CC BY
161
УДК 621.316.13 ББК 65.9 (2) 304.14
М.И. ТОШХОДЖАЕВА
АНАЛИЗ ПОВРЕЖДЕНИЙ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ 35-220 КВ НА ПРИМЕРЕ СОГДИЙСКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
Ключевые слова: надежность, линии электропередач, электроснабжение, мероприятия.
В работе произведена оценка надежности линий различного класса напряжений, приведена характеристика воздушных линий электропередач (ВЛЭП) и динамика количества отключений по годам за 2009-2013 гг., представлено распределение параметра потока отказов. Выявлены причины отказов воздушных линий электропередач. Приведены рекомендации по повышению надежности линий.
Основной задачей электроэнергетики является снабжение потребителей электроэнергией высокого качества в необходимом количестве. Даже при самом качественном проектировании, строительстве и эксплуатации ВЛЭП возникает ряд случайных процессов, которые становятся причиной прекращения подачи электроэнергии потребителям либо снижения качества поставляемой электроэнергии. Под непредвиденными случайными процессами понимают не только технологические нарушения, но и нарушения, связанные с такими природными факторами, как сильный ветер, дождь, резкое колебание температуры окружающей среды и т.д.
Развитие электроэнергетики требует непрерывного анализа и разработки новых, более современных, методов оптимизации с тем, чтобы удовлетворить растущие потребности страны в электроэнергии с наименьшими эксплуатационными затратами.
Оценка и выбор средств оптимального обеспечения надежности электроэнергетической системы являются важными проблемами на современном уровне развития электроэнергетики, решению которых посвящены работы зарубежных [3] и отечественных учёных [2]. Однако вопросы оценки и выбора средств оптимального обеспечения надёжности ВЛЭП 35-220 кВ в специфических климатических условиях Республики Таджикистан, в частности Согдийской области, не нашли своего решения.
Надёжность электроэнергетической системы определяется надёжностью её отдельных элементов, таких как генерирующие агрегаты, линии электропередач, коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики и т.д. Надёжность любой системы характеризуют безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью её элементов.
Для оценки и управления уровнем надёжности в зарубежных странах применяют такие методы, как публичный контроль, государственные стандарты, стимулирующие схемы, контракты по надёжности и т.д. Основными показателями надежности линий электропередач в США и Европейских странах являются [1, 4]:
- SAIDI (System Average Interruption Duration Index) - индекс средней длительности отключений по системе;
- SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) - индекс средней частоты отключений по системе;
- CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index) - индекс средней продолжительности отключений одного потребителя;
- MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency Index) - индекс средней частоты кратковременных отключений;
- ENS (Electricity not supplied) - недоотпуск электроэнергии.
В отличие от зарубежных стран в государствах СНГ основными показателями надёжности являются SAIDI (System Average Interruption Duration Index) - индекс средней длительности отключений по системе, SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) - индекс средней частоты отключений по системе и ENS (Electricity not supplied) - недоотпуск электроэнергии.
Как показывают исследования [1, 2], самыми ненадёжными элементами электроэнергетической системы являются воздушные линии электропередачи, так как на ВЛЭП кроме эксплуатационных факторов существенное влияние оказывают природные факторы.
Исходя из вышеприведённого автором произведён анализ повреждаемости ВЛЭП 35-220 кВ. По данным службы надёжности и техники безопасности (СН и ТБ) СогдЭС основные характеристики ВЛЭП приведены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики воздушных линий электропередач напряжением 35-220 кВ Согдийской электрической сети
По данным 01.01.2014 По данным 01.01.2015
Наименование ВЛЭП протяженность двух цепных протяженность двух цепных ВЛЭП, км протяженность двух цепных протяженность двух цепных ВЛЭП, км
реверсивных ВЛЭП, км реверсивных ВЛЭП, км
ВЛЭП-220 кВ 438,13 349,1 438,13 349,1
Металлические опоры 280,45 210,32 280,45 210,32
Железобетонные опоры 157,6 138,73 157,6 138,73
ВЛЭП-110 кВ 839,21 557,99 848,66 575,58
Металлические опоры 410,45 253,39 421,09 259,27
Железобетонные опоры 428,76 304,6 427,57 315,81
ВЛЭП-35 кВ 605,29 524,14 652,195 568,29
Металлические опоры 320,91 287,51 305,26 305,26
Железобетонные опоры 320,91 287,51 260,122 212,4
Деревянные опоры 32,9 32,9 50,43 50,43
Итого 1882,62 1431,23 1938,985 1492,773
Как видно из табл. 1, в распределительных сетях 35-220 кВ в основном преобладают металлические конструкции опор. Это связано с тем, что в специфических условиях эксплуатации ВЛЭП Согдийской области и при наличии агрессивных сред (солевые бури) железобетонные опоры быстро теряют свои физико-механические свойства. Увеличение протяжённости ВЛЭП 35110 кВ обусловлено тем, что в 2014 г. сданы в эксплуатацию новые ВЛЭП.
Для определения показателей надёжности ВЛЭП и исследования законов распределения отказов производился сбор статистических данных об аварийных отключениях линий напряжением 35-220 кВ за период 2009-2013 гг. На рис. 1 приведена среднегодовая динамика аварийных отключений линий напряжением 35-220 кВ по годам.
Как видно из рис. 1, для линий напряжением 35-220 кВ характерно наличие нескольких максимумов и параметр потока отказов линий электропере-
60
Я
% 50
i о 40
о
SS 30
20
о и 10
0
2009
2010
2012
2013
дач напряжением 35 кВ значительно выше. Это обусловлено тем, что элементы ВЛЭП-35 кВ эксплуатируются более 20-45 лет и они морально и физически устарели, требуется замена отдельных элементов линий. В общем случае параметр потока отказов ВЛЭП 35-220 кВ значительно выше нормативного значения. Это положение объясняется влиянием многочисленных факторов на надёжность работы ВЛЭП, особенно относительно низким уровнем технической эксплуатации.
Фактический параметр потока отказов можно определить по формуле [2]:
пп
2011 Годы
-----ВЛЭП-35 кВ -ВЛЭП-110 кВ
Рис. 1. Количество отказов воздушных линий электропередач напряжением 35-220 кВ Согдийской электрической сети
-•100,
' I
где потк - количество фактических отказов за год; I - протяженность линии, км.
Для оценки показателей надёжности ВЛЭП отказы разделены на устойчивые и самовосстанавливающиеся. Сравнение параметров потока отказов воздушных линий СогдЭС с нормативными данными произведено согласно стандарту РД 34.20.5741. При расчёте и сравнении параметра потока отказов учитываются только устойчивые отказы, неустойчивые отказы характеризуются с помощью коэффициента учёта устойчивых отказов.
Фактические значения коэффициентов учёта устойчивых отказов за отчётный период по сравнению их с нормативными данными, согласно [2], приведены в табл. 2.
Таблица 2
Коэффициент учёта устойчивых отказов за отчётный период
Номинальное напряжение ин, кВ ^сум/^уст норматив юсум/юуст фактический
2009 2010 2011 2012 2013
35 7,0 48/38 1,26 55/39 1,41 43/31 1,38 47/36 1,3 44/31 1,42
110-150 13,0 20/14 1,42 14/7 2 18/13 1,38 25/15 1,66 23/14 1,64
220-330 10,0 15/9 1,66 20/3 6,6 20/5 4 24/7 3,43 28/11 2,55
Сравнение количества отказов ВЛЭП 35-220 кВ Согдийской области Республики Таджикистан с нормативными данными приведено в табл. 3.
Как видно из табл. 3, количество отказов ВЛЭП намного выше нормативного значения. Это положение связано с тем, что элементы ВЛЭП эксплуатируются свыше 35-40 лет. Кроме того, на ВЛЭП влияют такие природные факторы, как дождь, снег, сильный ветер и т.д. Интенсивное изменение климата также влияет на надёжность ВЛЭП. На рис. 2 приведены распределение отказов по месяцам 2009-2013 гг. в зависимости от класса напряжения.
1 РД 34.20.574 Показатели надёжности элементов энергосистем и работы энергоблоков с паротурбинными установками. URL: И11р://81ап11аГ£081ги^/РД94_34.20.574.
Таблица 3
Сравнение количества отказов ВЛЭП СогдЭС с нормативными данными за отчётный период с 2009 г. по 2013 г.
ином, кВ Материал опор Число цепей ю*, отказ/год на 100 км норматив Ь, длина линий, км юр, отказ/год фактические
2009 2010 2011 2012 2013
35 Металлические 2 1,06 524,14 7,25 7,44 5,91 6,86 7,44
110 Железобетонные 2 1,01 557,99 2,5 1,25 3,22 2,69 2,51
220 Металлические 2 0,5 324,4 1,65 0,92 4,62 4,62 5,24
о И
П. п. Ъ гъ Г ■ П-Пп.
1 2 3 4 5 6 7 8 Месяц
□ Устойчивые □ Неустойчивые а
10 11 12
30 25 20 15 10 5
ВНЕ I I I . . I
1 2 3 4 5 6 7 8 Месяц
□ Устойчивые □ Неустойчивые б
9 10 11 12
14 12 10 8 6 4 2 0
I ■ IлШ
9 10 11 12
Месяц
□Устойчивые □ Неустойчивые в
Рис. 2. Распределение количества отказов ВЛЭП 35-220 кВ Согдийской электрической сети по месяцам: а - линии электропередачи напряжением 110 кВ; б - линии электропередачи напряжением 35 кВ; в - линии электропередачи напряжением 220 кВ
0
Как видно из рис. 2, распределение отказов ВЛЭП имеет сезонный характер и в основном преобладают устойчивые отказы. Для линий электропередач напряжением 110 кВ максимум отказов приходится на май, а для линий 35 и 220 кВ имеют место два максимума, соответствующие летнему и зимнему периодам. Частично наличие двух максимумов обусловлено ограничением потребления электроэнергии в осенне-зимний период. Это положение усугубляют условия эксплуатации элементов, что приводит к снижению физико-механических свойств ВЛЭП, следовательно, к снижению надёжности их эксплуатации. Основные причины отказов и их соотношения представлены на диаграммах рис. 3.
в
Рис. 3. Причины отказов ВЛЭП 35-220 кВ Согдийской электрической сети: а - линии электропередачи напряжением 110 кВ; б - линии электропередачи напряжением 35 кВ; в - линии электропередачи напряжением 220 кВ
Как видно из диаграмм рис. 3, основными причинами повреждения ВЛЭП 35-220 кВ являются природные условия, перелётные птицы, сильный ветер. Причем влияние отдельных факторов зависит от класса напряжения и конструкции ВЛЭП, а также от географического расположения сетей.
Для устранения влияния названных причин отказов ВЛЭП необходимо предпринять следующие меры:
- для уменьшения отказов функционирования устройств релейной защиты и автоматики, которые в основном обусловлены физическим старением коммутационных аппаратов и низким классом точности (более 60%) приборов систем измерения, телемеханики и системной автоматики, необходимо заменить устаревшие устройства защиты и автоматики на более современные и повысить квалификацию обслуживающего персонала;
- для учета влияния погодных условий, которые обусловлены аномальным изменением климата в связи со строительством различных искусственных водохранилищ, развитием промышленности и составляют почти треть причин отказов ВЛЭП, необходима разработка новых и замена старых конструкций опор и несущих конструкций ВЛЭП, соответствующих новым условиям эксплуатации;
- для устранения отказов от перекрытия ВЛЭП перелетными птицами необходимо на стадии проектирования разрабатываемых ВЛЭП предусматривались «птицезащитные» устройства и согласовать трассы прохождения ВЛЭП с зонами пролета птиц.
Таким образом, на основании анализа повреждаемости ВЛЭП 35-220 кВ Согдийских электрических сетей можно сделать следующие выводы:
1. Достаточно высокий уровень устойчивых отказов свидетельствует об относительно низком уровне технической эксплуатации ВЛЭП Согдийской электрической сети, снижении квалификации обслуживающего персонала и невыполнении предусмотренных нормативными документами плановых мероприятий и ремонтов в полном объеме.
2. Превышение потока самовосстанавливающихся отказов, наличие четко выраженных весенних и осенних максимумов указывают на влияние климатических и экологических факторов.
3. Немаловажное значение имеют загрязнения изоляторов пыльной смесью перелетными птицами. Необходимо применение новых типов изоляторов на основе изучения зарубежного опыта.
4. Относительно высокий уровень среднегодовой частоты плановых и внеплановых отключений ВЛЭП приводит к росту эксплуатационных затрат, следовательно, к снижению уровня надёжности электроснабжения Согдийских электрических сетей.
Для повышения надёжности ВЛЭП 35-220 кВ Согдийской энергосистемы необходимо внедрить следующие мероприятия:
1. Необходимо повысить уровень квалификации технического персонала по обслуживанию устройств РЗ и А путём организации и прохождения ими специальных курсов.
2. Существующее оборудование эксплуатируется более 50 лет с частичной заменой отдельных элементов, что указывает на необходимость коренной реконструкции сетей 35-220 кВ.
3. Требуется разработать концепцию развития с учетом климатических особенностей и алгоритм управления надёжностью региональных электрических сетей 35-220 кВ с целью повышения их надёжности.
Литература
1. Васильева М.В. Зарубежный опыт обеспечения надёжности электроснабжения // Вестник Волгоградского института бизнеса. 2013. № 4(25).
2. ГукЮ.Б. Анализ надёжности электроэнергетических установок. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. 244 с.
3. Chareonsrikasem S., Anantavanich K., Prungkhwunmuang S., Suwanasri T. Enhancement of substation reability by retrofitting existing bus configuration applying hybrid switchgear: B3-206. CIGRE, 2012, 9 p.
4. Electric service reliability in Pennsylvania 2014. URL: http://www.puc.state.pa.us/ consum-er_info/electricity/reliability.aspx (Accessed 14 October 2015).
ТОШХОДЖАЕВА МУХАЙЁ ИСЛОМОВНА - аспирантка кафедры электроснабжение промышленных предприятий, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары ([email protected]).
M TOSHHODZHAEVA DAMAGE ANALYSIS OF OVERHEAD POWER LINES OF 35-220 KV EXAMPLE SOGD MAINS Key words: reliability, power lines, electricity, event.
The paper assessed the reliability of lines of different voltage classes, shows the characteristics of overhead power lines and the dynamics of the number of trips over the years for the years 2009-2013. Shows the distribution of failure flow parameter; The causes of failures of overhead power lines. The recommendations for improving the reliability of the lines.
References
1. Vasil'eva M.V. Zarubezhnyi opyt obespecheniya nadezhnosti elektrosnabzheniya [Foreign experience of ensuring reliability of power supply]. Vesnik Volgogradskogo instituta biznesa [Bulletin of the Volgograd institute of business], 2013, no. 4 (25).
2. Guk Yu.B. Analiz nadezhnosti elektroenergeticheskikh ustanovok [Analysis of reliability of electrical power installations]. Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1988, 244 p.
3. Chareonsrikasem S., Anantavanich K., Prungkhwunmuang S., Suwanasri T. Enhancement of substation reability by retrofitting existing bus configuration applying hybrid switchgear: B3-206. CIGRE, 2012, 9 p.
4. Electric service reliability in Pennsylvania 2014. Available as: http://www.puc.state.pa.us/ consumer_info/electricity/reliability.aspx (Accessed 14 October 2015).
TOSHHODZHAEVA MUHAYO - Post-Graduate Student of Industrial Power Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary ([email protected]).
Ссылка на статью: Тошходжаева М.И. Анализ повреждений воздушных линий электропередач 35-220 кВ на примере Согдийской электрической сети // Вестник Чувашского университета. - 2016. - № 1. - С. 105-111.
