Влияние конструктивных и технико-эксплуатационных факторов на надежность воздушных линий электропередачи угольных разрезов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622:621.311.019.3(043)

А.Г. Захарова, Н.М. Шаулева

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА НАДЕЖНОСТЬ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ

Увеличение парка горнодобывающих машин, особенно мощных экскаваторов и буровых станков, на угольных разрезах Кузбасса обусловливает необходимость обеспечения бесперебойности электроснабжения всех звеньев технологических процессов разрезов. Отказы в системах электроснабжения (СЭС) открытых горных работ снижают эффективность работы горных машин, технологических звеньев и угольного разреза в целом вследствие уменьшения объема добычи, увеличения себестоимости, снижения уровня промышленной безопасности.

Высокий уровень надежности систем электроснабжения и их элементов - один из решающих факторов, обеспечивающих эффективность использования горной техники. На надежность и безопасность функционирования систем электроснабжения и их элементов сильное влияние оказывают факторы горного производства - передвижной характер горных работ, буровзрывные работы, сильная запыленность воздуха, трудность проведения технического обслуживания, влияние погодных условий и др.

На основе статистических исследований, про-

ведённых на разрезах «Кедровский», «Красно-бродский» и «Сартакинский» с 2005 по 2007 гг. [1], показано распределение наиболее характерных факторов по степени влияния на надежность систем электроснабжения. Из анализа видно, что основными причинами аварийных отключений фидеров являются аварии на воздушных линиях электропередачи (ВЛ), вызванные захлестом (обрывом) проводов, пробоем (обрывом) изоляторов, погодными условиями. Поэтому в системах электроснабжения угольных разрезов Кузбасса основное внимание необходимо уделять анализу надежности ВЛ.

Наиболее удобной формой представления статистических связей между аварийностью и различными факторами, влияющими на работу ВЛ, являются парные регрессионные зависимости [2], которые позволяют установить тесноту связей и получить математические модели (уравнения регрессии), позволяющие с определенной точностью прогнозировать характер изменения аварийности ВЛ в зависимости от исследуемых факторов.

К рассмотрению были приняты конструктивные и технико-эксплуатационные факторы, опре-

Таблица 1

Факторы Выборочная средняя Среднеквад- ратическое отклонение Закон распределения

Количество отказов ВЛ Ыо 9,26 9,56 Пуассона

Общая длина ВЛ Ь, км 2,81 1,60 Вейбулла-Гнеденко

Длина стационарной части ВЛ Ьс, км 1,64 1,10 Вейбулла-Гнеденко

Длина передвижной части ВЛ Ьп, км 1,33 1,06 Вейбулла-Гнеденко

Количество экскаваторов, присоединенных к одному фидеру Ыэ 1,94 1,15 Пуассона

Общее количество потребителей на одном фидере Ыпот 3,53 2,33 Пуассона

Количество отпаек Ыотп на фидере 2,27 2,12 Пуассона

Общее количество угловых опор Ыуо 7,69 4,92 Пуассона

Количество стационарных угловых опор Кос 4,51 3,34 Пуассона

Количество передвижных угловых опор ^уоп 4,76 4,29 Пуассона

Угол встречи с преобладающим ветром ВЛ в целом а, град. 39,70 15,90 Нормальный

Угол встречи стационарной части ВЛ с преобладающим ветром ас, град. 40,66 17,68 Нормальный

Угол встречи передвижной части ВЛ с преобладающим ветром ап град. 39,17 20,16 Нормальный

Нагрузка Р, кВт 1896,94 1276,12 Вейбулла-Гнеденко

Сечение провода ВЛ £, мм2 99,81 20,75 Нормальный

а)

р=•

б)

О 0,40 1,47 2,53 3,60 4,66 5,73 6,79 7,86

I , км

Иуос „ шт

0

11

13

15

1Т

Рис. 1. Гистограммы относительных частот распределения: а) общих длин ВЛ; б) количества стационарных угловых опор

делённые при помощи метода экспертных оценок. В качестве зависимой переменной, характеризующей аварийность ВЛ, выбрано число отказов на фидере.

Поскольку подавляющее большинство аварий происходит на передвижных ВЛ, то рассматривались только те фидеры, у которых есть и стационарная, и передвижная части.

Учитывая конструктивные особенности стационарных и передвижных ВЛ, для них отдельно подвергались анализу длина, углы встречи с преобладающими ветрами и количество угловых опор.

Угловые опоры рассматривались в качестве фактора, влияющего на надежность, потому что они, по условиям эксплуатации, при нормальных условиях работы должны воспринимать слагающую тяжений проводов смежных пролетов [3]. На практике на разрезах часто требования ПУЭ не выполняются и вместо угловых используют промежуточные опоры. При этом невозможно правильно натянуть провода, что приводит к их за-хлесту и обрыву.

В табл. 1 приведены эксплуатационные ста-

тистические параметры исследуемых ВЛ (условные обозначения, выборочные средние, среднеквадратические отклонения и законы распределения). При проверке закона распределения использовался критерий х2 Пирсона.

На рис. 1 показаны гистограммы частот распределения для некоторых эксплуатационных факторов.

В табл. 2 представлены уравнения регрессии, корреляционные отношения и остаточные среднеквадратические отклонения для рассмотренных конструктивных и технико-эксплуатационных факторов.

На рис. 2 в качестве примера показаны линии регрессии для общих длин ВЛ и длин передвижных ВЛ. Для всех исследуемых зависимостей значимость коэффициентов корреляции проверялась согласно [2] сравнением их с критическим значением, зависящим от объема выборки п и уровня значимости р. Для оценки значимости уравнения регрессии в целом использовали ^-критерий Фишера

Величина Я2 =0,2313 означает, что на аварийность ВЛ в 23 % случаев от общего числа от-

Таблица 2

Факторы Вид уравнения регрессии ляци- онное отно- шение и2 Остаточное среднеквад- ратичное Яотклонение

Общая длина ВЛ Ь, км у = 1,5486 Ь + 5,6427 0,0658 9,65

Длина стационарной части ВЛ Ьс , км у = 0,5829 Ьс + 9,1883 0,0037 10,01

Длина передвижной части ВЛ Ь, , км у = 3,9556 Ьп Ьп + 5,5437 0,1814 9,38

Нагрузка Я, кВт у=0,0028Я+7,4777 0,1075 9,89

Количество отпаек на фидере у = 3,4345 Ы(пт+6,0971 0,2294 9,17

Угол встречи ВЛ с преобладающим ветром в целом по фидеру а, град у=0,0309а + 8,0405 0,0026 9,63

Угол встречи стационарных ВЛ с преобладающим ветром а- , град у=-0,0044 ас+9,446 7Е-05 9,64

Угол встречи передвижных ВЛ с преобладающим ветром ап , град у=0,2022 ап + 2,7003 0,1398 9,46

Общее количество угловых опор Ыуо у=0,7084 ^ + 5,1134 0,1280 9,70

Количество стационарных угловых опор М)СО у=0,4084 N-^0 +11,601 0,0196 9,90

Количество передвижных угловых опор Ыу0т у = 1,0707Ы>от + 5,978 0,2171 9,36

Количество экскаваторов N , присоединенных к одному фидеру у = 3,5934N + 5,3398 0,2313 9,13

Общее количество потребителей на одном фидере N 1 утт у = 1,875 Nnm+3,3902 0,1953 9,60

Срок службы стационарных ВЛ ф , лет у = 0,0072 фс + 0,5588 0,0138 1,28

Срок службы забойных ВЛ ф , лет у =-2,1021 ф +6,3408 0,0797 4,25

Срок службы распределительных ВЛ 1фр , лет у =-0,7847^фр+6,9429 0,0672 3,55

Сечение провода ВЛ S , мм2 у =- 0,0785 £ + 18,893 0,0234 9,93

казов существенно влияет количество экскаваторов, присоединенных к одному питающему фидеру. Относительно большие значения Я2 получены для количества отпаек на фидере (Я2=0,2294), длин передвижных ВЛ (Я2=0,1814) и числа передвижных угловых опор (Я2=0,2171). Наиболее низкие корреляционные отношения выявлены для сечения провода (Я2=0,0234), длин стационарных ВЛ (Я2=0,00371), количества стационарных угловых опор (Я2=0,0196), срока службы стационарных (Я2=0,0138), забойных (Я2=0,0797), распределительных ВЛ (Я2=0,0672), угла встречи стационарной части ВЛ с преобладающим ветром (Я2=0,00007).

Такие низкие значения Я2 для факторов, характеризующих стационарные линии электропередач, говорят о том, что параметры стационар-

ных воздушных линий не оказывают существенного влияния на аварийность.

Результаты проведенного анализа позволяют сделать вывод о том, что среди отказов воздушных линий электропередачи в целом определяющую роль играют отказы их передвижных частей, а с помощью уравнений регрессии, приведенных в таблице, может быть рассчитано число отказов ВЛ в зависимости от влияющих факторов.

Полученные результаты могут быть использованы при проектировании систем электроснабжения, выборе трассировки ВЛ, планировании графиков технического обслуживания и плановопредупредительных ремонтов, для оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭС, при прогнозировании надежности воздушных линий электропередачи и для расчета экономического ущерба от ненадежности СЭС и их элементов.

а)

60

б)

*

о

о

■J

40

К 20

■ у = 1.„>48бх + >.6427 ♦ г = 0.257

♦♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

V* ♦ ♦ _ ♦

г*-4" ♦

♦ ♦ ♦ 1 1 1

10

Обиды д.тшна ВЛ. км

и

о

13

«

н

о

о

«3

S

tr

1 2 3 4 5

Длина передвижной части ВЛ, км

Рис. 2. Линии регрессии для: а) общих длин ВЛ; б) длин передвижных ВЛ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Захарова А.Г. Анализ отказов систем электроснабжения угольных разрезов Кузбасса / А.Г. Захарова, Н.М. Шаулева // Промышленная энергетика. - 2008. - № 12. - С. 18-21.

2. Сигел Э. Практическая бизнес-статистика.: Пер. с англ. // М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. -1056 с.

3. Правила устройства электроустановок: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. 3-й выпуск. -Новосибирск.: Сиб. унив. изд-во, 2006. - 854 с.

□ Авторы статьи:

Захарова Алла Геннадьевна

- докт. техн. наук, проф. каф. электропривода и автоматизации КузГТУ. e-mail: [email protected]

Шаулева Надежда Михайловна

- канд.техн.наук, доц. каф. электропривода и автоматизации КузГТУ. e-mail: [email protected]