Оценка влияния различных способов и аппаратов защиты от импульсных перенапряжений в электрической сети напряжением 6-10 кВ нефтяных промыслов

Abstract

Актуальность. Одной из основных причин высокой аварийности и отключений в распределенных системах электроснабжения 6–10 кВ нефтяных промыслов являются перенапряжения вследствие грозовых воздействий. Подавляющее количество грозовых отключений в распределительных сетях 6–10 кВ, связанных с перенапряжениями, обусловлено недостаточным уровнем импульсной прочности линейной изоляции, которое приводит к перекрытию изоляторов и в дальнейшем к обесточиванию нефтепромысловых потребителей. Для обеспечения требуемой грозоупорности распределенной системы электроснабжения нефтяных промыслов различными способами устанавливается защитное оборудование: ограничители перенапряжений, разрядники различных видов. При этом защитная аппаратура изменяет электрические характеристики распределительной сети, что влияет на характеристики переходных процессов при грозовых воздействиях. Следовательно, необходимо провести оценку влияния наиболее часто применяемых защитных аппаратов на перенапряжения в распределенной системе электроснабжения нефтяных промыслов при грозовых воздействиях. Цель: оценить влияние защитного оборудования на уровни перенапряжений в электрических сетях 6(10) кВ нефтегазодобывающего предприятия при грозовых воздействиях. Методы. Проведена оценка влияния защитной аппаратуры на уровни перенапряжений путем анализа переходного процесса и частотных характеристик для участка системы электроснабжения на грозовое воздействие с использованием алгоритмов пакета Linear Analysis Tools в MATLAB Simulink. Результаты. Установлена зависимость уровня перенапряжений от вида защитных аппаратов. Получены частотные и временны?е характеристики входных перенапряжений потребителей, которые необходимо знать при выборе защитной аппаратуры. Определена зависимость резонансных частот от установленных искровых разрядников. Разработана в среде MATLAB Simulink схема имитационной модели типового участка распределенной системы электроснабжения нефтегазодобывающего предприятия Западной Сибири, включая модели ограничителя перенапряжений, разрядника и грозового импульса. Предложены мероприятия по защите нефтепромысловых потребителей от импульсных перенапряжений.

Relevance. One of the main causes of high accident rate and outages in distributed power supply systems of 6-10 kV oil fields are overvoltages due to lightning effects. The overwhelming number of lightning outages in distribution networks of 6-10 kV, associated with overvoltages, is caused by insufficient level of impulse durability of linear insulation, which leads to the insulator overlap and later to deenergizing of oilfield consumers. To ensure the required lightning resistance of the distributed power supply system for oil fields, various methods are used to install protection devices: non-linear surge arresters, arresters of various types. In this case, the protection devices change the electrical characteristics of the distribution network, which affects the characteristics of transitional processing lightning effects. Therefore, it is necessary to estimate the effect of the most frequently used protective devices on overvoltage in a distributed power supply system for oil fields during lightning effects. The main aim of the research is to estimate the impact of protection devices on overvoltage levels in electric networks of 6 (10) kV of an oil and gas extraction enterprise during lightning effects. Methods. The authors have estimated the influence of protection devices on overvoltage levels by analyzing the transitional process and frequency characteristics for a part of the power supply system on a lightning effect using the algorithms of the Linear Analysis Tools in MATLAB Simulink. Results. The authors determined the dependence of overvoltage level on the type of protective devices and obtained the frequency and time characteristics of the input overvoltage of the consumers, which should be known when choosing protection devices. The dependence of the resonance frequencies on the installed spark gaps is determined. The authors developed in the MATLAB Simulink the simulation model of a typical part of a distributed power supply system of an oil and gas extraction enterprise in Western Siberia, including a non-linear surge arrester, arrester and lightning impulse. The activities to protect oil fields consumers from impulse overvoltages were proposed.