CC BY
192
Аварийность распределительных электрических сетей города Пенза
УДК 621.314.25 Комаров М.В., Зуенков А.Г.
Пензенский Государственный Университет, Россия, г. Пенза.
Повреждения различных элементов электрических сетей представляют собой случайные события. Какие именно повреждения, сколько их, в какой момент времени они возникнут в конкретной установке, в конкретный период времени, - заранее предсказать нельзя. В этих условиях выбор различных мер по повышению надежности установки представляет собой типичную задачу выбора решения в условиях неопределенности, т. е. задачу теории статистических решений.
Поэтому, важное значение имеет сбор статистической информации о причинах отказов, их количестве, времени восстановления различных элементов электрических сетей. Анализ этих данных путем математического аппарата статистики и теории вероятности позволяет определить различные показатели надежности кабельных линий, воздушных линий, трансформаторов, выключателей, распределительных устройств и прочих элементов электрических сетей. Зная параметры, определяющие надежность отдельных составляющих электрической сети, можно определить параметры надежности всей сети.
Характер проявления всех свойств надежности наиболее полно фокусируется в причинах отказов объектов, которые в значительной мере определяют и средства обеспечения надежности. Поэтому представляется полезным проанализировать причины, обуславливающие отказы. Если их рассматривать с точки зрения источников происхождения, то они могут быть подразделены на два класса:
- повреждения и неполадки оборудования, устройств (объектов) входящих в систему;
- ошибочные или вынужденные действия обслуживающего персонала, приводящие к аварийному состоянию.
Причины первого типа, в свою очередь подразделяются три группы. Первую группу составляют ошибки, допущенные при конструировании, определении условий и режимов предстоящей эксплуатации, изготовлении, монтаже или ремонтах элементов оборудования. Эти ошибки, скрытые дефекты обычно проявляются в ранний период эксплуатации, называемый периодом приработки. Вторая группа причин вызвана износом и приводит к постепенному утрачиванию объектом ряда функциональных свойств. Данный процесс закономерен в том отношении, что с увеличением времени жизни, т.е. работы или даже хранения, опасность утраты этих свойств возрастает. Этот период называется периодом старения.
Время между периодами приработки и старения называется периодом нормальной работы объекта, когда в наибольшей мере проявляются причины третьей группы: непредвиденные и непредсказуемые воздействия обычно физи-
ко-механического характера, не связанные с периодом предшествующей работы. Это внезапные, по сути, воздействия приводят к отказам, которые обычно имеют мгновенный характер: для электроэнергетических систем грозы, попадание деревьев на провода, автокатастрофы, попадание животных на электроустановки, порывы ветра и пр.
Однако какие бы виды отказов и причины, их вызвавшие, не рассматривались, их неизменно объединяет общий признак: случайность возникновения даже при постепенном накоплении физических изменений в свойствах элементов. Он позволяет трактовать отказ элемента или системы как случайное событие. Это положение является определяющим при выборе математического аппарата, который целесообразно применять при изучении различных закономерностей отказов системы.
Чтобы проанализировать аварийность распределительных электрических сетей города Пензы, необходимо иметь статистические данные за определенный промежуток времени об отказах их основных элементов.
Наиболее крупным предприятием города, занимающимся эксплуатацией и обслуживанием сетей городской системы электроснабжения является ЗАО «Пензенская Горэлектросеть». Данная организация является одним из старейших предприятий коммунальной энергетики России, эксплуатирующих распределительные электрические, а так же является уже более 60 лет производителем передвижной спецтехники и другого электротехнического оборудования, предназначенных для эксплуатации в электросетевых и теплосетевых предприятиях. В ведении данного предприятия находятся большая часть распределительных электрических сетей города напряжением 6(10) и 0,4 кВ.
На основании данных диспетчерской службы данного предприятия были собраны сведения о выходах из строя различных элементов пензенских электрических сетей за период с января 2008 по декабрь 2009 года.
Основной составляющей распределительных городских электрических сетей являются кабельные линий электропередач, так как они наиболее удобны для эксплуатации в условиях города. Основной причиной повреждений КЛ является нарушение их механической прочности строительной техникой при земляных работах. По этой причине в городских сетях происходи значительная доля всех повреждений КЛ. Другими причинами являются старение междуфазной и поясной изоляции, коррозия покрытия, перегрузка кабеля, попадание влаги в кабель, порча изоляции грызунами. Повреждаемость КЛ зависит от способа прокладки (в земле, блоках, трубах, тоннелях), разности уровней участка КЛ (при больших перепадах происходит стекание масла в нижний участок и осушение изоляции в верхнем участке), агрессивности окружающей среды, величины блуждающих токов и наличия защиты от них, срока прокладки (эксплуатации), режима работы. Электрические пробои обычно происходят не на целом кабеле, а в местах установки соединительных муфт, на концевых воронках, вертикальных участках кабеля. Статистические данные за 2 года об отказах кабельных линий напряжением 6(10) кВ электропередач в сетях города Пензы представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Данные об отказах кабельных линий 6(10) кВ в распределительных электрических сетях г. Пензы за 2008 и 2009 годы
Месяц Вид повреждения
В целых местах В муфтах В концевых разделках Механические повреждения
Количество отказов за 2008 / 2009 годы
Январь 13 / 6 6 / 5 2 / 0 3 / 2
Февраль 22 / 4 2 / 4 1 / 0 2 / 2
Март 18 / 6 9 / 4 3 / 0 3 / 2
Апрель 6 / 6 8 / 6 1 / 0 6 / 2
Май 7 / 9 7 / 6 2 / 0 3 / 2
Июнь 16 / 5 4 / 6 4 / 0 2 / 3
Июль 6 / 9 10 / 3 0 / 0 1 / 2
Август 11 / 11 5 / 3 0 / 0 4 / 3
Сентябрь 3 / 11 10 / 4 1 / 0 3 / 2
Октябрь 7 / 6 7 / 1 1 / 0 5 / 6
Ноябрь 3 / 5 6 / 9 1 / 3 4 / 3
Декабрь 8 / 3 6 / 6 0 / 1 3 / 4
Всего за 2 года 201 137 20 72
Еще одной значительной составляющей городских эклектических сетей являются воздушные линии. Основными причинами повреждений ВЛ являются грозовые перекрытия изоляции, гололедно-изморозевые отложения, ветровые нагрузки, вибрация и пляска проводов, возгорание деревянных опор, ослабление механической прочности деталей опор, повреждение опор и проводов автотранспортом и сельскохозяйственной техникой.
Внешние воздействия приводят к перекрытию изоляции, разрыву изоляторов, оплавлению металлических деталей, обрыву проводов, снижению их механической прочности при вибрации и пляске в результате разлома отдельных проволок, поломке деталей, падению стоек вместе с проводами.
Силовые трансформаторы электрических сетей так же нередко выходят из строя. Отказ трансформатора ведет к тяжелым последствиям и восстановление его работоспособности требует длительного времени.
Основные причины повреждаемости трансформаторов:
- повреждение изоляции обмоток трансформатора из-за дефектов конструкции и изготовления при воздействии внешних перенапряжений в сети, токов короткого замыкания;
- повреждения переключателей (РПН), а также вызванные конструктивными и технологическими дефектами;
- повреждения вводов в основном при воздействии внешних перенапряжений в сети (перекрытие внешней и внутренней изоляции, механические повреждения, некачественные контактные соединения).
Статистические данные за 2 года об отказах воздушных линий напряжением 6(10) кВ, силовых трансформаторов, а так же данные по другим наиболее распространенным причинам выхода из строя электрических сетей города Пензы представлены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 - Данные об отказах распределительных электрических сетей
г. Пензы за 2008 и 2009 годы
Месяц Вид повреждения
Выход из строя ВЛ Отключения в сетях потребителей Выход из строя трансформаторов Отключения на центре питания Прочие причины
Количество отказов за 2008 / 2009 годы
Январь 0 / 0 11 /2 3 / 1 1 / 0 1 / 1
Февраль 5 / 1 9 /4 0 / 0 0 / 0 2 / 0
Март 9 / 0 10 / 9 0 / 0 1 / 1 0 / 0
Апрель 2 / 3 7 / 5 0 / 0 0 / 3 2 / 3
Май 6 / 1 4 / 2 0 / 0 2 / 1 2 / 0
Июнь 4 / 0 16 / 8 1 / 0 4 / 0 0 / 1
Июль 5 / 1 2 / 3 1 / 0 0 / 0 1 / 1
Август 1 / 0 6 / 1 0 / 0 0 / 0 0 / 2
Сентябрь 2 / 0 4 / 3 0 / 1 0 / 0 0 / 0
Октябрь 1 / 1 7 / 1 1 / 0 1 / 6 0 / 1
Ноябрь 0 / 0 3 / 1 0 / 0 7 / 1 1 / 0
Декабрь 0 / 0 3 / 1 0 / 0 3 / 7 0 / 1
Всего за 2 года 42 122 8 38 19
В данной таблице в столбце «отключения в сетях потребителей» представлены данные об отказах сетей крупных промышленных предприятий (заводов, фабрик т.д.), явные причины выхода из строя которых неизвестны из-за того, что данные сети эксплуатируются самими предприятиями, а не обслуживающей организацией.
В столбце «отключения на центре питания» представлена статистика об отказах электрических сетей, вызванных выходом из строя оборудования понизительных подстанций 35/10 кВ, либо других ПС или КЛ или ВЛ более высокого напряжения, находящихся в эксплуатации других обслуживающих предприятий.
В столбце «прочие причины» подставлены сведения о выходе из строя электрических сетей по другим причинам, как то: выгорание плавких предохранителей, отключения по неизвестных причинах с последующим успешным повторным включением и т.д.
Кроме информации об отказах сетей напряжением 6(10) кВ так же были собраны сведения о заявках от населения на отключения в сетях низкого напряжения 0,4 кВ. Данные об этих отключениях представлены в таблице 1.3.
Таблица 1.3 - Данные об отказах распределительных электрических сетей г. Пензы напряжением 0,4 кВ за 2008 и 2009 годы
Месяц Январь Февраль Март Апрель Май Июнь
Количество отказов за 2008 / 2009 годы
Получено заявок на отключения в сетях 0,4 кВ 269/ 156 215/156 207/199 213/283 305/187 226/292
Месяц Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь
Количество отказов за 2008 / 2009 годы
Получено заявок на отключения в сетях 0,4 кВ 347/197 201/172 201/139 196/327 162/207 196/162
Полученные таким образом сведения от отказах основных элементов городских электрических сетей позволяют далее определять характеристики их надежности рассчитывать надежность отдельно взятых электрических сетей, что позволяет предотвратить нежелательные отключения электроэнергии и пресечь вызванный ими ущерб.
Литература
1. Савоськин В.С. Надежность электрических систем: учеб. пособие / В. С. Савоськин. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2007. - 231 с.
