Для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) электрооборудования и электронных устройств на подстанциях требуется выполнение трех следующих обязательных условий:
- испытание оборудования на помехоустойчивость по классам жесткости испытаний [2] в зависимости от ЭМО.
- уровни электромагнитных полей и помех не должны превышать регламентированных ГОСТами значений [3].
- разности потенциалов на изоляции вторичных цепей не должны превышать предельно- допустимые нормы [4].
Анализ компоновки подстанции и ее влияние на ЭМО содержит следующие основные параметры:
- значительные токи КЗ, от которых возникает разность потенциалов на заземляющем устройстве подстанции (ЗУ ПС) [4];
- размещение токоограничивающих реакторов определяет возникновение значительных магнитных полей промышленной частоты;
- возникновение разности потенциалов от импульсных магнитных полей при работе системы молниезащиты ПС[6].
В данной работе проведена комплексная оценка ЭМС подстанции высокого напряжения на примере ПС-220/110/10 кВ «Приморская», расположенной в г. Санкт-Петербурге. При оценке ЭМО учитывались следующие параметры (табл.1).
Таблица 1
Оценка ЭМО ПС-220/110/10 кВ ПС «Приморская»
|
Оценка параметров |
Выполняемые расчеты |
Результаты |
|
Оценка сопротивления растеканию ЗУ ПС |
Расчет распределения потенциалов в случае КЗ и разрядов молнии |
Программа «Контур» |
|
Оценка разностей потенциалов, возникающих при замыканиях в высоковольтных сетях |
Определялась разность потенциалов между различными точками ЗУ ПС при КЗ в сети 220кВ |
максимальная разность потенциалов при КЗ в сети 220 кВ между точкой КЗ и помещениями с МП аппаратурой составит 873 В |
|
Оценка величины шагового напряжения, возникающего при КЗ в сети 220 кВ |
Напряжение прикосновения на ОРУ 220 кВ может составить 197 В в летнее время и 806 В в зимнее время |
максимальное шаговое напряжение может достигнуть 690 В |
|
Оценка нагрева экранов вторичных цепей при КЗ в сети 220 кВ |
Максимальное время отключения КЗ резервной (УРОВ) защитой составляет 0,96 с. |
Согласно [2] нагрев экранов кабелей за время КЗ не должен превысить 150 0С.
|
|
Оценка магнитных полей, влияющих на оборудование РЗА и МП аппаратуру |
Был произведен расчет напряженностей магнитного поля при КЗ и ударе молнии (закон Био-Савара) [9] |
Отмечено снижение в ~ 4-7 раз напряженности магнитного поля цепей, имеющих гальваническую связь с ЗУ ПС |
|
Оценка разностей потенциалов, возникающих в изоляции вторичных цепей и входах МП аппаратуры при ударе молнии[6] |
Молниезащита включает 4 молниеотвода по периметру подстанции, рассчитывался разряд молнии в каждый молниеотвод ПС последовательно. |
Результатом расчетов является максимум разности потенциалов, возникшей в изоляции вторичных цепей (10,38 кВ). |
|
Оценка магнитных полей при КЗ в сетях 220 кВ и 10 кВ |
При КЗ в сети 220 кВ максимальное значение магнитного поля в местах размещения МП аппаратуры (за исключением ЗРУ-10 кВ) составит 215 А/м. В помещении ЗРУ-10 кВ при КЗ в сети 220 кВ максимальное значение магнитного поля составит 366 А/м |
Согласно расчетам для ограничения токов КЗ в сети 10 кВ будут установлены сухие токоограничивающие реакторы с /ном = 3200 А и Хр = 0,1 Ом.
|
|
Оценка импульсных магнитных полей при ударе молнии [9] |
Был произведен расчет напряженности магнитного поля при ударе молнии в крышу здания ПС. Максимальное значение составит 300 А/м на расстоянии 3 м от токоотводов |
Экранирование аппаратуры |
|
Оценка высокочастотных помех при коммутационных операциях оборудования ПС |
На настоящем этапе работ точный расчет величины ВЧ коммутационных помех при коммутационных операциях выполнить затруднительно |
|
|
Оценка влияния компоновки на ЭМО ПС |
Размещение токоограничивающих реакторов |
Отключение однофазных замыканий на землю в сети 10 кВ |
Таблица 2
Рекомендации по ЭМС оборудования ПС-220/110/10 кВ ПС «Приморская»
|
Рекомендации по изменению трасс прокладки вторичных цепей |
Вторичные цепи должны быть выполнены экранированным кабелем с двусторонним заземлением экрана |
|
Рекомендации по ограничению импульсных перенапряжений |
Кабели ВЧ-связи и ВЧ-защиты, подходящие к МП аппаратуре от фильтров присоединения на ОРУ, необходимо снабдить УЗИП. |
|
Рекомендации по организации питания переменным током |
Систему электроснабжения МП аппаратуры переменным током рекомендуется выполнить по схеме TN-S. |
|
Требования по организации питания МП аппаратуры постоянным током |
Схема питания микропроцессорной аппаратуры постоянным током должна иметь структуру звезды
|
|
Требования по организации заземления в помещениях с микропроцессорной аппаратурой |
В помещениях с микропроцессорной аппаратурой выполняется система уравнивания потенциалов по схеме «сетка» или «звезда» |
|
Требования по экранированию микропроцессорной аппаратуры от магнитных полей |
Для экранирования помех аппаратура должна быть размещена в стальных шкафах, с толщиной стенок не менее 1,0 мм. |
|
Рекомендации по защите МП аппаратуры от полей радиочастотного диапазона |
Вторичные цепи устанавливаемой МП аппаратуры, проходящие внутри зданий с МП аппаратурой выполнить экранированными кабелями |
|
Рекомендации по защите оборудования от электростатических разрядов |
В помещениях с МП аппаратурой применить антистатические полы и установить систему кондиционирования с контролем влажности. |
|
Требования ЭМС к аппаратуре, размещаемой на объекте |
Экраны кабелей необходимо соединить с корпусом МП аппаратуры. |
Вторичные цепи подстанции должны обладать помехоустойчивостью в условиях жесткой ЭМО. Для расчета тока КЗ или разряда молнии использовались данные из [3]. Результаты измерений помех во вторичных цепях пересчитывают с учетом амплитуды импульса тока КЗ в заземлителе (IВЧ) при различных точках приложения КЗ.
При расчете частотных характеристик напряжение помехи при КЗ предлагается рассчитывать по формуле (1)
U пом кз = I вч Z имп обор / К перед Кдел В-Н Кг (1)
где I вч - максимальный ток КЗ, при высокочастотных помехах,
Z имп обор - импульсное сопротивление оборудования растеканию тока
К перед - коэффициент передачи [4], Kдел В-Н - коэффициент деления, определяется гармоническими составляющими тока намагничивания силового трансформатора
Kдел В-Н = Uзаз.обор/Uпом,имит = IимитZимп.обор/Uпом,имит, (2)
Кг – коэффициент гармоник намагничивающего тока показывает эффективные значения намагничивающего тока при различных коэффициентах загрузки силового трансформатора.
Кг = 
Iо (1) 2 (3)
Iо (1) – эффективное значение основной (первой) гармоники намагничивающего тока; Iо эфф - эффективное значение намагничивающего тока; Uпом,имит – напряжение помехи во вторичных цепях.
Выводы
1. Уровни импульсных перенапряжений, приложенных к входам микропроцессорной аппаратуры, и к изоляции вторичных цепей, проходящих по территории ПС-220/110/10 кВ «Приморская» (при прокладке цепей экранированным кабелем с двусторонним заземлением экрана), не будут представлять опасности для входов микропроцессорной аппаратуры, испытанной по 4-му классу жесткости на устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии, и для изоляции вторичных цепей, удовлетворяющей требованиям ГОСТов.
2. Полученная в ходе исследования зависимость (1–3) может быть использована для моделирования распределения потенциалов в случае КЗ и удара молнии в оборудование ПС.
3. В ходе исследования была проведена комплексная оценка ЭМС и сформированы рекомендации по обеспечению электромагнитной совместимости оборудования для ПС-220/110/10 кВ «Приморская».
Рецензенты:
Минаков В.Ф., д.т.н., профессор, почетный работник высшего профессионального образования РФ, профессор кафедры информатики ФГБОУ ВО СПбГЭУ, г. Санкт-Петербург;
Беляев В.Л., д.т.н., профессор, профессор кафедры Электротехники, электроэнергетики, электромеханики Национального минерально-сырьевого университета «Горный», г. Санкт-Петербург.
Библиографическая ссылка
Стрижова Т.А. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ПС-220/110/10 КВ «ПРИМОРСКАЯ» // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-1. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=17972 (дата обращения: 04.11.2025).