Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
BBK 30 Техника и технические науки в целом
Studies were carried out with the aim of analyzing blackouts in electric networks of 0.4 ... 10 kV and determining the main countermeasures to reduce their number. As an indicator of reliability, the failure rate of the main network elements is analyzed. The total number of outages considered included consumer outages, outages due to damage to 0.4 kV overhead power lines (transmission lines) and transformer substation (TS) equipment. The studies were carried out on the basis of the data of Mtsenskiy, Orloyskiy and Pokrovsky districts of electric networks of “Oreloenergo” – a branch of PJSC “MRSK Center” and JSC “Oreloblenergo” in the period from 2015 to 2017. Most of the causes of damage to power line equipment of 0.4 and transformer substations of 10/0.4 kV can be prevented by increasing the level of its maintenance and conducting timely diagnostics. The determination of quantitative indicators of the effectiveness of countermeasures to reduce the number of outages is difficult due to the lack of technical condition monitoring systems in electric networks. The main measures aimed at solving this problem in 0.4 kV networks are the transition to power lines with insulated wires; improving the design of switching devices, switches and transformer leads; the use of diagnostic tools; disaggregation of power lines. Replacing the equipment of electric grids with new types provides the economic effect of reducing the frequency of failures, as well as saving due to a reduction in maintenance costs. In particular, replacing transformers with hermetic ones allows reducing electricity shortfalls by 43.6%, and insulated wires by 95.3%
reliability of power supply, power outages, electric network, power line, power lines, transformer substation, the effectiveness of countermeasures to reduce outages
Отключения в электрических сетях 0,4 кВ приводят к недоотпуску электроэнергии потребителям и ущербу для электросетевых организаций. Последний связан со снижением оплаты за электроэнергию, неоправданным ростом затрат на обслуживание и ремонт оборудования электрических сетей. В документах, регламентирующих техническую политику ПАО «Россети» [1, 2], отмечено, что наименьшей надёжностью обладают электрические сети 0,4…10 кВ, и подчёркнута актуальность разработки и внедрения мероприятий, направленных на её повышение. Для конкретизации таких мер необходим анализ причин отключений, а также понимание результативности разработанных мероприятий. Это позволит прогнозировать экономические эффекты, которые возможны при их реализации.
Получение данных для анализа причин отключений и результативности контрмер по их сокращению возможно путем статистических исследований, проводимых по результатам эксплуатации электрических сетей. Такой подход используют как отечественные авторы [3], так и зарубежные исследователи, изучавшие надёжность систем электроснабжения [4, 5, 6], факторы, влияющие на их эффективность [7] и методы сокращения времени восстановления [8].
Сравнение показателей надёжности электроснабжения потребителей по районам Орловской области показало, что основные причины отключений – неустойчивые повреждения линий электропередачи (ЛЭП), повреждения коммутационного и трансформаторного оборудования трансформаторных подстанций (ТП), повреждения ЛЭП, связанные с несвоевременной вырубкой деревьев вдоль трасс [9]. Однако необходим более подробный анализ причин отключений для выработки рекомендаций по сокращению их количества.
Цель исследования – анализ отключений в электрических сетях 0,38…10 кВ и определение основных контрмер для снижения их количества.
Условия, материалы и методы исследований. Основной метод исследования – статистическое наблюдение отказов основного оборудования сети, приведших к отключениям потребителей и причин этих отказов. В качестве показателя надёжности проанализирована частота отказов основных элементов сети. В общее количество рассмотренных отключений входили отключения из-за повреждения воздушных линий
(ВЛ/ВЛИ) и оборудования ТП. На основе анализа выявляли наиболее частые причины повреждений, приводящие к отключениям в сетях 0,4 кВ, и вырабатывали главные направления работы по сокращению количества отключений и соответственно повышению надежности электроснабжения сельских потребителей. Исследования выполняли на основе данных Мценского, Орловского и Покровского районов электрических сетей Филиала ПАО
«МРСК Центра» – «Орёлэнерго» и АО «Орёлоблэнерго» в период с 2015 по 2017 гг.
Совместно с сетевыми компаниями выработана методика подготовки и реализации программ повышения надёжности электроснабжения потребителей, в которых основное место занимает замена оборудования на более современное и эффективное, и разработаны рекомендации по повышению надёжности электроснабжения потребителей Покровского РЭС, МценскогоРЭС, Орловского РЭС, а также АО «Орёлоблэнерго».
При выполнении этих работ определяли показатели надёжности элементов электрических сетей до и после реализации рекомендованных мероприятий, проводили оценку эффективности замены оборудования на новое с точки зрения повышения надёжности электроснабжения потребителей, а также экономии средств на эксплуатацию и монтаж. Анализ данных по частоте отказов оборудования нового типа позволил рассчитать удельные эффекты от его применения.
Анализ и обсуждение результатов исследований. Анализ надежности линий электропередачи (ЛЭП) 0,4 кВ и силовых трансформаторов, эксплуатируемых рассматриваемыми электросетевыми организациями, показал, что частота их отказов варьирует соответственно от 10,8 до 34,0 год-1/100 км и от 1,80 до 1,92 год-1/100 шт (табл. 1).
Поскольку соотношение причин отключения по различным РЭС совпадает с точностью до 5 %, более подробно рассмотрим их на примере Мценского РЭС (табл. 2). В этом РЭС заметное сокращение количества отключений, наблюдаемое с 2016 г., в значительной степени обусловлено уменьшением числа случаев схлёстывания проводов, что вызвано активной заменой неизолированных проводов на самонесущие изолированные провода (СИП), в первую очередь, на тех ЛЭП, где отключения были наиболее частыми. По этой же причине произошло снижение числа случаев отключения автоматических выключателей в начале линии. Это позволяет выделить замену голого провода на изолированный как эффективную меру по сокращению отключений в электрических сетях. В то же время отключение автоматических выключателей (АВ) или перегорания предохранителей в ЛЭП – самая частая причина сбоев, отключение из-за которой суммарно больше, чем от всех остальных. При этом выяснить почему срабатывает АВ зачастую не представляется возможным, так как после повторного ручного включения линия, чаще всего, работает в нормальном режиме. Причиной отключения АВ может быть перегрузка в ЛЭП, не выявленные схлёстывания проводов, неустойчивые короткие замыкания и др. В отсутствии секционирования ЛЭП в любом из перечисленных случаев, произошедшем на любом участке, происходит отключение всей линии, что значительно снижает надежность электроснабжения и необоснованно повышает количество и продолжительность перерывов в электроснабжении потребителей, подключенных к неповрежденным участкам ЛЭП. Очистка трасс ЛЭП позволила сильно сократить отключения от падения деревьев. В то же время невозможно объективно количественно определить эффективность замены провода и вырубки трасс, поскольку такой учёт в РЭС не ведётся, а линии не оснащены средствами объективного наблюдения, например, видеокамерами. Повысить качество мониторинга причин отключений и эффективности принятых мер может использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), что позволяет значительно сократить время обследования линий электропередачи. Так, в Мценском РЭС оно уменьшилось с 3 часов до 5…15 минут на 1 км [10].
На долю отказов электрооборудования ТП приходится порядка 8,25 % от общего количества, но они приводят к большим материальным затратам и наносят значительный экономический ущерб из-за нарушения электроснабжения большого числа потребителей. В целом их число по Мценскому РЭС за годы исследований оставалось на одном уровне (табл. 3). Один из самых дорогостоящих элементов электрооборудования ТП – силовой трансформатор. Большинство отказов в их работе связано с повреждениями контактных соединений, возникающими из-за нарушения целостности и плотности контакта, что приводит к перегоранию шины, наконечника кабеля, шпильки трансформатора. Анализ повреждений оборудования ТП позволяет сделать выводы о необходимости совершенствования коммутационного оборудования, а также разработки средств контроля и диагностики контактных соединений, совершенствования эксплуатации трансформаторов.
Анализ данных по эффективности оборудования нового типа показал, что замена провода на самонесущий изолированный уменьшает частоту аварийных отключений на
19,3 шт /на 100 км в год, недоотпуск электроэнергии в аварийном режиме – на 95,3 %, замена трансформаторов ТМ на ТМГ снижает величины этих показателей соответственно – на 0,44 год-1/100 шт. и 43,6 % (табл. 4). Одновременно значительно снижаются затраты труда и средств по другим статьям расходов на монтаж и эксплуатацию.
Выводы. Наиболее частые причины отключения ЛЭП 0,4 кВ – отключение защитного аппарата в начале линии, обрывы и схлестывания проводов, что связано с их техническим состоянием, зарастание трасс ЛЭП. Основные отказы оборудования ТП 10/0,4 кВ – перекрытия рубильников, коммутирующих вводы низкого напряжения и отходящие ЛЭП, повреждения контактных соединений на шпильках трансформатора, обусловленные несовершенством их конструкции.
Большинство причин повреждения оборудования ЛЭП 0,4 кВ и ТП 10/0,4 кВ можно предотвратить путем повышения уровня его обслуживания и проведения своевременной
1. Polozhenie OAO “Rosseti” o edinoy tekhnicheskoy politike v elektrosetevom komplekse. [Regulation of JSC “Rosseti” on a unified technical policy in the electric grid complex]. M.: OAO “Rosseti”, 2013. 196 p.
2. Polozhenie PAO “Rosseti” “O edinoy tekhnicheskoy politike v elektrosetevom komplekse”. Utverzhdeno Sovetom Direktorov PAO “Rosseti” (protokol ot 22.02.2017 № 252). [Regulation of PJSC “Rosseti” “On a unified technical policy in the electric grid complex”]. Approved by the Board of Directors of PJSC “Rosseti” (Protocol No. 252 of 02.22.2017). Available at: https://www.mrsk-ural.ru/public/upload/content/files/2019/tech_policy2019.pdf (date of access 14.05.2020)/
3. Anischenko V.A., Kolosova I.V. Osnovy nadezhnosti sistem elektrosnabzheniya: posobie dlya studentov spetsialnosti “Elektrosnabzhenie”. [The basics of reliability of power supply systems: a manual for students of the specialty “Power supply”]. Mn.: BNTU, 2008. 151 p.
4. Trojanowska M. Bezpieczeństwo Elektroenergetyczne Terenów Wiejskich // Agrotekhnika i energoobespechenie. - Agricultural technology and energy supply. 2014. №1(1). P. 468-475.
5. Kornatka M. Analiza statystycznanie zawodności krajowych linii niskiego napięcia // Wiadomości Elektrotechniczne. 2009. №6 (77). P. 3-6.
6. Paska J. O. Potrzebie wykonywania analiznie zawodności system elektroenergetycznego // Napędisterowanie. 2011. № 9. P. 155-158.
7. Oricha J.Y. Analysis of interrelated factors affecting efficiency and stability of power supply in developing countries // AFRCON. 2009. 5308171. Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/5308171 (date of access 14.05.2020).
8. Jianfang L, Xiaohui S., Yuting W. Service Restoration for Distribution Network Considering the Uncertainty of Restoration Time // 3rd International Conference on Systems and Informatics (ICSAI). 2016. Available at: https://www.semanticscholar.org/paper/Service-Restoration-for-Distribution-Network-the-of-Li-Song/0c70e231e5582976bc856f25e28c17dc592d96d2 (date of access 14.05.2020).
9. A comparative analysis of the reliability of power supply in the areas of electric networks. [Sravnitelnyy analiz nadezhnosti elektrosnabzheniya po rayonam elektricheskikh setey]. / A.V. Vinogradov, A.V. Vinogradova, I.D. Skitova and others // Innovatsii v selskom khozyaystve. - Innovations in agriculture. 2018. №3 (28). P. 39-46.
10. Protokol №1 ispytaniya bespilotnogo letatelnogo apparata (BPLA OSLEP Orel GAU) dlya osmotra VL na baze Mtsenskogo RES OAO “MRSK Tsentra”. (Protocol No. 1 for testing an unmanned aerial vehicle (UAV OSLEP of Orel GAU) for inspection of overhead lines on the basis of Mtsensky Distribution Zone of IDGC of Center, JSC - “Orelenergo” of 26.11.2014).
