят к увеличению (до 30 - 40 %) показателей надежности грозозащиты подстанции. Результаты исследования сопротивления заземлителей в двухслойном грунте показывают, что максимальные погрешности в расчетах сопротивления простого и более сложных ЗУ электроустановок возникают при существенных изменениях удельного сопротивления первого r1 и второго r2 слоев земли. Значительные погрешности возникают, если длина заземлителя lВ становится меньше или равной толщине первого слоя двухслойной электрической структуры земли h, т.е. . Остальные рассмотренные величины расчетных выражений не оказывают существенного влияния на точность расчетов сопротивления заземлителя. Проведенный анализ позволил разработать рекомендации по повышению надежности схем грозозащиты подстанций в районах с ВУСГ на базе современных грозозащитных средств.

Похожие:

	Рефераты публикуемых статей Анализ эксплуатационной надежности распределительных устройств 110 – 750 кВ, защищенных ограничителями перенапряжений. Кренгауз Э....		Программа учебной дисциплины «эксплуатация систем электроснабжения» Целью изучения дисциплины «Эксплуатация систем электроснабжения» является формирование у студентов профессиональных навыков по использованию...
	Программа учебной дисциплины «проектирования систем электроснабжения» Целью дисциплины является приобретение студентами знаний в области проектирования и расчета систем электроснабжения и установок горного...		Рабочая программа учебной дисциплинЫ «монтаж и эксплуатация оборудования... Целью освоения дисциплины «Монтаж и эксплуатация оборудования систем электроснабжения» является получение студентами базовых знаний...
	Задание по курсу «Проектирование электроустановок в энергетике» на... В данной работе рассмотрено проектирование релейной защиты и автоматики, а также защиты воздушных линии электропередачи, подстанций...		Курсовая работа по курсу «Теория случайных потоков» на тему «Анализ... «Анализ надёжности электроснабжения подстанции «Новая» методом случайных потоков»
	Нефтяное хозяйство Журнал «Нефть России» — ведущее издание по нефтяной тематике на отечественном информационном рынке. Он адресован тем, кто интересуется...		Рефераты публикуемых статей Анализ систем защиты от перенапряжений в каскадно-мостовых преобразователях ппт. Дайновский Р. А. – Исследования и разработки мощных...
	Московский энергетический институт (технический университет) ...		Программа и методические рекомендации по организации производственных... «Экономика и управление на предприятиях нефтяной и газовой промышленности» и 080507 «Менеджмент организации»
	Практическая работа №5 «Сравнительная характеристика нефтяных баз России» Цель: создать условия для развития познавательного интереса к особенностям нефтяной промышленности на территории России через решение...		Рабочая программа учебной дисциплины диагностика и надежность автоматизированных систем В настоящее время растет сложность систем автоматизации и управления технологическими процессами. К надежности этих систем предъявляются...
	Библиография по технической мелиорации грунтов. Часть VIII. Очистка... В восьмой, завершающей, части обзора включена библиография по методам технической мелиорации грунтов, применяемым для очистки грунтов...		Работа выполнена в мэи(ТУ) студент кафедры эпп марков Ю. В. Список исполнителей Разработка динамических компенсаторов искажения напряжения с целью повышения надежности электроснабжения”
	Работа выполнена в мэи(ТУ) студент кафедры эпп марков Ю. В. Список исполнителей Разработка динамических компенсаторов искажения напряжения с целью повышения надежности электроснабжения”		Рабочая программа учебной дисциплины «Механика грунтов» Целью изучения дисциплины «Механика грунтов» является получение студентами комплекса представлений и знаний о физико-механических...