CC BY
359
Электронный журнал Cloud of Science. 2013. № 4
http://cloudofscience.ru
Анализ статистики аварий и отказов в электрических сетях Мурманска
Д. Г. Пикин
Московский технологический институт «ВТУ»
Аннотация. Проведен анализ аварий в электрических сетях города Мурманска. Разработаны мероприятия по их снижению. Выявлены формы проявления феррорезонанса при возникновении однофазных замыканий на землю в распределительных сетях с токами замыкания на землю.
Ключевые слова: электрические сети, аварийные ситуации в электроэнергетике, передача электроэнергии.
Процесс эксплуатации электрооборудования энергетических систем неизбежно сопровождается авариями, отказами и отключениями, статистические данные о которых представлены в табл. 1. Основное исполнение городских электрических сетей — кабельное. Традиционная конструкция кабельных линий (КЛ), проложенных в советское время, это маслопропитанная бумажная изоляция и свинцовая или алюминиевая оболочка. В процессе эксплуатации такая изоляция быстро стареет, также не исключены заводские дефекты кабелей. Поскольку КЛ имеют возраст 3060 лет, основной причиной выхода их из строя в результате естественного износа изоляции являются короткие замыкания — межфазные и однофазные. Кроме того, при монтажных и ремонтных работах происходят частые выходы из строя КЛ также по причине коротких замыканий.
Таблица 1 Аварийность в сетях 6 кВ ОАО «Мурманская горэлектросеть»
(в единицах электрооборудования)
2008 2009 2010 2011 2012
Выход из строя кабельной линии 6 кВ по 8 7 8 9 12
причине однофазного замыкания на землю
Выход из строя кабельной линии 6 кВ при 9 8 6 4 7
межфазном коротком замыкании
Повреждение кабельной линии 6 кВ при 1 3 2 1 5
земляных работах
Отказ В-6, АВР 2 4 3 4 4
Выход из строя концевой муфты 2 2 2 3 3
Повреждение разъеденителя, ВН - 1 1 3 1
Ошибка персонала 2 - - - -
Выход из строя трансформатора 6/0,4 кВ - - - 1 -
Итого: 24 25 22 25 32
ЭНЕРГЕТИКА
С1оий о/Баепсе. 2013. № 4
Так, в Северном энергорайоне ОАО «Мурманская горэлектросеть», в последние 5-7 лет, увеличивается интенсивность однофазных замыканий на землю по сравнению с прошлыми годами. Система электроснабжения Северного энергорайона представляет четыре уровня от центра питания до конечного потребителя; схема петлевая, достаточно надежная для обеспечения электроэнергией городских потребителей. В соответствии с [1, 2] в эксплуатационной практике однофазный режим замыкания на землю не является аварийной ситуацией и допускается работа сетей до 6 часов, однако ввиду уменьшения напряжения на поврежденной фазе и увеличения на других фазах до линейного значения, работа на таком режиме приводит к выходу из строя наиболее слабого участка. Практика эксплуатации показывает, что, так как в Северном энергорайоне количество подключенных кабельных линий к центру питания очень велико, то в последнее время участились случаи выхода из строя двух и более кабелей, что указывает на недостаточный уровень изоляции и существование перенапряжений в КЛ (табл. 1).
Анализ отказов показывает, что доля неисправности КЛ 6 кВ в Северном энергорайоне ОАО «Мурманская горэлектросеть» составляет 52 % (табл. 2), при этом на электрический пробой изоляции приходится 80 % аварий. В зависимости от уровня эксплуатации и качества электрооборудования, от 30 до 60 % однофазных коротких замыканий переходят в двойные из-за длительного повышения напряжения на неповрежденных фазах по отношению к земле и появлении перемежающейся дуги даже при малых токах замыкания на землю.
Таблица 2. Распределение отказов по видам оборудования ОАО «Мурманская горэлектросеть»
№ Электросетевое оборудование Доля отказов, %
1 КЛ напряжением 6 кВ 52,0
2 ВЛ напряжением 6 кВ 32,0
3 Трансформаторы напряжения 6 кВ 0,2
4 Трансформаторы тока 6 кВ 0,1
5 Силовые трансформаторы 6 кВ 4,0
6 Разъединители 6 кВ 0,3
7 Масляные выключатели 6 кВ 0,8
8 Выключатели нагрузки 6 кВ 0,2
Все это снижает эффективность работы энергосистемы ОАО «Мурманская горэлектросеть» (рис. 1).
Необходимо также отметить, что при возникновении однофазных замыканий на землю происходит ухудшение условий электробезопасности. При небольшом уровне залегания силового кабеля 6 кВ (такое происходит в случае нарушении про-
Д. Г. Пикин
Анализ статистики аварий и отказов в электрических сетях Мурманска
кладки кабеля или в процессе снятия грунта над кабельной трассой) может произойти поражение животного или человека шаговым напряжением.
Рисунок 1. Недоотпуск электроэнергии ОАО «Мурманская горэлектросеть» за 2008—2012 годы
В настоящее время существуют передвижные электротехнические лаборатории, типа 8еЬа КМТ, которые способны на отключенных кабелях производить их диагностику и определять длину до лимитирующего по надежности участка методом частичных разрядов. Однако их стоимость около 16 млн. рублей, и не все энергопредприятия могут приобрести данное оборудование. Кроме того, необходим длительный период времени для обучения персонала работе с данными устройствами и сертификация таких передвижных лабораторий. Это является обоснованием предприятия электроэнергетики для отказа от покупки диагностического оборудования и обучение персонала.
Дуговые замыкания на землю в распределительных сетях 6-10 кВ с емкостными токами замыкания вызывают выход из строя трансформаторов напряжения контроля изоляции (НТМИ) [3]. Выход из строя трансформаторов напряжения на подстанциях сказывается на работе устройств автоматизации городских электрических сетей и приводит к снижению надежности электроснабжения потребителей.
Выявлены следующие формы проявления феррорезонанса при возникновении однофазных замыканий на землю в распределительных сетях с токами замыкания на землю до 5 А [4]:
- переходные субгармонические колебания напряжения нейтрали сети при перемежающихся дуговых замыканиях на землю на участках сети с глухозаземленными нейтралями, сопровождающиеся бросками тока на-
ЭНЕРГЕТИКА
С1оий о/Баепсе. 2013. № 4
магничивания трансформаторов типа НТМИ, следствием которых являются перегрев и повреждения обмоток при длительном горении дуги;
- феррорезонансные перенапряжения на вынужденной частоте 50 Гц при неполнофазных режимах, обусловленных обрывами проводов, перегоранием предохранителей на участках сети с трансформаторами, нейтрали которых изолированы или заземлены через высокоомные резисторы; такие процессы вызывают электрический пробой изоляции трансформаторов;
- резонансные повышения напряжения на вынужденной частоте при перемежающихся дуговых замыканиях на землю в сетях с НТМИ с заземленными нейтралями и типовыми демпфирующими сопротивлениями в разомкнутом треугольнике, которые также приводят к перегреву и повреждению обмоток НТМИ.
Исследования в реальных сетях 6-10 кВ показали, что возникновение ферроре-зонансных процессов возможно также при обрывах и заземлениях проводов КЛ [5]. Возникающее при этом повышение намагничивающего тока до 3-4 А трансформатора напряжения может привести к перегоранию плавкой вставки предохранителя ПКТ-6 кВ. Такое положение сказывается на надежности сети в целом.
Повышение надежности КЛ 6-10 кВ может быть осуществлено с помощью устройств компенсации токов однофазного замыкания на землю, что обуславливает и улучшение условий электробезопасности в этих сетях, а также снижение выхода из строя КЛ с одним или более повреждением.
Необходимо также отметить, что при возникновении однофазного замыкания на землю через место повреждения, как правило, протекает медленно затухающая апериодическая составляющая тока, которая затягивает гашение заземляющей дуги и приводит к увеличению напряжений прикосновения и шага в переходных режимах. Выбор параметров и настройка систем компенсации токов однофазного замыкания на землю согласно действующих Правил измерения емкостных токов должны проводиться при вводе в эксплуатацию систем компенсации при значительных изменениях режимов сети [1].
Литература
[1] Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской
Федерации. — СПб. : Изд-во ДЕАН. 2003.
[2] Инструкция по переключениям в электроустановках. — М. : Изд-во НЦ ЭНАС.
2009.
Д. Г. Пикин
Анализ статистики аварий и отказов в электрических сетях Мурманска
[3] Боков Г., Жулев А. Распределительные электрические сети. Оптимизация технологических и технических условий развития // Новости электротехники, 2012. № 4 (76). С.20-22.
[4] Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений / Под ред. Ф. Х. Халилова, Г. А. Ев-докунина, А. И. Таджибаева. — СПб. : Изд-во Петербургского энергетического института повышения квалификации Минтопэнерго России, 2000.
[5] Маловидов С. Павликов Д. Надежность городских кабельных сетей. Выбор рациональных схемных решений // Новости электротехники. 2011. № 2 (68). С. 35-38.
Автор.
Пикин Д. Г., магистрант Московского технологического института «ВТУ»
