Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Электротехника
Размещена 19.05.2017. Последняя правка: 18.05.2017.

Классификация элементов электрических сетей на территории Карелии по критериям надежности

Кашина Екатерина Владимировна

магистр

Санкт-Петербургский Горный университет

студент

Яцушко Богдан Андреевич, магистр, Санкт-Петербургский горный университет, кафедра электротехники и электромеханики. Консультант: Божков М.И., кандидат технических наук, доцент, заместитель заведующего кафедрой электротехники и электромеханики, Санкт-Петербургский горный университет


Аннотация:
В качестве объекта исследования было выбрано открытое акционерное общество "Прионежская сетевая компания", которая занимается обслуживанием электрических сетей на территории 15 районов Карелии. Существенным фактором, оказывающим влияние на производственно-хозяйственную деятельность предприятия является значительный износ электросетевого имущества, которое находится в крайне неудовлетворительном техническом состоянии и требует значительных затрат на его восстановление. В литературе практически нет данных по отказам элементов сетей за последние 20-30 лет.


Abstract:
As an object of research, Open Joint Stock Company "Prionezhskaya Grid Company" was chosen, which was engaged in providing electric grids in the territory of 15 districts of Karelia. A significant factor affecting the production and economic activities of the enterprise is a significant deterioration of the power grid facilities, which is in an extremely unsatisfactory technical condition and requires significant costs for its restoration. In the literature there is practically no data on failures of network elements for the last 20-30 years.


Ключевые слова:
отказ; надежность; классификация; отключение; фактор; показатель; воздушная линия; перерыв.

Keywords:
failure; reliability; classification; shutdown; factor; metric; air line; outage.


УДК 620.9

Введение

Гарантия устойчивой работы электростанций и подстанций, электрических  сетей и систем, бесперебойное обеспечение потребителей электроэнергией являются основными целями разработки и эксплуатации электрических систем, сетей и электроустановок (ЭУ). Совершенствование электроэнергетики основывается на методах проектирования и эксплуатации, обеспечивающих минимум затрат материальных ресурсов и расхода труда при обеспечении нужной степени надежности электроснабжения [1].

Актуальность

Современную жизнь тяжело представить без электрической энергии. Она применяется во всех отраслях народного хозяйства: в промышленности, в сельском хозяйстве, в быту и т.д. При  функционировании электрических сетей к ним предъявляются повышенные требования по экономии электроэнергии и надежности электроснабжения.

В качестве объекта исследования было выбрано открытое акционерное общество "Прионежская сетевая компания", которая занимается обслуживанием электрических сетей на территории 15 районов Карелии. Существенным фактором, оказывающим влияние на производственно-хозяйственную деятельность предприятия является значительный износ электросетевого имущества, которое находится в крайне неудовлетворительном техническом состоянии и требует значительных затрат на его восстановление. В литературе практически нет данных по отказам элементов сетей за последние 20-30 лет.

Цель

Целью данной работы является анализ надежности электрических сетей ОАО «Прионежская сетевая компания», а именно классификация элементов сетей по критериям надежности.

Научная новизна

За последнее время в республике Карелия произошел рост электрических нагрузок, процесс увеличения количества различных предприятий, углубление электрификации в промышленности и в быту.

Огромный масштаб дорогостоящего энергетического строительства выдвигает требования экономии капитальных вложений и поиск простых и актуальных предложений по развитию и разработке систем электроснабжения. При этом поиск уменьшения капитальных вложений является одним из первых вопросов проектирования линий электропередач.

Впоследствии упадка экономики 90-х годов, практически остановилось инвестирование сельскохозяйственной электроэнергетики, как результат прекратилось обновление электрооборудования, закончилось строительство новых линий электропередач взамен аварийных и вышедших из строя, уменьшилось финансирование объектов, требующих ремонта и технического перевооружения сетей. Это сопровождается увеличением выработки главных активов электрических сетей, потребностью ремонтировать и заменять воздушные линии и трансформаторные подстанции, которые выработали нормативные сроки службы, что привело к повышению аварийности и снижению надежности электроснабжения и качества электроэнергии [2,3]. В удаленных электросетевых районах, число аварий превышает нескольких десятков за год, а годовой аварийный недоотпуск электрической энергии достигает нескольких миллионов кВт·ч.

Методы исследования

Показателями надежности называют количественные характеристики одного или нескольких свойств электрической системы (ЭС) составляющих ее надежность.

К таким характеристикам относят, например, временные понятия - наработку элемента электрической системы до отказа, наработку между отказами, срок службы, время восстановления. Значения этих показателей получают по результатам испытаний или эксплуатации [1].

Задача анализа взаимодействия электротехнического оборудования с воздействующими факторами заключается в исследовании технических, организационных и экономических мероприятий, которые приводят к увеличению надежности элементов электротехнического оборудования. Согласно взаимодействию электроустановок с влиянием окружающей среды региона нужно узнать характер и фактор взаимного влияния, качественной и количественной оценки, изучить поток отказов из-за воздействующих факторов с учетом пространства и времени [4].

Отказ электрической сети в выполнении заданных функций наступает в результате отказов оборудования сети, отказов смежных сетей и отказов противоаварийной автоматики.

Для обработки информации об отказах элементов сетей разделим их на несколько категорий факторов.

К эксплуатационным факторам относятся перегрузки элементов, дуги коротких замыканий, перенапряжения, а также значительное место занимают квалификация персонала, некачественный ремонт и обслуживание.

К факторам окружающей среды относятся интенсивность грозовой и ветровой деятельности, гололёдные отложения, дожди, мокрый снег и др.

К факторам стихийных бедствий относятся повал деревьев, лесной пожар, паводок.

К фактору вынужденных отключений отнесены отказы в сетях потребителя и отключения на источнике питания.

К антропогенным факторам относятся случайные факторы: наезд транспорта на опоры ЛЭП, обрыв КЛ в результате земляных работ и др.

Ежедневно центральной диспетчерской службой ОАО "Прионежская сетевая компания" ведётся «Журнал аварийных отключений». Классификация отказов по факторам, влияющим на надежность электроустановок, приведена в табл. 1.

Таблица 1. Классификация отказов по факторам, влияющим на надежность электроустановок

Категория вида отказа/количество

Категория элемента/количество отказов

ВЛ-6, 10кВ

ВЛ-0,4 кВ

КЛ-6, 10 кВ

КЛ-0,4 кВ

ТП

Эксплуатационный факторы/

1465

Повреждение или обрыв провода/421

111/49

112/279

113/56

114/32

115/5

Повреждение или разрушение части элемента/216

121/89

122/58

123/3

124/3

125/63

Срабатывание защит/749

131/397

132/310

133/4

134/3

135/35

Падение опор/79

141/32

142/47

-

-

-

Фактор окружающей среды/

267

Ветровая нагрузка, обрыв провода, падение опоры/38

211/11

212/27

-

-

-

Налипание снега/97

221/46

222/51

-

-

-

Гололёдообразование/3

231/3

-

-

-

-

Грозовая деятельность/28

241/17

242/10

-

-

245/1

Ветровая деятельность, касание, перехлёст/101

251/21

252/80

-

-

-

Стихийные бедствия/

291

Повал деревьев/284

311/215

312/69

-

-

-

Лесной пожар/2

321/2

-

-

-

-

Паводок/5

331/3

-

-

-

335/2

Вынужденные отключения / 443

Отказ на источнике питания/270

411/193

412/8

413/1

-

415/68

    Отказ в сетях потребителя/173

421/94

422/61

423/3

424/5

425/10

 

Антропогенный фактор/133

51/32

52/54

53/21

54/18

55/8

               Время отключения, ч/год

5731

6172

273

354

1018


Отключений по воздушным линиям 35 кВ и 110 кВ в 2013 году не зафиксировано. Аварийных отключений ВЛ-0,4 кВ с повреждением самонесущего изолированного проводника (СИП) зафиксировано 5 общей продолжительностью 40 час. 45 мин. 

Основными причинами повреждений ВЛ являются поверхностные и другие пробои изоляции; гололедно-изморозевые отложения на проводах; нагрузки от ветра и гололеда; вибрация, «пляска» и схлестывание проводов; ослабление механической прочности деталей опор; повреждения, наносимые линии транспортом, механизмами и пр [4-6].

Отказы в работе ВЛ-6-10 кВ довольно часто происходят по причине повала деревьев, это объясняется тем, что основная часть линий проходит по лесам и болотам. Не соблюдение правил эксплуатации ВЛ, а именно периодическая расчистка трассы ВЛ от кустарников и деревьев и содержание в безопасном в пожарном отношении состоянии, соблюдение установленной проектом ширины просек и производство обрезки деревьев, повлекли за собой значительный ущерб надежности этого элемента сети. Деревья, создающие угрозу падения на провода и опоры, вырубаются с последующим уведомлением об этом организации, в ведении которой находятся насаждения.

Большую часть всех отказов элементов сетей занимает эксплуатационный фактор (57%) (техническое состояние сетей, уровень ремонта и обслуживания, человеческий фактор). 

Исходя из имеющихся данных о количестве отказов каждого элемента сети, времени отключения и суммарной протяженности каждого элемента можно провести расчет показателей надежности элементов сети. В годовом отчете ОАО «ПСК» за 2013 год приводятся другие данные для оценки  количества, продолжительности и причин аварийных отключений ВЛ, КЛ 0,4-6-10 кВ (табл. 2, табл. 3).

Таблица 2. Количество и продолжительность аварийных отключений  ВЛ, КЛ 0,4-6-10 кВ в ОАО "ПСК" за  2013 год 

 

 

I квартал

II квартал

III квартал

IV квартал

ИТОГО за  2013   

устройства 6-10 кВ

кол-во аварийных отключений

387

345

261

370

1363

продолжительность аварийных отключений в часах

2094:32:00

1716:11:00

872:46:00

2337:56:00

7021:25:00

объем недопоставленной энергии кВт-ч

238 577

212 589

169 228

346 203

966 597

устройства 0,4 кВ

кол-во аварийных отключений

327

434

377

587

1725

продолжительность аварийных отключений в часах

788:00:00

1548:56:00

1159:00:00

3030:54:00

6526:50:00

объем недопоставленной энергии кВт-ч

51 845

117 287

65 153

164 541

398 826

ИТОГО

кол-во аварийных отключений

714

779

638

957

3088

продолжительность аварийных отключений в часах

2882:32:00

3265:07:00

2031:46:00

5368:50:00

13548:15:00

объем недопоставленной энергии кВт-ч

290 422

329 876

234 381

510 744

1 365 423

Таблица 3. Причины аварийных отключений ВЛ, КЛ 0,4-6-10 кВ  ОАО ПСК за  2013 г.

Причина отключений

ВЛ-КЛ-6-10кВ

Продолжительность отключений ВЛ-КЛ-6-10кВ

ВЛ-КЛ-0,4кВ

Продолжительность отключений ВЛ-КЛ-0,4кВ

Повреждения в сетях ОАО ПСК (износ оборудования, перегруз сетей)

487

1707:29:00

648

2072:09:00

Неблагоприятные погодные условия

452

3210:46:00

825

3200:18:00

Повреждение устройств по вине третьих лиц

65

295:51:00

79

418:03:00

Повреждения в сетях ССО и потребителей

359

1807:19:00

173

836:20:00

Итого за 2013г.:

1363

7021:25:00

1725

6526:50:00


Объем недопоставленной энергии в результате аварийных отключений электрической энергии устройств 6-10 кВ практически в 2 раза больше, чем устройств 0,4 кВ.Большинство отключений ВЛ, КЛ 0,4-6-10 кВпроисходит из-за повреждений в сетях ОАО «ПСК» (износ оборудования, перегруз сетей).

Количество аварийных отключений устройств 0,4 кВ примерно на 30%  больше, чем устройств 6-10 кВ.

Согласно существующей практике оценки надёжности электроснабжения потребителей различают следующие по продолжительности перерывы в электроснабжении:

-       кратковременный перерыв ограничен по продолжительности интервалом времени, необходимым для того, чтобы восстановить электроснабжение автоматически с помощью телемеханики или ручным включением там, где оператор может сделать это немедленно; такие операции обычно не превосходят нескольких минут;

-       перерыв среднейпродолжительности ограничен интервалом времени, необходимым для того, чтобы вручную восстановить электроснабжение в местах, где нет дежурного оператора; такие операции занимают 1–2  часа;

-       длительный перерыв, который не может быть квалифицирован как перерыв кратковременный или средней продолжительности.

В ПУЭ приведены  следующие продолжительности перерывов электроснабжения в зависимости от категории надежности электроприемников [7]:

-       перерыв на время автоматического восстановления питания для первой категории (2-5 с);

-       перерыв на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады для второй категории (0,5 час.);

-       перерыв электроснабжения необходимый для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, который не превышает 1 суток для третьей категории.

По данным о фактических перерывах электроснабжения  из «Журнала аварийных отключений» центральной диспетчерской службы ОАО "Прионежская сетевая компания" с учетом рекомендаций составим следующую классификацию перерывов в электроснабжении по продолжительности [7].

Кратковременные перерывы (0-0,5 ч) были зафиксированы 245 раз.

Перерывы средней продолжительности (0,5-2 ч) – 1113 раза.

Нормированные длительные перерывы (2-24 ч) – 1735 раз.

Перерывы на время автоматического восстановления питания для первой категории (2-5 с) не были зафиксированы.

Перерывы для второй категории (0-0,5 ч) – 245 раз.

Перерывы для третьей категории (0,5-24 ч) – 2788 раз.

Недопустимые длительные перерывы (более 24 ч) – 60 раз. Такие перерывы чаще всего появляются вследствие падения деревьев на ВЛ, сильного ветра, обрыва проводов.

Проанализировав эти сведения, можно составить процентное соотношение всех видов  фактических перерывов электроснабжения.

Кратковременные перерывы (0-0,5 ч) составляют 8% от общего числа перерывов, средней продолжительности (0,5-2 ч) – 36%, нормированные длительные перерывы (2-24 ч) – 56% (являются самыми частыми).

Перерывы на время автоматического восстановления питания (до 5 с) не были зафиксированы и составляют 0% от общего числа перерывов, перерывы для второй категории (0-0,5 ч) – 8%, перерывы для третьей категории (0,5-24 ч)  – 90%, недопустимые длительные перерывы (более 24 ч)  – 2%.

Перерывы возникают по многим причинам, например: обгорание фазного провода, обрыв провода, падение веток на провода, падение опоры, сильный ветер, повреждение кабеля, повреждение трансформатора, повреждение проходного и опорного изоляторов, падение снега с крыши дома; повреждение разъединителя, рубильника, муфты кабеля, проходных и опорных изоляторов; разрушения оборудования в результате грозы. 

Вывод

1. Выполнена классификация отказов по факторам, влияющим на надежность электроустановок в ОАО Прионежская сетевая компания за  2013 год (табл. 1).

Большую часть всех отказов элементов сетей занимает эксплуатационный фактор (57%). Фактор окружающей среды составляет 10%, стихийные бедствия – 11%, вынужденные отключения – 17%, антропогенный фактор – 5%. 

2. Выполнен анализ причин аварийных отключений ВЛ, КЛ 0,4-6-10 кВ в ОАО "ПСК" за  2013 год (табл. 2, табл. 3).

Большинство отключений элементов сети происходит из-за повреждений в сетях ОАО «ПСК» (износ оборудования, перегруз сетей) – 36%. Повреждения, возникающие из-за неблагоприятных погодный условий составляют 33%, повреждения устройств по вине третьих лиц – 5%, повреждения в сетях ССО и потребителей – 26%.

3. Также выполнена классификация по продолжительности перерывов в электроснабжении.

Кратковременные перерывы (0-0,5 ч) составляют 8% от общего числа перерывов, средней продолжительности (0,5-2 ч) – 36%, нормированные длительные перерывы (2-24 ч) – 56% (являются самыми частыми).

4. Перерывы на время автоматического восстановления питания (до 5 с) не были зафиксированы и составляют 0% от общего числа перерывов, перерывы для второй категории (0-0,5 ч) – 8%, перерывы для третьей категории (0,5-24 ч)  – 90%, недопустимые длительные перерывы (более 24 ч)  – 2%.

Тот факт, что перерывы на время автоматического восстановления питания (до 5 с) не были зафиксированы, показывает, что электросетевая компания не может обеспечить электроснабжение потребителей первой категории, поэтому эти потребители должны сами принимать меры  по обеспечению надежности питания.

Библиографический список:

1. Божков М.И., Минакова Т.Е. Надежность электроснабжения: Учеб. пособие/ М.И.Божков, Т.Е.Минакова. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». СПб, 2012. 81 с.
2. Кудрин Б.И. О концепции государственного плана рыночной электрификации России // Электрика. 2009. №8
3. Божков М.И. Энергосбережение – это оптимизация производства и потребления энергии // Электрика. 2010. №1
4. Китушин В.Г. Надежность энергетических систем /В.Г. Китушин. – М.:Высш. школа, 1984, 256 с.
5. ГОСТ Р 53480-2009. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 2009, 34 с.
6. Конюхова Е.А. Надежность электроснабжения промышленных предприятий. / Конюхова Е.А, Киреева Э.А. – М.: НТФ "Энергопрогресс", 2001, 92 с.
7. ПУЭ. Глава 1.2 Электроснабжение и электрические сети, 7 издание




Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх