CC BY
46
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.5.70-81 УДК 621.311
А. С. Карпов, В. В. Ярошевич, Г. П. Фастий
ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ В УСЛОВИЯХ АРКТИКИ Аннотация
Промышленность Арктики нуждается в надежности энергосистемы и безотказности ее работы. Это становится все более важной целью для инвестиционной привлекательности региона и стратегической энергобезопасности страны. Поэтому приведен анализ энергосистемы Мурманской области, а также состояния ее элементов воздушных линий электропередач с классом напряжений от 150 до 330 кВ. Обобщены характерные проблемы ЛЭП в межремонтный период, показаны фотографии дефектов опор. Приведена общая характеристика технического состояния обследованных ЛЭП в Мурманской области, которая подтверждает необходимость дополнительного контроля за элементами энергосистемы, работающей в условиях Арктики. Подтверждена необходимость корректировки нормативной документации в отношении подобных высоковольтных сетей по грозовой активности региона, ветровой нагрузке, электромагнитной защиты сети, а также пересмотра нормативов по обеспечению заземления подстанций и опор ЛЭП. Ключевые слова:
электроснабжение, воздушные линии электропередач, опора, изолятор, подстанция, электрическая сеть, потребители, надежность электроснабжения, электромагнитная совместимость.
A. S. Karpov, V. V. Yaroshevich, G. P. Fastiy
ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES IN THE ARCTIC CONDITIONS
Abstract
The Arctic industry needs power system reliability and failsafe work. This is becoming an increasingly important goal for investment attractiveness of the region and strategic energy security of the state. Therefore, the Murmansk region power system analysis, as well as the state of its overhead transmission lines elements with voltage class from 150 to 330 kV, is presented. The characteristic problems of the power transmission lines during the overhaul period are summarized and the photographs of transmission towers defects are given. The presented general technical condition description of the surveyed Murmansk region power lines confirms the importance of additional control over the power system elements operating in the Arctic. The necessity of adjusting the regulatory documents for such high-voltage networks on thunderstorm activity in the region, wind load, electromagnetic network protection, as well as the necessity of the revision of the standards for grounding substations and power transmission lines, were confirmed. Keywords:
power supply, overhead power lines, transmission tower, insulator, substation, electrical network, consumers, reliability of power supply, electromagnetic compatibility.
Передача электроэнергии при помощи ЛЭП является наиболее удобным и экономически эффективным способом. Одним из основных преимуществ является доступность этих линий для обслуживания. На основании нормативных документов [1-11] техническое освидетельствование энергетических объектов проводится в соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации, пункт 1.5.2, утвержденными Минэнерго России № 229 от 19 июня 2003 г. и зарегистрированными Минюстом России № 4799 от 20 июня 2003 г.,
и Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей, пункты 1.6.7, 2.3.7 и 2.3.11, утвержденными Минэнерго России № 6 от 13 января 2003 г. и зарегистрированными Минюстом России № 4145 от 22 января 2003 г.
Нормативными документами регламентируются принципы проектирования, прокладки, обслуживания и контроля состояния воздушных ЛЭП. Следует учитывать, что правила являются общеиспользуемыми и усредненными, без разделения на регионы, что усложняет их эксплуатацию, поскольку климатические и грунтовые условия на широте около 40 ° не сопоставимы с широтами около 70
Характерным примером является грозовая активность в Мурманской области, где согласно стандартам интенсивность составляет лишь 10 ч в год на большей части региона. Мониторинг грозовой активности только за последние пять лет показывает, что количество грозовых часов в Мурманской области бывает намного выше [12-14]. Это напрямую связано с состоянием элементов воздушных ЛЭП.
Аналогичная проблема с грунтовыми условиями в арктических регионах России и Скандинавии. Скалистый грунт обладает диэлектрическими свойствами и не позволяет произвести полноценное заземление опор и подстанций. Это крайне неблагоприятные условия для аварийных режимов, во время грозы или электромагнитной бури. Следует отметить, что на широте выше 66°33'44" интенсивность влияния электромагнитной бури на энергосистему увеличивается в десятки раз. На рис. 1 показано положение Кольского полуострова относительно Северного полярного круга и Северного полюса Земли.
Рис. 1. Кольский полуостров на карте Земли Fig. 1. Kola Peninsula on the Earth map
Вышесказанное показывает недостаточную оценку условий арктического региона. Мурманская область имеет стратегическое значение для российского Севера. Запасы природных ресурсов, содержащихся в недрах Кольского полуострова, необходимость надежного энергоснабжения мощностей морских портов, транспортной инфраструктуры, частей и соединений Вооруженных сил РФ обусловили развитие заполярной энергетики начиная со второй половины 1930-х гг.
Нормальная работа любой энергосистемы невозможна без сетевого комплекса. Общая протяженность сетей составляет 6683 км, в том числе воздушных линий (ВЛ) электропередачи 150 кВ — 2135 км и 330 кВ — 757 км.
Анализ опыта эксплуатации выявил наличие в энергосистеме Кольского полуострова большого числа ВЛ с большим сроком эксплуатации, достигающим 40-50 лет и более.
Кольский полуостров является крайней северо-западной частью территории России. Его территория относится в основном к районам, подверженным гололедообразованию и значительным ветровым нагрузкам. Кроме того, здесь в атмосферу выбрасывается большое количество загрязняющих веществ, из которых львиная доля приходится на цветную металлургию. Основными источниками выбросов являются предприятия ОАО «ГМК "Печенганикель"» и ОАО «Комбинат "Североникель"». Все это оказывает влияние на износ электрооборудования. Поэтому для поддержания технического состояния ВЛ необходимо проводить периодические осмотры оборудования. Это успешно выполняется силами ПАО «ФСК ЕЭС» и ПАО «МРСК Северо-Запада», входящих в группу компаний ПАО «Россети», несмотря на заниженные нормативы стандартов, климатические условия и труднодоступность магистральных линий.
Текущее развитие электрической сети Кольской энергосистемы идет в основном за счет строительства подстанций и ВЛ класса 330 кВ и реконструкции отдельных участков линий напряжением 110-150 кВ.
Для оценки состояния воздушных ЛЭП, работающих в условиях Арктики, ЦЭС КНЦ РАН было проведено низовое выборочное обследование состояния ряда ВЛ класса 150 и 330 кВ на основе технической документации и актов технического освидетельствования ВЛ. Важно отметить, что обслуживающими организациями проводится аналогичный постоянный контроль состояния воздушных ЛЭП в Кольской энергосистеме, выявленные дефекты доказывают интенсивность влияния климата и условий работы на элементы ЛЭП.
При обследовании опор были обнаружены следующие дефекты: проседание фундамента на трех опорах; разрушение фундамента (сколы, раковины, трещины) на сорока пяти опорах; оголение арматуры подножников на восьми опорах; неплотное прилегание пят к подножникам на двадцати девяти опорах; язвенная коррозия пяты и подпятника на двух опорах; язвенная коррозия пяты на пяти опорах; отсутствие болтов в креплениях стяжек на двух опорах; отсутствие одной из стяжек на двух опорах; коррозия оттяжек и их креплений к фундаментам на трех опорах; язвенная коррозия заземляющих спусков с разрушением более 50 % сечения на трех опорах; коррозия заземляющих спусков на шестидесяти пяти опорах; отсутствие заземляющих спусков на двадцати семи опорах; обрыв заземляющего спуска на двух опорах; повреждения изоляции (количество разбитых изоляторов) — 56 изоляторов; налет ржавчины на верхних изоляторах всех поддерживающих гирлянд обследованных опор — на всех обследованных ста шестнадцати опорах; коррозия на поверхности арматуры на ста шести опорах; деформация траверсы на одной опоре; погнутость троса гасителя вибрации на одной опоре. Примеры дефектов представлены на рис. 2-7.
На опорах № 292 и 324 линии Л-153/154 имеется существенное оседание фундаментов (рис. 2, а, б).
Рис. 2. Оседание фундамента опор линии Л-153/154: а — опора № 292; б — опора № 324
Fig. 2. The subsidence of the L-153/154 line pylons foundation: а — pylon No. 292 б — pylon No. 324
У опоры № 136 Л-153/154 отмечены дефекты трех подножников. На одном из подножников есть трещины и раковина размером около 10x3 см и глубиной около 1,5 см (рис. 3, а), на другом подножнике — значительные сколы бетона (рис. 2, в). Стяжки имеют сварное соединение с ногами опоры (рис. 3, б, в).
У опоры № 59а Л-171/172 обнаружено неплотное прилегание пят двух ног опоры к подножникам с образованием зазора около 1 см. Кроме того, на двух подножниках имеются раковины и сколы бетона; в бетоне присутствуют глубокие отверстия по всей высоте фундамента (рис. 4).
У опоры № 200 Л-397 отмечено неплотное прилегание пяты к фундаменту, между пятой и подножником установлена металлическая пластина (рис. 5, а). Также отмечено неплотное прилегание пят к другим подножникам вследствие неровности поверхностного слоя бетона подножников (рис. 5, б—г).
У опоры № 21 Л-398 отмечена язвенная коррозия пяты. Наблюдается частичное разрушение фундамента с оголением арматуры. Оголенные участки арматуры фундамента подвержены коррозии. В бетоне имеются включения щебенки (рис. 6).
Выявлены дефекты у опор № 77, 85 и 129 Л-400, такие как: разрушение фундамента и плохое закрепление опоры (рис. 7, а), сквозное коррозионное поражение пяты опоры (рис. 7, б), коррозионное поражение пяты опоры (рис. 7, в).
в
Рис. 3. Дефекты фундаментов опоры № 136 Л-153/154. Пояснения (а-в) в тексте
Fig. 3. Defects in the foundation of the L-153/154 line pylon No. 136. See the text for а-в explication
Рис. 4. Раковины и сколы бетона подножников. Неплотное прилегание пят к подножникам. Опора 59а Л-171/172
Fig. 4. Footboard concrete deflections and chips. Loose fit of the heels to the footrests.
L-171/172 line pylon 59a
Рис. 5. Дефекты подножников опоры № 200 Л-397. Пояснения (а-г) в тексте Fig. 5. Footrest defects of the L-397 pylon No. 200. See the text for а-г explication
Рис. 6. Частичное разрушение подножника опоры № 21 Л-398 Fig. 6. Partial destruction of the footrest of the L-398 pylon No. 21
в
г
В соответствии с Методическими указаниями по оценке технического состояния воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кВ и их элементов (СПО ОРГРЭС, Москва, 1996 г.) по результатам оценки всех элементов ВЛ определяется коэффициент дефектности ВЛ.
По результатам проведенного обследования ВЛ, а также с использованием полученных данных расчетов и испытаний элементов ВЛ (если последние проводились) определяется комплексная качественная оценка технического состояния ВЛ в целом и ее элементов (опор, фундаментов, проводов, тросов, изоляторов и арматуры) согласно требованиям норм и допускам, приведенным в проектных материалах обследуемой ВЛ, в государственных стандартах, ПУЭ [1-11, 15-20].
По результатам документального и выборочного натурных обследований получены ориентировочные оценки реального состояния ВЛ, степень износа рассматриваемых линий Кольской энергосистемы (табл.).
Нормативный срок службы воздушных линий электропередачи напряжением 35-220, 330 кВ и выше на металлических и железобетонных опорах составляет 50 лет [2].
в
Рис. 7. Примеры дефектов опор Л-400: а — опора № 77; б — опора № 85; в — опора № 129
Fig. 7. Defects of the L-400 pylons: а — pylon No. 77; б — pylon No. 85; в — pylon No. 129
Характеристика технического состояния линий электропередачи Description of the power lines technical condition
Системный номер линии Класс напряжения, кВ Год постройки Срок эксплуатации, лет Количество опор, шт. Коэффициент дефектности ВЛ, КДВЛ Оценка состояния, мероприятия Степень износа, %
1 2 3 4 5 6 7 8
Л-153/154 150 1968 41 447 30 (75,4*) Неудовлетворительное. Требуется замена фундаментов, опор, изоляторов, арматуры 70
Л-171/172 150 1966 (1980) 43/29 128 30 (67,1*) То же 70
Л-179 150 1982 27 100+26 30 (75,4*) » 54
Л-223/224 150 1957 52 160/158 30 Удовлетворительное. Требуется обследование 60
Л-226 150 1988 21 303 30 (более 80*) Неудовлетворительное. Требуется замена фундаментов, восстановление заземлений 42
Л-397 330 1980 29 204 20 (более 80*) Требуется восстановление и защита фундаментов и крепежа опор 58
7
00
Окончание таблицы
1 2 3 4 5 6 7 8
Л-398 330 1973 36 193 20 (более 80*) Неудовлетворительное. Требуется замена фундаментов, восстановление заземлений 70
Л-399 330 1976 33 85 20 (42,1*) Удовлетворительное. Требуется восстановление фундаментов и заземлений 66
Л-400 330 1976 33 263 20 (более 80*) Неудовлетворительное. Требуется восстановление фундаментов и заземлений 66
Л-401 330 1973 2001 (рек.) 8 (после рек.) 332 20 (9,6*) Удовлетворительное. Требуется контроль 16
Л-404 330 1989 20 180 20 (57,1*) Удовлетворительное. Требуется восстановление и защита фундаментов, защита опор и крепежа от коррозии 40
Л-406 330 1989 20 290 10 (62,5*) То же 40
Примечание. Коэффициент дефектности выборочно обследованных опор приведен в скобках. Полученная оценка имеет ограниченный объем обследований и ограниченный характер вследствие несоответствия числа обследованных опор рекомендациям РД.
Расчетные оценки степени износа приведены в таблице. При оценке учтены проведенные реконструкции и частичная замена элементов линий при проведении ремонтных работ, а также коэффициенты дефектности по эксплуатационным данным (даны в скобках). Ориентировочные оценки, полученные при выборочном обследовании линий, учитывают ограниченную представительность этих обследований вследствие относительно небольшого числа опор и обследованных участков.
Выводы
В приведенном материале по обследованиям линий отмечается значительная разница с данными эксплуатации. Для всех обследованных участков характерен недостаточный уровень эксплуатационных обследований линий и принятия своевременных решений об устранении недостатков в межремонтный плановый период. Поэтому необходимым мероприятием повышения эффективности эксплуатации ВЛ и продления их срока службы является повышение количества осмотров и обследований специализированными службами и своевременное принятие решений об устранении выявленных недостатков.
В Положении об экспертной системе контроля и оценки состояния и условий эксплуатации воздушных линий электропередачи 110 кВ и выше [18] сформулированы методические рекомендации по организации внутреннего контроля (самоаудита) состояния и условий эксплуатации ВЛ.
Проведение экспертизы и оценки является одним из элементов самоаудита, осуществляемого собственными специалистами и техническими руководителями энергопредприятий в соответствии с Основными положениями контроллинга производственно-хозяйственной деятельности и методическими указаниями по организации внутреннего аудита в рамках контроллинговых систем (РД 153-34.0-08.102-98) [19].
Выполненные обследования показали, что независимая оценка при техническом освидетельствовании энергетических объектов может оказать существенную помощь при анализе состояния ВЛ и послужить гарантией повышения объективности самооценки состояния и уровня эксплуатации ВЛ.
Литература
1. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей / Госэнергонадзор Минэнерго России. М.: ЗАО «Энергосервис», 2003 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
2. Правила организации технического обслуживания и ремонта оборудования, зданий и сооружений электростанций и сетей / Российское открытое акционерное общество энергетики и электрификации «ЕЭС России». СО 34.04.181-2003 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
3. РД 153-34-3-03-285-2002. Правила безопасности при строительстве линий электропередачи и производстве электромонтажных работ. М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2003. С. 101 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
4. СТО 56947007-29.240.01.053-2010. Методические указания по проведению периодического технического освидетельствования воздушных линий
электропередачи ЕНЭС. Введ. 2010-08-24. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» // Консорциум Кодекс. Электронный фонд правой и нормативно-технической информации. URL:
http://docs.cntd.ru/document/1200088720 (дата обращения: 13.11.2019).
5. СО 153-34.20.501-2003. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М.: Энергосервис, 2003 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
6. СТО 56947007-29.240.55.016-2008. Нормы технологического проектирования воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кВ. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС», 2014. С. 72 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
7. РД 34.20.504-94. Типовая инструкция по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35-800 кВ. М.: Издательство НЦ ЭНАС 2003. С. 133 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
8. СО 34.45-51.300-97. Объем и нормы испытаний электрооборудования. М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2004. С. 177 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
9. РД 34.0-20.363-99. Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ. М.: СПО ОРГРЭС, 2000 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
10. РД 153-34.0-20.525-00. Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок. М.: СПО ОРГРЭС, 2000 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
11. Методические указания по оценке технического состояния воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кВ и их элементов на основании комплексного инструментального обследования. М.: СПО ОРГРЭС, 2002.
12. Burtsev A. V., Yaroshevich V. V, Fastiy G. P. The Concept of Lightning Detection Network Enhancement on the Kola Peninsula // 2018 International MultiConference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon). DOI: 10.1109/FarEastCon.2018.8602585
13. Yaroshevich V. V, Karpov A. S, Burtsev A. V. The consumer localization distorting power quality: studying of a possibility // 2018 International MultiConference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon). DOI: 10.1109/FarEastCon.2018.8602817
14. Бурцев А. В. Фастий Г. П., Ярошевич В. В. Сопоставление результатов регистрации различных систем грозопеленгации в Кольском регионе // Труды Кольского научного центра РАН. 2018. Т. 9. С. 48-52.
15. Методические указания по проведению периодического технического освидетельствования воздушных линий электропередачи ЕНЭС. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС», 2010. С. 51 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
16. Постановление Совета министров СССР от 22 октября 1990 г. № 1072 «О единых нормах амортизационных отчислений на полное восстановление основных фондов народного хозяйства СССР // Законы, кодексы и нормативно-правовые акты Российской Федерации: сайт. URL: https://legalacts.ru (дата обращения: 13.11.2019).
17. Правила устройства электроустановок / под ред. С. Г. Королева. 7-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2007 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
18. РД 153-34.3-20.524-00. Положение об экспертной системе контроля и оценки состояния и условий эксплуатации воздушных линий электропередачи 110 кВ и выше // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
19. РД 153-34.0-08.102-98. Основные положения контроллинга производственно-хозяйственной деятельности и методические указания по организации внутреннего аудита в рамках контроллинговых систем // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
20. СТО 56947007-29.240.003-2008. Методические указания по дистанционному оптическому контролю изоляции воздушных линий электропередачи и распределительных устройств переменного тока напряжением 35-1150 кВ. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС», 2009. С. 99 // Бесплатная база ГОСТ. URL: https://docplan.ru (дата обращения: 13.11.2019).
Сведения об авторах
Карпов Алексей Сергеевич
старший научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук», кандидат технических наук Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21 А эл. почта: [email protected]
Ярошевич Вера Васильевна
научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук», кандидат технических наук Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21 А эл. почта: [email protected]
Фастий Галина Прохоровна
научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук»
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21 А эл. почта: [email protected]
