Наименее надежным элементом электрических сетей являются воздушные линии (ВЛ) электропередачи. До 80% всех повреждений в сетях приходится на их долю. Главными причинами, вызывающими резкое увеличение повреждаемости воздушных линий электропередач, являются климатические воздействия (38% из всех отказов). Система мероприятий включает в себя оперативные, перспективные, технические и организационные мероприятия, рассмотрим первые два.
Улучшение технического состояния электрических сетей
1. Обследование технического состояния ВЛ и их элементов в процессе эксплуатации и после повреждений.
Как показывает практика, наиболее эффективные методы диагностики ВЛ это дистанционные. Их проведение достаточно трудоемко и требует значительных капитальных вложений, однако полученные результаты остаются востребованными на протяжении длительного периода времени (3-5 и более лет). Обследование воздушной линии электропередачи происходит с борта воздушного судна с помощью специальных лазерных сканеров и фотокамеры высокого разрешения. На основе полученных данных строится трехмерное изображение оборудования, охранных зон, окружающей местности и растительности. В момент наблюдения получают полную картину состояния линии с учетом данных по нагрузке ВЛ, метеорологических параметров, типа провода и его физических характеристик. Полученная информация (об изменении состояния линии при определенных метеоусловиях, о механической нагрузке), внесенная в компьютерную программу, используется для прогнозирования состояния ВЛ на ближайшие годы. Можно даже «предсказать» срок эксплуатации линии, состояние охранных зон на несколько лет вперед. Описанная технология является уникальной и была разработана в России компанией «ОПТЭН».
К другим современным методам диагностики относятся:
- мониторинг оборудования с помощью космических спутников (эта технология применяется в основном в военных целях);
- диагностика состояния провода с помощью высокоточных датчиков, размещаемых на оборудовании. Датчики фиксируют температуру провода и окружающей среды, токи нагрузки и т.п. В настоящее время ведутся научные разработки, позволяющие усовершенствовать эту технологию [1].
2. Реконструкция ВЛ.
Реконструкция и техническое перевооружение физически изношенного и морально устаревшего оборудования рассматриваются как приоритетное направление инвестиционной политики в электросетевом строительстве. Предусматривается полное восстановление ВЛ на металлических и железобетонных опорах при сроках службы 50–60 лет и более, а при менее длительных сроках работы – частичная реконструкция активной части ВЛ [2].
3. Внедрение систем управления технологическими активами.
Надежное функционирование объектов электроэнергетики обеспечивается постоянным проведением ремонтных работ. С помощью современных систем управления технологическими активами (СУД) оптимизируется процесс управления ремонтными работами, обеспечивается баланс между рисками отказа оборудования и затратами на его обслуживание и ремонт. Оценка состояния оборудования производится с помощью паспортизации и диагностики. Система управления технологическими активами позволяет:
- через оценку уровня рисков и технического состояния расставить приоритеты, сосредоточить внимание на тех активах, которые несут в себе самые высокие риски;
- сформировать базу, которой могут пользоваться работники предприятия всех уровней, и предоставить руководству полную информацию по сетевым активам для принятия обоснованных организационно-технических решений [1].
4. Внедрение автоматизированных систем управления в распределительных сетях.
Применение технологии децентрализованной автоматизации, базирующейся на автоматическом секционировании сети с помощью реклоузеров, повышает надежность распределительных сетей 6 - 10 кВ, снижает эксплуатационные издержки на: профилактическое обслуживание; расследование аварий; ремонт поврежденного оборудования; сбор, обработку и запись информации о режимах и событиях; поиск места повреждения на ВЛ [6].
При возникновении повреждения на линии, реклоузеры автоматически выделяют поврежденный участок и передают информацию об отключении на диспетчерский пункт. Оперативная бригада направляется непосредственно на участок с аварией, не тратя время на объезд всего фидера. Управление реклоузером может осуществляться как местно, так и дистанционно при помощи программного обеспечения. Выпуск вакуумных реклоузеров серии РВА/ ТЕL освоила фирма «Таврида Электрик». Реклоузел РВА/ ТЕL прекрасно зарекомендовал себя как надежный многофункциональный аппарат, использующийся в различных странах мира (Россия, Казахстан, Украина, Литва, Югославия, Сербия, Болгария, Вьетнам, Германия, Австралия, Великобритания, Южная Африка, Чили и др.) [3].
5. Использование автономных источников питания и накопителей электроэнергии.
Современное состояние промышленности позволяет решить проблему восстановления электроснабжения потребителей на время проведения восстановительных работ в электрических сетях путем установки автономных (стационарных или мобильных) источников питания. Мощность источников питания подбирается по нагрузке потребителя. Установка автономных источников питания на напряжении 0,4 и 6-10 кВ – многоплановая задача, прежде всего для проектировщиков. Потребуется адаптировать местную сеть, обеспечить связь источника питания с местным питающим центром.
Другой способ обеспечения бесперебойности электроснабжения - применение накопителей электроэнергии. В зависимости от вида накапливаемой энергии можно выделить две основные группы: механические накопители энергии (ГАЭС, инерционные аккумуляторы - маховики, аккумуляторы, основанные на принципе сжатия воздуха); электрохимические аккумуляторы энергии (Li-ion, Na-S, свинцовокислотные и другие) [4].
Возможные точки размещения накопителей энергии: трансформаторные подстанции и конечные потребители. Возможные места размещения накопителей энергии зависят от целей их применения (табл.1).
Таблица 1
Цель использования и место установки накопителей энергии
|
Цель использования накопителей энергии |
Места размещения накопителей энергии |
|
Выравнивание пиковых нагрузок |
Объекты генерации, конечные потребители |
|
Регулирование выработки ВИЭ (высоковольтные источники энергии) |
Объекты генерации, конечные потребители |
|
Регулирование частоты энергосистемы |
Электрические сети, объекты генерации, конечный интересант (системный оператор) |
|
Повышение надежности электроснабжения |
Электрические сети, конечные потребители |
|
Аварийные источники питания |
Конечный потребитель (особенно объекты первой категории надежности электроснабжения) |
Наиболее распространенными системами накопления электроэнергии на текущий момент являются гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС, более 98 % всей установленной мощности накопителей энергии в мире). Но ввиду своей существенной инертности ГАЭС нельзя использовать в целях повышения надежности электросетей [3].
Промышленное освоение оборудования ВЛ с повышенной стойкостью к гололедно-ветровым воздействиям
По количеству отказов на первом месте стоят провода и тросы (37 %), затем изоляторы, опоры и арматура. По тяжести отказов, на первом месте стоят опоры.
1. Опоры.
В отечественном электросетевом строительстве традиционно используют стальные опоры башенного типа и опоры из центрифугированного железобетона. С целью увеличения сроков службы воздушных линий электропередачи (до 50-75 лет), уменьшения потока отказов от климатических нагрузок, сокращения сроков строительства, уменьшения времени восстановления после аварий и снижения затрат на эксплуатацию предложена замена железобетонных (ЖБО) или металлических решетчатых опор (МРО) на многогранные (ММО). Соотношение стоимостей строительства сетей разных классов напряжения на опорах различных типов приводится на диаграмме (рис. 1).
ММО ЖБО МРО
Рис. 1. Соотношение стоимостей строительства сетей разных классов напряжения на опорах различных типов
Преимущества многогранных опор проявляются в наибольшей степени для сетей напряжением 35-220кВ. Многогранные опоры будут предпочтительнее в городских условиях, а также в горных и северных районах.
За рубежом, например в Канаде и США в распределительном комплексе начинается внедрение композитных опор [5]. Их отличает высокая степень прочности, упругость, повышенная огнестойкость, легкость, простота в установке. Опоры модульные, любой модуль заменяем. По результатам опытной эксплуатации, композитные опоры отлично противостоят изломам и выдерживают даже экстремальные природные нагрузки. Гарантийный срок службы композитных опор у некоторых производителей более 40 лет. Недостаток композитных опор - их высокая стоимость. Поэтому предлагается их чередовать с деревянными опорами, что позволит избежать «каскадных» отключений линии в случае сильного ветра, снегопада или ледяного шторма. Подобное оборудование рассматривается как весьма перспективное в регионах и странах, подверженных ледяным дождям и сильным снегопадам.
2. Провода.
Повышение пропускной способности и механической прочности воздушных линий электропередачи в условиях экстремальных климатических нагрузок является одной из актуальных задач для электросетевых компаний. Данные требования достигаются за счет усовершенствований конструкции провода:
- использование специальных термостойких сплавов с присадками циркония (TACSR/ACR, TACSR/HICIN, ZTACSR/HICIN). Такие провода устойчивы к высоким температурам и могут в течение длительного времени выдерживать повышенную токовую нагрузку. Повышенная температура поверхности провода в штатном режиме препятствует отложению на нем гололеда:
- создается зазор между токопроводящими слоями провода и сердечником (GTACSR/ GZTACSR), при механических нагрузках тяжение приходится на стальной сердечник. Значительно уменьшается стрела провеса провода, чем у других типов проводов, при одинаковой токовой нагрузке;
- проволоки токопроводящих слоев имеют не круглое, а Z-образное сечение. Между двумя Z-образными проволоками возникает большая контактная поверхность, что улучшает демпфирование и значительно снижает амплитуду при «пляске» проводов. Провод AERO-Z лучше противостоит снегу и обледенению, ледяные наросты отделяются быстрее.
Общий недостаток работы проводов с повышенными температурами – повышение нагрузочных потерь в линии [3].
Выводы
Система мероприятий по предотвращению и ликвидации гололедно-ветровых аварий, включает в себя: обследование технического состояния ВЛ и их элементов в процессе эксплуатации и после повреждений; реконструкцию и техническое перевооружение физически изношенного и морально устаревшего оборудования; внедрение систем управления технологическими активами; использование автоматизированных систем управления в распределительных сетях; применение автономных источников питания и накопителей электроэнергии; промышленное освоение оборудования ВЛ с повышенной стойкостью к гололедно-ветровым воздействиям.