Защита электрических станций от перенапряжений

Когда говорят о защите электрических станций от перенапряжений, многие сразу думают о молниеотводах — но это лишь верхушка айсберга. На деле, проблемы начинаются там, где их не ждут: в неправильном подборе УЗИП для конкретной сети или в иллюзии, что ?один раз установил — и забыл?. Я сам лет пять назад чуть не угробил подстанцию в Казахстане, переоценив стойкость варисторов после двух сезонов гроз. Тогда и понял: защита — это не про приборы, а про систему, которую надо выстраивать с учетом десятков переменных.

Основные угрозы и почему их недооценивают

Чаще всего перенапряжения приходят не с неба, а из сети — коммутационные процессы, аварии у соседей, даже включение мощных конденсаторных батарей. На одной ТЭЦ под Челябинском мы месяц не могли найти причину срабатывания защиты — оказалось, сварочный аппарат в ремонтной зоне давал импульсы по 2.5 кВ через землю. Мелочь? Да, но именно такие мелочи горят дороже всего.

Еще один миф — что достаточно установить ограничители перенапряжений на вводах. На деле, кабельные линии длиной больше 100 метров сами становятся антеннами для наведенных импульсов. Пришлось на объекте в Новосибирске дополнять защиту коаксиальными экранами — без этого даже ОПН не справлялись.

И да, молниезащита — это не только стержни на крыше. Зона защиты должна учитывать вероятность боковых ударов, а заземление — не просто ?менее 4 Ом?, а с учетом переходных процессов. Как-то раз видел, как импульс от молнии прошел через кабель управления и выжег полщита релейной защиты — классическая ошибка проектировщиков, которые экономят на гальванической развязке.

Оборудование: что работает, а что — нет

Современные УЗИП — это уже не просто разрядники. Варисторные модули, газонаполненные разрядники, комбинированные схемы… Но ключевое — координация уровней защиты. Например, на подстанции 110/10 кВ нельзя ставить УЗИП только на стороне 110 кВ — импульс пройдет через трансформатор и убьет оборудование на 10 кВ. Проверено на горьком опыте в 2018 году, когда после грозы сгорели три ячейки КРУ.

Кстати, про китайское оборудование. Многие его боятся, но зря — например, ООО Юэцин Сутун Электрооборудование из того же Юэцина (их сайт https://www.sutong.ru, кстати, неплохо структурирован по техдокументации) делает вполне надежные ограничители для сетей до 35 кВ. Работал с их продукцией на объекте в Крыму — УЗИП-10 с пропускной способностью 20 кА выдержали прямое попадание в ЛЭП. Важно только не гнаться за дешевыми аналогами, а требовать полные протоколы испытаний.

А вот с ?умными? системами мониторинга УЗИП стоит быть осторожнее. Да, они показывают износ варисторов, но их датчики сами уязвимы для перенапряжений. Пришлось на одной ГЭС переделывать схему подключения датчиков — наводимые помехи давали ложные срабатывания.

Заземление: о чем часто забывают

Хорошее заземление — это не просто контур. Это система, которая должна отводить импульсные токи без существенного роста потенциала. На практике видел объекты, где заземление было по норме, но при грозовом разряде возникала разность потенциалов между разными точками — и горячая электроника.

Особенно критично для цифровых систем защиты. Они чувствительны к разностным напряжениям даже в 10-20 В. Пришлось на одной подстанции внедрять систему уравнивания потенциалов с шинами по всему зданию — обычного контура оказалось недостаточно.

И да, измерение сопротивления заземления раз в год — это формальность. Надо смотреть на состояние соединений, коррозию, изменение влажности грунта. Как-то весной в Подмосковье контур ?внезапно? ухудшился с 0.8 до 3 Ом — оказалось, паводок вымыл часть грунта.

Проектирование защиты: типичные ошибки

Самая частая ошибка — экономия на расчетах. Берут типовую схему, не учитывая реальные параметры сети. Например, индуктивность шин может увеличивать фронт импульса — и УЗИП не успевает сработать. Пришлось на одном объекте добавлять дополнительные ступени защиты прямо на шинах 6 кВ.

Еще не учитывают резонансные явления. В сетях с кабельными линиями и реакторами могут возникать колебательные процессы — перенапряжения до 4-5 Uном. Видел такое на ветропарке в Калининградской области — пришлось ставить RC-цепи для демпфирования.

И конечно, координация с существующей релейной защитой. Бывает, УЗИП срабатывает, но из-за неправильных уставок РЗА отключается вся секция. При проектировании надо моделировать не только перенапряжения, но и поведение всей системы защиты.

Из практики: случаи, которые учат

2019 год, подстанция в Сибири. После модернизации защиты начались ложные срабатывания при пуске дизель-генератора. Оказалось — наводки на кабели контроля. Решение: экранирование и ферритовые кольца. Мелочь? Но без нее вся система защиты была бесполезной.

Другой случай — сельская подстанция, где регулярно выходили из строя трансформаторы напряжения. Причина — коммутационные перенапряжения при отключении воздушных линий. Ставили обычные ОПН, но они не справлялись с частыми воздействиями. Перешли на варисторные ограничители с повышенной пропускной способностью — проблема исчезла.

И последнее — человеческий фактор. Как-то пришлось разбираться с повреждением УЗИП на новой подстанции. Оказалось, монтажники перепутали фазу и землю при подключении… Теперь всегда требую фотоотчеты по монтажу.

Что в итоге?

Защита от перенапряжений — это не набор устройств, а процесс. Начинается с анализа рисков, продолжается грамотным проектированием и заканчивается регулярным мониторингом. И да — не стоит пренебрегать опытом коллег, даже если их решения кажутся избыточными. Как показывает практика, лучше перезащитить, чем потом тушить горящие щиты.

Кстати, если говорить о поставщиках — те же китайские производители вроде ООО Юэцин Сутун Электрооборудование (у них, кстати, неплохие лабораторные испытания) сейчас дают вполне конкурентные продукты. Главное — не цена, а соответствие конкретным условиям эксплуатации.

И помните: ни один УЗИП не спасет, если забыть про заземление, экранирование и координацию защит. Проверено десятками аварий и тремя спасенными подстанциями в этом году alone.