Эффективность использования автоматического повторного включения в сопоставлении с причинами повреждений ВЛ-10 кВ

Введение. Надежное электроснабжение обеспечивает эффективное функционирование сельских потребителей, как производственных, так и бытовых. Вопросам повышения эффективности посвящены работы отечественных и зарубежных ученых, исследования энергокомпаний [5, 6, 9, 12, 13]. Большое внимание уделяется вопросам автоматизации электрических сетей как средству повышения надежности электроснабжения [4, 9–11], вопросам состояния линий электропередачи [2, 6], вопросам сокращения времени перерывов в электроснабжении потребителей [1, 4, 5, 9]. Приводятся оценки эффективности различных средств автоматики электрических сетей [4, 9–11]. В то же время теоретические данные об эффективности автоматики электрических сетей требуют практического подтверждения. Так, одним из способов повышения надежности электроснабжения сельских потребителей является применение средств автоматического повторного включения (АПВ) воздушных линий (ВЛ) 10 кВ. Применение АПВ позволяет значительно сократить время перерыва в электроснабжении потребителей. Согласно литературным источникам эффективность однократного АПВ может достигать 60%, а двукратных – 70–80% [4]. Тем не менее, на практике эти данные не всегда подтверждаются. Зачастую эффективность АПВ ВЛ-10 кВ оказывается ниже. Этому есть несколько причин. В первую очередь, на эффективность АПВ влияют виды повреждений ВЛ, так как АПВ может быть эффективным только при неустойчивых повреждениях. Кроме того, АПВ осуществляется с применением выключателей, установленных в ячейках отходящих линий подстанций (ПС) 35/10 кВ или 110/10 кВ (или других с вторичным напряжением 10 кВ). Это могут быть выключатели маломасляные с различными ти- пами проводов или вакуумные. В настоящее время активно производится замена маломасля-ных выключателей вакуумными, но этот процесс далеко не завершён и значительную часть выключателей отходящих линий 10 кВ составляют именно маломасляные выключатели. Большая часть из них установлена на ПС более 15–20 лет назад и поэтому состояние данного оборудования оставляет желать лучшего. Известно из практики, что после одного-двух срабатываний маломасляных выключателей требуется их настройка. Поэтому часто АПВ на таких выключателях выводится из работы. Исследование статистики результатов работы АПВ ВЛ-10 кВ в соотношении с причинами повреждений ВЛ позволяет оценить эффективность средств автоматизации электрических сетей 10 кВ, определить задачи совершенствования эксплуатации электрических сетей и повышения эффективности АПВ для совершенствования надежности электроснабжения сельских потребителей.

Методика исследования. Исследования эффективности применения средств АПВ проводились на основе статистических данных по результатам работы АПВ в электрических сетях 10 кВ Орловской области. Так же анализировалась статистическая информация о недоотпуске электроэнергии потребителям, о причинах повреждений ВЛ-10 кВ.

Результаты и их обсуждение. По районам Орловской области эксплуатируется порядка 13 тыс. км ВЛ-10 кВ [8]. Надежность электроснабжения потребителей обеспечивается надежной работой электрических сетей. От их состояния и качества эксплуатации зависит количество отключений. Анализ состояния и аварийности электрических сетей включает анализ протяженности линий, технического состояния линий 10 кВ, показателей аварийности линий, рассмотрение основных причин аварийности линий. Эти показатели характеризуют динамику изменения состояния электрических сетей и позволяют производить прогноз аварий в них.

Основной провод, которым выполнены линии ВЛ-10 кВ по Орловской области, – это провод марки АС-35 [8]. Сечение данного провода на две ступени ниже рекомендованного в настоящее время для магистральных участков по условию обеспечения механической прочно- сти (70 мм кв.) [7]. Это обстоятельство является одной из причин повышенной повреждаемости линий.

Другая причина связана с тем, что основная часть линий МРСК (60%) была построена до 1975 года и поэтому срок их эксплуатации уже превышает нормативный. Динамика изменения протяженности ВЛ-10 кВ по Орловской области (ВЛ на балансе Филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орёлэнерго») показана на рисунке 1.

■ Ряд1

Рисунок 1 – Динамика изменения протяженности воздушных линий 10 кВ за 2012–2016 гг.

Суммарно длина ВЛ-10 кВ за указанные 5 лет увеличилась на 77,5 км, то есть в среднем на 15,5 км в год. Это связано со строительством новых ВЛ-10 кВ, необходимых для электроснабжения новых потребителей. При этом на повреждаемость ВЛ-10 кВ в значительной степени оказывают протяжённость отдельных ВЛ, а также особенности местности, по которым проходят ВЛ. Распределение ВЛ-10 кВ по протяженности показано на рисунке 2.

В целом по «Орелэнерго» в процентном выражении протяженность линий менее 25 км составляет около 73%, от 25 км до 50 км – 23–24%, более 50 км – 2,8% [8]. Следует отметить, что несмотря на то, что рекомендованные длины ВЛ-10 кВ составляют до 15 км [4, 6], увеличивается за рассмотренные пять лет и количество ВЛ как с длиной от 25 до 50 км, так и выше 50 км (увеличение на одну линию). Это связано с тем, что некоторые населенные пункты и производственные сельхозобъекты расположены достаточно далеко от ПС класса напряжения 35 кВ и выше. При этом данные объекты имеют небольшую мощность и строитель- ство вблизи от них ПС 35 кВ или 110 кВ сочли нерациональным.

Динамика числа отключений на ВЛ-10 кВ за последние 5 лет показывает снижение числа как плановых, так и аварийных отключений. Наблюдается уменьшение количества числа плановых отключений и количества аварийных отключений. За 5 лет число плановых отключений уменьшилось на 1016 отключений, а аварийных – на 1028. И если в 2012 году аварийные отключения составляли 72,8% от числа плановых отключений, то в 2016 году – 50,2%. Плановые отключения связаны непосредственно с проведением ремонтных работ и работ по обслуживанию ВЛ, в то время как аварийные отключения не запланированы, требуют определенного времени для выяснения причины, отыскания и устранения повреждения (в том случае, если отключение не устранилось от АПВ или от руки), что приводит к перерывам в электроснабжении потребителей и недоотпуску электроэнергии. Кроме того, из-за того, что линии имеют большую протяженность, требуется значительное время для отыскания повреждения на линии [8].

u до 25 км ы от 25-50 км u свыше 50 км

Рисунок 2 – Распределение количества ВЛ-10 кВ по протяженности

На рисунке 3 показана общая тенденция изменения количества аварийных отключений за исследуемый период, а также наглядно показано, какую часть аварийных отключений составляют отключения, устранившиеся от АПВ, устранившиеся от ручного повторного включения и устойчивые отключения. Автоматическое повторное включение – один из способов повышения надежности электроснабжения потребителей. Эффективность работы АПВ теоретически составляет для однократных – 70%, для двукратных – до 80–85% [4]. Однако по данным статистики по Орловской области процент эффективной работы АПВ гораздо ниже (рисунок 3).

Исходя из анализа статистической информации (рисунок 3) количество неустойчивых повреждений приближается к 40%, хотя в лите- ратурных источниках это 70–80% [4]. Это обусловлено рядом причин. Во-первых, это причины повреждения ВЛ. В таблице приведены основные причины аварийности линий. Как следует из приведённых в таблице данных, причина основной части отключений остается неустановленной. Это объясняется тем, что к этой группе относятся все отключения, не связанные с разрушением элементов сети, т.е. происходящие из-за самоустраняющихся после снятия напряжения повреждений. Почти все они связаны с проявлениями природно-климатических явлений и сопровождаются временным нарушением линейной изоляции. Эти повреждения чаще всего самоустраняются и, следовательно, АПВ в этих случаях могут быть успешными.

■ устойчивые отключения

■ устранившиеся от ручного повторного включения

■ устранившиеся от АПВ

2012  2013  2014  2015  2016

Рисунок 3 – Число аварийных отключений на ВЛ-10 кВ

Причины отключений на ВЛ-10 кВ

№	Причина отключений линий	Количество отключений, %
1	Причина не установлена	32,86
2	Повреждение оборудования КТП	25,63
3	Повреждение опоры и её элементов	12,55
4	Обрыв проводов	11,43
5	Падение дерева	10,21
6	Прочие	7,32
	Всего	100

Если просуммировать проценты таких причин повреждений, как повреждение оборудования КТП, повреждение опоры и её элементов, обрыв проводов, падение дерева, то получим 59,82%, то есть практически в 60-ти процентах случаев отключения ВЛ-10 кВ являются априори устойчивыми, а АПВ (или РПВ) неуспешными ввиду того, что причины их не могут самоустраниться. А указанные повреждения – признак состояния ВЛ и их эксплуатации.

Значения эффективности АПВ в 70–85% могут быть справедливыми только для новых ВЛ или ВЛ в состоянии, близком к отличному, при условии, что трассы ВЛ вырублены. В то же время фактически новыми, построенными за рассмотренные пять лет, являются только 77,5 км ВЛ (0,5% ВЛ по протяженности), согласно [3] в хорошем состоянии находятся порядка 60% ВЛ, в удовлетворительном – 22–23%, в неудовлетворительном – 9–10% и практически непригодном – 6–7%. Логично, что большая часть отключений происходит именно на ВЛ, находящихся в удовлетворительном, неудовлетворительном и непригодном состоянии, отсюда и причины повреждений, и низкая эффективность АПВ. Из данных, приведенных на рисунке 3, следует, что число успешных АПВ сокращается при одновременном росте успешных ручных повторных включений (РПВ). Причиной этого является то, что большую часть парка приводов АПВ составляют устаревшие серии ПП-67, ПП-61, ПП-63, используемых с маломасляными выключателями 10 кВ [8]. Эти приводы не могут быть в отличном состоянии исходя уже из того, что установлены они 15–20 лет назад. Поэтому большая часть АПВ выведена из работы. Повторное включение осуществляется только вручную на большинстве выключателей.

Тем не менее, несмотря на устаревание ВЛ и оборудования ПС, благодаря совершенствованию эксплуатации, за рассмотренные пять лет удалось повысить надежность электроснабжения потребителей. Число отключений уменьшилось. Для более точной характеристики отключений на ВЛ-10 кВ введен такой показатель, как число отключений на 100 км линий [1, 5]. Рассчитана эта величина для анализа общего числа аварийных отключений и числа устойчивых отключений – самой значительной составляющей аварийных отключений, вызывающей наибольший недоотпуск электроэнергии потребителям.

На рисунке 4 показано, что число аварийных отключений и число устойчивых отключений на 100 км за период с 2012 по 2016 год уменьшается почти линейно. Примерно на 3,4 отключения на 100 км – аварийные отключения, и на 1,8 – устойчивые отключения [8].

Вследствие этого снизилось и значение недоотпуска электроэнергии потребителям [8]. На рисунке 5 показана динамика изменения не-доотпуска электроэнергии потребителям за пять лет вследствие отключения ВЛ-10 кВ.

s s

в

у ч

и

в н и и

в

в

■ недоотпуск электроэнергии, тыс.кВтч

год

Рисунок 5 – Недоотпуск от отключений по «Орелэнерго»

С некоторыми допущениями определим эффективность АПВ с точки зрения сокращения недоотпуска электроэнергии потребителям. Устранение отключения ВЛ-10 кВ благодаря успешным АПВ позволяет сократить время восстановления электроснабжения потребителей практически до нескольких секунд или минут (в зависимости от выдержки АПВ). Ручное повторное включение (РПВ) не позволяет сократить время восстановления в той же степени, так как для РПВ требуется выезд сотрудников электросетевой организации на ПС для выполнения повторного включения выключателя линии. Поэтому недоотпуск на рисунке 5 приведен только для устойчивых отключений и отключений с успешным РПВ (в сумме 1170 случаев). На одно отключение, в среднем, недоотпуск составляет по 2016-му году 106,8 кВт∙ч. Следовательно, за счет 137-ми успешных АПВ ликвидирован недоотпуск электроэнергии 14631,6 кВт∙ч. В случае, если бы все выключатели были оснащены АПВ, то прирост успешных АПВ в теории составил бы в 2016 году 420 случаев. Это дополнительно 44856 кВт∙ч ликвидированного недоотпуска электроэнергии.

Выводы. На основании результатов исследования можно сделать ряд выводов:

• 1.    Статистические данные показывают, что происходит увеличение протяженности ВЛ-10 кВ по Орловской области. При этом продолжается строительство ВЛ с завышенной, по сравнению с рекомендованной, длиной, что связано с незначительными нагрузками ВЛ и нерациональным размещением ПС 35 кВ, ПС 110 кВ по территории области.

• 2.    Завышенные длины ВЛ-10 кВ и большой процент ВЛ в состоянии «удовлетворительное», «неудовлетворительное», «непригодное» приводит к тому, что порядка 60% отключений ВЛ являются устойчивыми, поскольку обусловлены причинами, не предполагающими возможности их самоустранения (обрыв провода, повреждение опоры и т.п.).

• 3.    Эффективность повторного включения ВЛ-10 кВ, включая АПВ и РПВ, согласно изученной статистике, значительно ниже теоретически возможной и не превышает 30–40%, что обусловлено, в первую очередь, причинами повреждения ВЛ.

• 4.    Фактическое применение средств АПВ ВЛ-10 кВ гораздо ниже возможного, так как число успешных случаев РПВ выше числа случаев успешного АПВ, что говорит о том, что на большинстве ПС не введены функции АПВ отходя-

• щих ВЛ-10 кВ. Реализация АПВ на всех отходящих ВЛ-10 кВ может сократить недоотпуск электроэнергии более чем на 40 тыс. кВтч