Анализ состояния сельских линий электропередачи напряжением 0,38 кВ

Лобачевский Яков Петрович - первый заместитель директора по развитию и инновациям, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН (Москва, Российская Федерация). Researcher ID: Н-5863-2018, ORCID: E-mail:

Lobachevskiy Yakov Petrovich - Doctor of Technical Sciences, professor, corresponding member of the Russian Academy of Sciences, first deputy director of development and innovation, FSBSI «Federal Scientific Agroengineering Center VIM» (Moscow, Russian Federation). Researcher ID: H-5863-2018, ORCID: E-mail:

Введение. Нормальное функционирование любого технологического процесса не представляется возможным без потребления энергоресурсов. Для сельскохозяйственного сектора основным ресурсом выступает электроэнергия, которая, несмотря на широкое развитие альтернативных источников электроснабжения, передается потребителям от централизованных систем [1]. Более 90% всей электроэнергии сельскохозяйственные потребители получают по воздушным линиям электропередачи, которые, несмотря на повсеместное применение, имеют ряд недостатков: низкую надежность, длительное время устранения неисправности, высокую стоимость строительства новых линий, весьма значительные эксплуатационные затраты и т.д. [2].

Методика исследования. С целью проверки, в каком состоянии в настоящее время находятся воздушные линии, был проведен анализ работы ВЛ на пряжением 0,38 кВ согласно данным, полученным от энергоснабжающей организации восточного района Ростовской области. На рисунке 1 представлена динамика изменения потока отказов ВЛ 0,38 кВ, которая носит неоднозначный характер. С 2002 года по 2009 год наблюдается снижение этого показателя, однако, с 2009 года и по настоящее время поток отказов возрастает. Этот рост может быть обусловлен износом линий электропередачи, которые своевременно не реконструируются и не модернизируются. Причиной всего этого является низкое финансирование, которое не позволяет улучшить ситуацию [2, 3, 4].

Результаты исследований и их обсуждение.

Анализ потока отказов за рассматриваемый период выявил, что при вероятности a = 0,95 он находится в пределах от 12,6 до 18,8 отключений в год на 100 км линии (ш= 15,7 ±3,1).

Рисунок 1 - Динамика изменения потока отказов воздушных линий 0,38 кВ

Результат анализа второго показателя надежности - времени восстановления повреждения - представлен на рисунке 2. Исходные данные были разбиты на интервалы времени, за которые устранялись причины отключений [5]. Как видно из диаграммы, основное количество повреждений устранялось за первые 4 часа (82,8%). Это объясняется тем, что основная часть линий проходит по жилым территориям, что позволяет быстрее обнаружить место аварии и снизить время прибытия аварийной бригады электрослужбы. За последующие 20 часов устранялось 16,2% повреждений и более 24 часов потребовалось для устранения менее 1 % отключений. Среднее время восстановления одного отключения, при обработке 947 случаев, составляет г = 2,4 ± 0,4 часа при уровне надежности 0,95.

Рисунок 2 - Время восстановления повреждений

Динамика продолжительности восстановления одного аварийного отключения по годам приведена на рисунке 3. Из представленной диаграммы видно, что начиная с 2008 года по настоящее время наблюдается рост продолжительности времени, затрачиваемого на устранение причин отключения (за последние 7 лет она в среднем составляет более 2,5 часов).

Данные результаты анализа подтверждают ухудшение ситуации на рассматриваемых ВЛ 0,38 кВ, которое вызвано как износом сетей, так и слабым материальным обеспечением электротехнической службы.

Рисунок 3 - Динамика продолжительности восстановления аварийного отключения

На следующей диаграмме (рисунок 4) представлен результат анализа аварийных отключений, ранжированных по месяцам, на которой видно, что наибольше количество отказов приходится на зимний

(декабрь - 9,6% от общего числа отказов, январь -11,7%, февраль - 10,8%) и летний (июнь - 8,9%, июль -10,6%) периоды.

Рисунок 4 - Относительная частота отказов, ранжированных по месяцам

1 - атмосферные осадки; 2 - обрыв проводов; 3 - грозовые перекрытия; 4 - наброс на провода;

5 - повреждение изоляции; 6 - падение деревьев и крупных веток на провода; 7 - повреждение оборудования;

• 8 - повреждения на КП; 9 -схлест проводов; 10 - разрушение изоляторов; 11 -ЗНЗ с последующим к.з.;

12 - неселективная работа защиты; 13 - падение опор; 14 - перекрытие птицами; 15 - причина не установлена Рисунок 5 - Основные причины, вызвавшие отключение на ВЛ 0,38 кВ

Это объясняется несколькими факторами: погодными условиями (оледенение проводов, воздействие ветров, грозовые перекрытия и т.д.), пиковыми нагрузками, при которых оборудование чаще выходит из строя, и т.д.

Результат анализа причин, вызвавших отключение, представлен на рисунке 5.

Наиболее часто отключения были вызваны по следующим основным причинам: обрыв проводов -23%, повреждение оборудования - 14,9%, схлест проводов - 8,4%, падение деревьев и крупных веток на провода - 7,6% и для 18,6% причина не была установлена. Основываясь на полученных результатах, можно отметить, что в целом система электроснабжения для конкретного региона находится в неудовлетворительном состоянии.

За последние 7 лет прослеживается явно выраженная тенденция к увеличению потока отказов и продолжительности устранения причин отключения. Поэтому задача повышения надежности систем электроснабжения, на фоне снижения финансирования и роста требований со стороны сельхозтоваропроизводителей к качеству электроэнергии, становится все более актуальной. Решением этой проблемы занимаются многие ученые, предлагающие как изменение способов электроснабжения, так и применение мер, позволяющих повысить надежность существующих систем. Примерами подобных мероприятий могут быть следующие: использование резервных электростанций, разработка и внедрение совершенных средств регулирования напряжения, замена участков линии с оголенными проводами на самонесущие изолированные провода (СИП), своевременная расчистка трасс от деревьев и т.д. [4, 6, 7, 8]. Однако для реализации данных способов требуются значительные финансовые вложения, направленные как на закупку дополнительного оборудования, так и на его обслуживание и эксплуатацию.

Анализ результатов на диаграмме (рисунок 5), позволяет сделать заключение, что наибольший процент всех отказов сводится к нескольким видам причин, вызвавших аварийное отключение (обрыв проводов, повреждение оборудования, схлест проводов, падение деревьев и веток). Суммарный процент отключений этих четырех причин составляет более 50%. Это позволяет утверждать, что устранение одного из вида подобных отказов сможет значительно увеличить надежность электроснабжения. Наиболее явно выраженной проблемой из представленных является обрыв проводов, устранение которой может производиться путем применения специальных устройств симметрирования неполнофазных режимов работы линии электропередачи [9, 10]. Это позволит снизить время пребывания потребителей без электроэнергии (время будет затрачиваться только на устранение неисправности), трехфазные потребители, такие как электродвигатели, не будут попадать в аварийный режим работы на двух фазах.

Выводы

• 1.    Результаты анализа потока отказов (ш = 15,7 ±3,1) и времени восстановления одного повреждения (г = 2,4 ± 0,4) подтверждают, что рассматриваемая система электроснабжения находится в неудовлетворительном состоянии и не может соответствовать современным требованиям сельхозтоваропроизводителей.

• 2.    Наиболее часто вызывают отключения четыре вида причин: обрыв проводов - 23%, повреждение оборудования - 14,9%, схлест проводов - 8,4%, падение деревьев и крупных веток на провода - 7,6%, которые в сумме составляют более 50%.

• 3.    Устранение негативного воздействия обрыва проводов на электроснабжение потребителей, путем применения специальных устройств симметрирования неполнофазных режимов работы линии, позволит значительно увеличить надежность работы системы.