В России и странах СНГ для защиты ВЛ 6‑500 кВ от грозовых перекрытий все большее применение находят линейные защитные аппараты (ЛЗА).

В качестве ЛЗА применяются подвесные ОПН и реже ЛР (ОПН с искровыми промежутками). Опыт эксплуатации ЛЗА во многих странах мира (Японии, США и других) на линиях класса напряжения от 6 до 500 кВ оценивается как положительный. Защитные аппараты подтвердили свою надежность и эффективность в качестве радикального средства защиты ВЛ от грозовых перекрытий и аварийных отключений. Одним из первых случаев применения ЛЗА в России можно считать грозозащиту двухцепной ВЛ 400 кВ «Линке-1,2» (МЭС Северо-Запада). За период с 2004 года линия не имела ни одного аварийного отключения. Это можно считать успехом.

Использование ЛЗА на ВЛ необходимо, если обычные мероприятия не обеспечивают приемлемой надежности молниезащиты ВЛ или это связано с неразрешимыми техническими задачами. К таким случаям относятся ВЛ или участки в районах с большим значением удельного сопротивления грунтов (103 Ом); высотные опоры переходов через реки, озера и другие водоемы и ВЛ в районах с интенсивным гололедообразованием (стенка гололеда – более 25 мм). В большинстве случаев это приводит к двум расчетным случаям: первый – эксплуатация ВЛ без грозозащитного троса, с малым сопротивлением контура заземления опор, и второй – эксплуатация ВЛ с грозозащитным тросом при больших импульсных сопротивлениях заземления опор.

ОАО «Позитрон» производит в качестве ЛЗА подвесные ОПН без искровых промежутков на класс напряжения 6‑750 кВ. Мы провели большую работу в сфере повышения молниезащиты ВЛ и поставки защитных аппаратов (ОПН) для линий 110‑500 кВ (это и объекты ОАО «ФСК ЕЭС», и энергетические системы Киргизии и Казахстана). В общей сложности только в 2008‑2011 годах для защиты ВЛ 110‑500 кВ было поставлено более 900 фаз ОПН подвесного исполнения, из которых 491 ОПН на класс напряжения 500 кВ, 345 фаз ОПН – 330 кВ.

Разработанные конструкции подвесных ОПН прошли испытания, целью которых являлось подтверждение основных расчетных электрических характеристик в режимах воздействия на защитный аппарат напряжения промышленной частоты и импульсного воздействия, а также тепловых режимов.

Необходимо отметить, что использование подвесных ОПН позволяет повысить молниезащиту ВЛ в несколько раз. При этом необходимое количество ОПН зависит от требуемого показателя молниезащиты ВЛ, например допустимого количества отключений за пять или десять лет. Практические расчеты показывают: чтобы добиться высокого уровня молниезащиты ВЛ, необходима установка ОПН практически на каждой опоре.

Это связано с так называемой «зоной защиты» линейного ОПН – участка линии по обе стороны от опоры с установленным ограничителем, на котором снижается число грозовых отключений. Ширина такой защитной зоны как для линий без троса, так и с тросовой защитой не превышает 200 метров участка линии. На рисунке показаны зоны защиты ОПН при сопротивлении контура заземления опоры 100 Ом и разных длинах пролета.

Как пример положительного опыта применения подвесных ОПН показателен опыт эксплуатации ВЛ 500 кВ Житикара – Ульке с линейными ОПН. Линия 500 кВ Житикара – Ульке имеет длину 485,6 километра и проходит по северным областям Казахстана. Линия уникальна для своего класса напряжения: ее конструктивная особенность, оказывающая существенное влияние на надежность работы, – наличие безтросового участка протяженностью 378 километров, что составляет 78 процентов от всей длины ВЛ. Отказ от грозотроса осуществлен в климатических зонах 4 и более, где скорость ветра превышает 40 м/с, а толщина стенки гололеда составляет более 25 мм.

Эксплуатация ВЛ без троса приводит к большому числу ударов молнии в фазные провода и, как следствие, большому числу отключений ВЛ. Для защиты линейной изоляции ВЛ на линии нами было установлено 450 фаз ОПН-500 кВ. За период эксплуатации 2009‑2011 годов произошло пятьдесят три отключения, связанных с ударами молнии в ВЛ, что составляет 17,7 отключения в год, или 3,64 отключения на 100 километров в год. Все грозовые отключения произошли на участках, не защищенных ОПН, и имели место с успешными АПВ. Проведенные испытания установленных ОПН показали, что токи проводимости и токи третьей гармоники не отличаются от паспортных значений более чем на 3 процента, а тепловизионное обследование ОПН-500 кВ не выявило локальных точек перегрева.

Также важно отметить, что для регистрации срабатываний ОПН (протекания импульсного тока) нами была разработана дистанционная система регистрации срабатывания ОПН – РСР-200-1, предназначенная для определения факта протекания импульсного тока через ОПН. Система состоит из модуля регистрации и базового модуля, соединенного с персональным компьютером эксплуатирующего персонала. Регистрирующий модуль без затруднений крепится между ребрами ОПН с помощью специальных винтов. Система позволяет регистрировать импульсные токи, протекающие через ОПН в диапазоне амплитуд от 150 А до 100 кА, фиксируя время и дату прохождения импульса через ОПН. Система накапливает информацию о количестве импульсов тока, записывает, сохраняет и дистанционно передает информацию о срабатываниях ОПН на персональный компьютер.

Наши разработки, опыт в расчетах применения, опыт поставки и обслуживания подвесных ОПН 110‑500 кВ будут полезны и найдут применение в рамках целевой программы ОАО «ФСК ЕЭС» по повышению грозоупорности линий 2010‑2015 гг. Программа предусматривает широкомасштабные меры по повышению грозоупорности линий МЭС Северо-Запада, Юга, Западной Сибири и Центра. Предполагается, что в рамках программы будет поставлено более 18 тысяч фаз ОПН 110‑500 кВ, а это серьезная подготовительная работа, ведь поставка каждой фазы должна быть обоснована исходя из условий линии, особенностей трассы, геологии местности и многих других факторов.

Сегодня мы уже участвуем в этой программе, выполнив проект по титулу «ВЛ 330 кВ Л-393 (повышение грозоупорности)» для нужд филиала ОАО «ФСК ЕЭС» МЭС Северо-Запада, и, конечно, ведем подготовку к дальнейшей реализации всей программы. Так, например, нами модернизированы производственные мощности, закуплено новое оборудование, применяются прошедшие испытания новые материалы и комплектующие.