О характеристиках надежности воздушных линий 6–10 кВ с неизолированными и защищенными проводами

Page 1

Page 2

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

О характеристиках надежности
воздушных линий 6–10 кВ
с неизолированными
и защищенными проводами

УДК 621.311.1:621.3.019.3

Подвергнуты

статистическому

анализу

параметры

надежности

воздушных

линий

6–10

кВ

неизолированными

защищенными

проводами

частота

отказов

среднее

время

восстановления

Показано

что

при

прочих

равных

условиях

переход

от

неизоли

рованных

защищенным

проводам

приводит

заметному

(

3,5–7,4

раза

)

возрастанию

надежности

линий

На

основании

этого

также

ряда

других

влияющих

факторов

реко

мендовано

более

широкое

применение

воздушных

линий

защищенными

проводами

сетях

среднего

напряжения

Абдурахманов

к.т.н., советник АО «ОЭК»

Глушкин

аспирант кафедры

электроэнергетических

систем ФГБОУ ВО «НИУ

«МЭИ»

Шунтов

д.т.н., профессор кафедры

электроэнергетических

систем ФГБОУ ВО «НИУ

«МЭИ»

Ключевые

слова

электрические сети 6–10 кВ,

надежность, частота

отказов, среднее время

восстановления, структура

отказов, не изолированные

и защищенные провода

ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ

Параметры надежности воздушных

линий (ВЛ) 6–10 кВ подвергались ана-

лизу в изрядном количестве работ

на протяжении многих десятилетий.

И к этой проблематике не стоило воз-

вращаться, если бы не два обстоя-

тельства.

Первое — чрезвычайно широкий

диапазон приводимых в литературе

значений параметра потока устой-

чивых отказов



(точнее — среднего

параметра потока отказов или ча-

стоты отказов). Например, в рабо-

те [1]



= 2÷20 1/(год·100 км), в [2] —

7,64 1/(год·100 км), а в [3–5] —

21÷25 1/(год·100 км) и даже более [6].

Второе обстоятельство заключа-

ется в том, что последние годы в се-

тях среднего напряжения страны все

более широкое применение получают

ВЛ с защищенными проводами (ВЛЗ),

то есть с проводами, имеющими за-

щитную изолирующую оболочку. Они

по сравнению с не-

изолированными про-

водами (далее по

тексту аббревиатура

ВЛ используется для

линий с неизолиро-

ванными проводами)

имеют

известные

преимущества с по-

зиций

надежности.

Отмечается [7], что

ВЛЗ защищены от

схлестывания, обла-

дают высокой механической прочно-

стью, на них практически не образует-

ся гололед и др.

Сравнительный качественный ана-

лиз составляющих отказов линий

с проводами различного типа, выпол-

ненный в работе [8] на основе отчет-

ных данных по ВЛ в Северо-Западном

регионе (



= 6,84 1/(год·100 км)), по-

зволил ее автору предположить, что

применение ВЛЗ позволит снизить

частоту отказов линий соответству-

ющего класса напряжения в 2,4 раза.

Широкое применение ВЛЗ в отече-

ственных энергосистемах датируется

началом 2000-х годов и к настояще-

му времени в ряде из них данный тип

линий занимает все более весомую

долю.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

НАДЕЖНОСТИ

С учетом вышеизложенного авторы

статьи поставили перед собой зада-

чу подвергнуть анализу аварийную

статистику в воздушных электриче-

ских сетях 6–10 кВ одной из наиболее

крупных электросетевых компаний ев-

ропейской части страны. Объем ста-

тистической выборки по ВЛ и ВЛЗ за

2015–2017 гг. отражен в таблице 1.

Как видно из таблицы, каждый

год в эксплуатацию вводится около

1000 км ВЛЗ и к настоящему време-

ни их доля достигла примерно одной

трети. Ежегодный рост протяженно-

сти ВЛЗ заметно превышает увели-

Табл. 1. Протяженности

электрических сетей в регионе

Год

Общая протяженность

электрической сети 6–10 кВ, км

ВЛ

ВЛЗ

Всего

2015

20 033

8067

28 100

2016

19 437

8901

28 338

2017

18 708

10 177

28 885

Page 3

Табл. 2. Аварийность линий электропередачи

Год

ВЛ

ВЛЗ

Число от-

ключений, шт.

Длительность

отключений, ч

Число от-

ключений, шт.

Длительность

отключений, ч

2015

557

1038,4

86,5

2016

438

836,7

96,5

2017

345

862,5

189,5

Всего

1340

2737,6

372,5

Табл. 3. Параметры надежности линий электропередачи

Год

ВЛ

ВЛЗ



, 1/(год

100 км)

, ч



, 1/(год

100 км)

, ч

2015

2,78

1,86

0,31

3,60

2016

2,25

1,91

0,33

3,33

2017

1,84

2,50

0,30

6,11

Всего

2,30

2,04

0,31

4,38

чение суммарной протяженности

сети 6–10 кВ в регионе.

В таблице 2 приведены общее

число аварийных отключений

и их суммарная длительность

для ВЛ и ВЛЗ из таблицы 1.

На основании данных таб-

лиц 1 и 2 нетрудно рассчитать

численные значения параметра

потока отказов и среднего време-

ни восстановления

рассматри-

ваемых линий (таблица 3).

Как видно из таблицы 3, ча-

стота отказов ВЛ за рассматри-

ваемый период составила всего

2,3 1/(год·100 км). По-видимому,

сравнительно низкая аварийность

линий связана с предшествующи-

ми событиями зимы 2010 года,

когда в регионе случился ано-

мально тяжелый ледяной дождь.

Он привел к многочисленным

авариям в электрических сетях

6–10 кВ, масштабным и дли-

тельным ограничениям электро-

снабжения потребителей, что

вызвало большой общественный

резонанс. Надо полагать, что при

этом обрушилось все самое

изношенное и ветхое. Еще

более значительная часть

отключений была вызвана

падением деревьев на про-

вода.

Принятые в последую-

щем организационно-техни-

ческие мероприятия (уско-

ренная реконструкция сетей,

повсеместная и бескомпро-

миссная расчистка просек

вдоль трасс линий, замена

неизолированных проводов

на защищенные и др.) по-

зволили достичь указанных

в таблице 3 показателей на-

дежности. Сказанное не сле-

дует трактовать как показа-

тельную замену всего и вся

в отдельно взятой энергоси-

стеме. Так до сих пор доля

проводов ВЛ марки А (алю-

миниевые без стального

сердечника), широко исполь-

зуемых в «старых» проектах,

и АС (сталеалюминиевые)

примерно одинакова.

На каждый год выпадает

три–пять дней, в течение ко-

торых случается треть и бо-

лее всех отключений линий

вследствие ураганов и ле-

Рис

. 1.

Распределение

относительного

числа

устойчивых

отказов

линий

по

меся

цам

года

—

ВЛ

;

—

ВЛЗ

дяных дождей (рисунок 1). Что

касается частоты отказов ВЛЗ, то

последние оказались заметно на-

дежней ВЛ (таблица 3). Чтобы вы-

яснить причину этого, рассмотрим

структуру отказов ВЛ и ВЛЗ.

В таблице 4 приведена ор-

ганизационная структура сум-

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

январь

февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь октябрь

ноябрь

декабрь

До

ля от общего числа,

2015

2016

2017

4,1

9,2

8,6

5,0

13,6

7,2

12,6

4,8

4,5

8,8

2,0

19,6

4,8

7,3

7,1

6,2

4,6

8,2

14,8

5,3

4,6

8,2

14,4

14,6

5,5

7,0

7,5

3,5

12,8

17,1

10,4

6,1

9,0

5,8

3,5

11,9

0,0

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

январь

февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

До

ля от общего числа,

2015

2016

2017

а)

б)

№

1 (52) 2019

Page 4

марных отказов ВЛ и ВЛЗ из та-

блицы 2 за период 2015–2017 гг.

(классификационные признаки

отказов взяты из [9]). Анализ

данных таблицы 4 показывает,

что структура отказов ВЛ и ВЛЗ

в определенной мере оказалась

ожидаемой. Так, доля отказов,

связанная с воздействием посто-

ронних лиц и организаций, а так-

же неблагоприятных природных

явлений (падение деревьев), до-

стигает в обоих случаях 70–80%.

Закономерно, что доля отказов

ВЛЗ, связанная с атмосферными

перенапряжениями, в несколь-

ко раз превышает таковую для

ВЛ, о чем еще ранее говорилось

в [7]. Однако частота отказов,

пересчитанная к протяженности

100 км, для ВЛЗ оказывается

примерно на порядок (в 7,4 раза)

меньше, чем у ВЛ: 0,31 против

2,3 1/(год·100 км).

Заметное снижение частоты

отказов ВЛЗ отчасти нивелиру-

ется возрастанием для них сред-

него времени восстановления,

которое примерно в два раза

выше, чем для ВЛ. В этом пла-

не показателен 2017 год, когда

среднее время восстановления

у ВЛЗ выросло с 3,33–3,6 до 6,11 ч

вследствие аварийной замены

нескольких опор, поврежденных

строительной техникой (табли-

ца 3). Очевидно, что произведение



— это ожидаемый среднего-

довой аварийный простой линии:

2,3 · 2,04 = 4,7 ч на 100 км для ВЛ

и 0,31 · 4,38 = 1,36 ч на 100 км для

ВЛЗ, то есть с указанных позиций

ВЛЗ в 4,7/1,36 ≈ 3,5 раза имеют

более благоприятные характери-

стики.

ВЫВОДЫ

Капитальные вложения на ВЛЗ

рассматриваемого класса на-

пряжений на 29–34% выше,

чем на ВЛ. Однако ежегодные

эксплуатационные расходы по

ВЛЗ на 80% ниже [7]. Также для

них с 10 до 5 м сокращаются

охранные зоны, что в итоге мо-

жет перекрывать затраты на от-

чуждение земель (сокращение

границы зон с особыми услови-

ями использования территорий)

и вырубку зеленых насаждений.

Добавим к этому возрастание

в 3,5–7,4 раза надежности линий

электропередачи в зависимости

от соответствующих используе-

мых показателей.

На основании вышеизложен-

ного можно сделать осторож-

ное предположение, что при

электросетевом строительстве,

как правило, целесообразно ис-

пользовать ВЛЗ, а применение

ВЛ должно требовать отдельного

технико-экономического обосно-

вания, поскольку в последнем

случае существенно возрастают

требования к секционированию

сети с целью обеспечения требуе-

мых уровней надежности электро-

снабжения потребителей.

В частности, допустимая ча-

стота отказов в электроснабже-

нии и их длительность [10] или,

в современной трактовке, сред-

ние частота и продолжитель-

ность прекращения передачи

электроэнергии [11] — важней-

шие показатели надежности,

влияющие на предпочтительную

структуру электрической сети, то

есть структуру, к которой следует

стремиться.

Грубые оценочные расчеты

показывают, что, если принять

характеристики надежности ВЛЗ

из таблицы 3, то предпочтитель-

ный облик электрической сети

представляет собой преимуще-

ственно простейшие унифициро-

ванные петлевые конфигурации

(на магистральных участках).

Каждая из них опирается на два

территориально

разнесенных

центра питания. В такой сети

представляются избыточными

распределительные

пункты,

а также выключатели (реклоу-

зеры) на протяженных ответвле-

ниях от магистральных участков

к трансформаторным подстан-

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Табл. 4. Структура отказов линий электропередачи

Причина

отказа

ВЛ

ВЛЗ

Количество

отказов,

шт./%



1/(год

100 км)

Количество

отказов,

шт./%



1/(год

100 км)

Несвоевременное вы-

явление и устранение

дефектов

97/7,2

0,167

6/7,1

0,022

Воздействие посторон-

них лиц и организа-

ций, не участвующих

в технологическом

процессе

192/14,3

0,330

20/23,5

0,074

Воздействие птиц

69/5,2

0,119

–

Воздействие повто-

ряющихся стихийных

явлений, в том числе:

888

1,526

0,199

– гололедно-изморо-

зевые отложения

10/0,8

0,017

–

– ветровые нагрузки

(схлестывание про-

водов)

103/7,7

0,177

–

– атмосферные пере-

напряжения (гроза)

27/2,0

0,046

7/8,2

0,026

– прочие воздействия

неблагоприятных

природных явлений

(падение деревьев,

веток)

748/55,8

1,286

47/55,3

0,173

Дефекты монтажа

35/2,6

0,060

5/5,9

0,018

Невыявленные

причины

59/4,4

0,101

–

Итого

1340/100

2,30

85/100

0,31

Page 5

циям 6–10/0,4 кВ. Магистрали

достаточно секционировать ре-

клоузером в одной точке. При-

чем независимо от возможного

диапазона изменения параме-

тров сети — ее протяженности,

плотности нагрузок, количества

присоединяемых трансформа-

торных подстанций и др. (факти-

ческий разброс параметров см.,

например, в [12]). Однако дан-

ный вопрос выходит далеко за

рамки настоящей статьи и тре-

бует отдельного рассмотрения,

поскольку затрагивает общие

принципы построения электри-

ческих сетей среднего напряже-

ния.

ЛИТЕРАТУРА
1. Рыбаков Л.М., Иванова З.М. Прогнозирование отказов

и планирование резерва и запасных элементов, аппа-

ратов и оборудования распределительных электриче-

ских сетей 10 кВ // Вестник Чувашского университета,

2015, №1. С. 104–110.

2. Указания по применению показателей надежности эле-

ментов энергосистем и работы энергоблоков с паротур-

бинными установками. М.: СПО Союзтехэнерго, 1985.

18 с.

3. Анищенко В.А., Колосова И.В. Основы надежности си-

стем электроснабжения. Минск: БНТУ, 2007. 151 с.

4. Федосенко Р.Я. Эксплуатационная надежность электро-

сетей сельскохозяйственного назначения. М.: Энергия,

1977. 320 с.

5. Прусс В.Л., Тисленко В.В. Повышение надежности

сельских электрических сетей. Л.: Энергоатомиздат,

1989. 208 с.

6. Долецкая Л.И., Кавченков В.П., Солопов Р.В. Оценка

эффективности методов повышения надежности рас-

пределительных электрических сетей // Интернет-жур-

нал «НАУКОВЕДЕНИЕ», 2015, том 7, № 6. URL: http://

naukovedenie.ru/PDF/98TVN615.pdf.

7. Преимущества самонесущих изолированных проводов

6–35 кВ. Способы защиты воздушных линий от грозо-

вых перенапряжений // Новости Электротехники, 2002,

№ 3(15). URL: http:// www.news.elteh.ru/arh/2002/15/09.

php.

8. Гульков В.М. Воздушные линии напряжением 10(6) кВ

с изолированными проводами. Автореф. дисс. … канд.

техн. наук. СПб: С.-Петербургский гос. горн. ин-т, 1997.

22 с.

9. Приказ Минэнерго России от 02.03.2010 № 90 (ред. от

27.07.2017) «Об утверждении формы акта о расследо-

вании причин аварий в электроэнергетике и порядка ее

заполнения».

10. Руководящие материалы по проектированию элек-

троснабжения сельского хозяйства. Методические

указания по обеспечению при проектировании нор-

мативных уровней надежности электроснабжения

сельскохозяйственных потребителей. М.: Минэнерго

СССР, 1986. 33 с.

11. Приказ Минэнерго России от 29.11.2016 № 1256 «Об ут-

верждении Методических указаний по расчету уровня

надежности и качества поставляемых товаров и оказы-

ваемых услуг для организации по управлению единой

национальной (общероссийской) электрической сетью

и территориальных сетевых организаций».

12. Майоров А.В., Осинцев К.А., Шунтов А.В. О примене-

нии номинального напряжения 20 кВ в воздушных элек-

трических сетях // Электричество, 2018, № 9. С. 4–11.

REFERENCES
1. Rybakov L.M., Ivanova Z.M. Prediction of failures and

planning of reserve and spare elements, apparatuses and

equipment for 10 kV distribution electrical networks.

Vest-

nik CHuvashskogo universiteta

[Bulletin of the Chuvash

University], 2015, no.1, pp. 104-110. (In Russian)

2. Instructions on the application of reliability indexes for pow-

er systems facilities and operation of generator units with

steam turbine installations. Moscow, SPO Soyuztekhen-

ergo Publ., 1985. 18 p. (In Russian).

3. Anishchenko V.A., Kolosova I.V.

Osnovy nadezhnosti

sistem elektrosnabzheniya

[Fundamentals of power supply

systems reliability]. Minsk, BNTU Publ., 2007. 151 p.

4. Fedosenko R.Ya.

Ekspluatatsionnaya nadezhnost elek-

trosetey selsko-khozyaystvennogo naznacheniya

[Opera-

tional reliability of power grids for agricultural purposes].

Moscow, Energiya Publ., 1977. 320 p.

5. Pruss V.L, Tislenko V.V.

Povysheniye nadezhnosti selskikh

elektricheskikh setey

[Improving the reliability of rural elec-

trical networks]. Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1989.

208 p.

6. Doletskaya L.I., Kavchenkov V.P., Solopov R.V. Evaluating

the eﬀ ectiveness of methods for improving electrical dis-

tribution networks reliability. Science studies, 2015, vol. 7,

no. 6. Available at: http://naukovedenie.ru/PDF/98TVN615.

pdf (accessed February 04, 2018).

7. Advantages of 6–35 kV self-supporting insulated wires.

Ways for protecting overhead lines from lightning surges.

Electrical engineering news, 2002, no. 3(15). Available at:

http://www.news.elteh.ru/arh/2002/15/09.php (accessed

February 04, 2018).

8. Gulkov V.M.

Vozdushnyye linii napryazheniyem 10(6) kV

s izolirovannymi provodami. Cand. Diss.

[6-10 kV over-

head lines with insulated wires. Cand. Diss. Abstract]. St.

Petersburg, 1997. 22 p.

9. Ministry of Energy of Russia order No. 90 dated March 02,

2010 (as amended on July 27, 2017) "On the approval of

act form concerning investigation of power industry acci-

dents causes and ﬁ lling procedure for the act". Moscow,

2010. (in Russian)

10. Guidance on the design of agricultural power supply.

Guidelines for ensuring regulatory levels of reliability when

designing power supply system for agricultural consumers.

Moscow, USSR Ministry of Energy Publ., 1986. 33 p. (in

Russian).

11. Ministry of Energy of Russia order No. 1256 dated No-

vember 29, 2016 "On approval of guidelines for calculat-

ing reliability and quality of delivered goods and rendered

services for the organization managing the uniﬁ ed national

electrical grid, and territorial grid organizations". Moscow,

2016. (in Russian)

12. Mayorov A.V., Osintsev K.A., Shuntov A.V. On the applica-

tion of 20 kV rated voltage in overhead electrical networks.

Elektrichestvo

[Electricity], 2018, no. 9, pp. 4–11 (in Rus-

sian)

№

1 (52) 2019

Оригинал статьи: О характеристиках надежности воздушных линий 6–10 кВ с неизолированными и защищенными проводами

Ключевые слова: электрические сети 6–10 кВ, надежность, среднее время восстановления, частота отказов, структура отказов, защищенные и неизолированные провода

Читать онлайн

Подвергнуты статистическому анализу параметры надежности воздушных линий 6–10 кВ с неизолированными и защищенными проводами: частота отказов и среднее время восстановления. Показано, что при прочих равных условиях переход от неизолированных к защищенными проводам приводит к заметному (в 3,5–7,4 раза) возрастанию надежности линий. На основании этого, а также ряда других влияющих факторов, рекомендовано более широкое применение воздушных линий с защищенными проводами в сетях среднего напряжения.