Надежность электрических систем и сетей

70

Примечание. а>д - в цепвх ВЛ; й> - в «жтальных случаях.

Т а б л и ц а 3,8

Характеристики надёжности воздушных линий

Примечание. Значения в числителе - для одной цепи, в знамена­ теле - для двух; Цтек - для средних длин ЛЭП.

71

Т а б л и ц а 3. 9

Характеристики надёжности отделений и короткозамыкателей

Т а б л и ц а 3 . 1 0

Характеристики надёжности сборных шин (на одно присоединение)

4. СТРУКТУРНАЯ НАДЁЖНОСТЬ РАБОТЫ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭС

4Л. Основные понятия и показатели надёжности воздушных линий электропередачи

Воздушным линиям (ВЛ) принадлежит важная роль в работе ЭС и надёжном электроснабжении потребителей. На долю ВЛ 35-750кВ приходится значительная часть отказов и отключений электриче­ ского оборудования (~ 35% -50 %).

Причины высокой повреждаемости ВЛ:

влияние климатических воздействий (гололёдно-ветровые на­ грузки, атмосферные перенапряжения и т. д.);

доступность ВЛ посторонним вмешательствам (наезды на опо­ ры, обрывы проводов, «расстрел» изоляторов);

сложность контроля технического состояния элементов ВЛ.

72

Изучение надёжности ВЛ имеет следующие цели:

оценка надёжности схем развития ЭС, электрических сетей, сис­ тем электроснабжения отдельных потребителей;

анализ конструкций, оборудования, сооружения ВЛ; технико-экономический анализ вариантов ВЛ сверхвысокого на­

пряжения и выбор конструкции, опор, фундаментов, проводов, уровней изоляции;

ана.зиз и рационализация системы ремонтов и технического об­ служивания ВЛ;

решение задач планирования, управления и производственнохозяйственной деятельности при эксплуатации ВЛ;

решение задач диспетчерского управления на разных уровнях; разработка нормативов аварийного запаса оборудования и запас­

ных частей для ВЛ; разработка рекомендаций и указаний по эксплуатации ВЛ с учё­

том местных условий; определение необходимости и степени эффективности меро­

приятий по повышению надёжности ВЛ.

Надёжность ВЛ 35-750кВ оценивается комплексом показаний из пяти групп:

показатели безотказности; показатели ремонтопригодности; показатели долговечности; комплекснь1е показатели; экономические показатели.

1). Под безотказностью ВЛ понимается её свойство непрерьшно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого вре­ мени или наработки. ВЛ - восстанавливаемый объект, и её показа­ тель безотказности параметр потока отказов в общем случае со(ф, т.е функция времени. На величину со влияют факторы старения и износа элементов, а также плановые ремонты (рис. 4.1):

1), 12, В - моменты времени выполнения капитальных ремонтов; 1(1 - окончание приработки (периода освоения);

®ср “ среднее значение параметра потока отказов ВЛ;

73

где М —математическое ожидание отказов ВЛ; г{1) - число отказов за время I;

г{1 + А1) - число отказов за время (1+Д1); (0 ( 0 - среднее число отказов, ожидаемых в малом интервале

времени.

Рис. 4.1. Из.менение параметра потока отказов воздушных линий во времени

Из анализа причин отказа ВЛ следует

где со - поток отказов ВЛ; гй!(0 “ связан с износом н старением ВЛ и зависит от срока

службы ВЛ; ю - связан с внешними воздействиями на ВЛ.

Поток отказов С0 1(с) вызывается загниванием древесины, корро­ зией металлических опор, износом арматуры, проводов, тросов, разрушением изоляторов. Составляющая потока со, связана с голо­

74

лёдно-ветровыми нагрузками, дефектами монтажа, обрывами про­ водов, ударами молний, ледоходом, пожарами и т.д.

Величина (0 3 = сопз4 и не зависит от длительной эксплуатации, капитальных ремонтов, т.е. определяется случайными причинами.

В эксплуатационной и проектной практике ЭС для ВЛ в период нормативного срока службы пользуются значением среднего потока отказов Юср. не зависящего от срока службы ВЛ. Периодичность ка­ питальных ремонтов ВЛ принимается 3-6 лет.

С вероятностью безотказной работы ВЛ связано понятие функ­ ции надёжности ВЛ р(/).

(4.3)

где / - возможные состояния ВЛ;

р,(1) - вероятность нахождения ВЛ в момент времени I в состоя­ нии г;

д, - вероятность нарушения надёжности ВЛ в момент времени I в состоянии /.

2). Ремонтопригодность ВЛ - свойство ВЛ, заключающееся в её приспособленности к обнаружению причин отказов, предупреж­ дению отказов и восстановлению работоспособности путём техни­ ческого обслуживания и ремонта. Ремонтопригодность ВЛ опреде­ ляется следующими основными показателями:

средним временем восстановления линии при отказе (Тд); средней продолжительностью преднамеренных отключений ВЛ

(ТрУ,

средней периодичностью ремонтов (р); средними трудозатратами на капитальный ремонт и техническое

обслуживание ВЛ (Мр).

Рассмотрим содержание отдельных показателей .

Величина Г, - математическое ожидан»!е времени для приведе­ ния ВЛ в работоспособное состояние после отказа.

Величина Лр для ВЛ 35-750кВ характеризует их потребность в плановых ремонтах и других видах обслуживания. Средние значе­ ния величины Мр для ВЛ представлены в табл. 4.1 ,

75

Т а б л и ц а 4.1

Средние трудозатраты на капитальный ремонт и техобслуживание

3). Долговечность ВЛ характеризует свойство ВЛ сохранять ра­ ботоспособность при установленной системе ремонтов и техобслу­ живании до предельного состояния, при котором да/^ьнейшая экс­ плуатация невозможна.

Для ВЛ на деревянных опорах долговечность 30 лет, на металли­ ческих и железобетонных опорах - 50-лет.

Износ ВЛ имеет 5 форм:

1)экономический или нормальный износ, определяемый внедре­ нием в эксплуатацию более эффективных и надёжных ВЛ либо ВЛ

сменьшими затратами на 1кВт передаваемой мощности или 1 кВт/ч переданной электроэнергии;

2)технический износ - неспособность ВЛ соответствовать воз­ росшему уровню требований к качеству электрической энергии;

3)социальный износ, вызванный неспособностью ВЛ отвечать ужесточившимся требования.м социальных стандартов (безопас­ ность персонала, населения или животных, сложность обслужива­

ния и Т .Д .);

4)экологический износ - когда ВЛ не соответствуют новым

нормативам по охране окружающей среды; 5) физический износ, обусловленный явления.ми старения, раз­

рушения. изна^^^^ваиия, загнивания и г.п, элементов ВЛ.

Таки.м образом, предельное состояние ВЛ определяется не толь­ ко физическим износом, хотя он в большинстве случаев - основной.

76

4). Комплексные показатели надёжности ВЛ. Эти показатели характеризуют несколько свойств, составляющих надёжность ВЛ (безотказность, долговечность, ремонтопригодность).

а). Коэффициент технического использования характеризует до­ лю времени нахождения ВЛ в работоспособном состоянии относи­ тельно периода эксплуатации, учитывает затраты времени на все виды простоя ВЛ 8 процессе эксплуатации после отказов и в ре­ зультате преднамеренных отключений:

где То - среднее время работы ВЛ между отказами (наработка на отказ);

То ~ среднее время восстановления ВЛ; Тр - среднее время преднамеренного отключения ВЛ; ш- параметр потока отказов ВЛ; р - средняя периодичность ремонтов.

б). Коэффициент готовности - вероятность того, что ВЛ окажет­ ся работоспособной в произвольный момент времени, исключая простой при ремонтах:

К г= ^у. ^ 1 - с а Г , (4.5)

где То - среднее время работы ВЛ между отказами (наработка на отказ);

Те - среднее время восстановления ВЛ.

в). Коэффициент простоя ВЛ нз-за отказов:

г). Коэффициент простоя ВЛ при ремонтах:

77

П р и м е р . Если на ВЛ вводится избыточность путём замены провода- А на АС, то вероятность обрыва провода уменьшается, также как и вероятность отказа ВЛ, время восстановления остается без изменения.

из трёх звеньев:

1) ущерб энергоснабжающего предприятия (ПЭС, РЭС, электро­ станции);

2 ) ущерб потребителей энергии;

3) ущерб смежных звеньев народного хозяйства. Проанализируем эти составляющие ущерба.

Звено 1:

затраты на восстановление ВЛ; потери от замены элементов ВЛ (опор, проводов, изоляторов);

потери от увеличения технологического расхода энергии в элек­ тросети из-за отклонения режима от оптимального значения при отказе ВЛ;

затраты на топливо, расходуемое на пуски энергоблоков, растоп­ ки котлов на резервных станциях, вводимых вследствие отказа ВЛ;

затраты на выработку энергии на резервном оборудовании; потери от простоя оборудования и обслуживающего персонала,

связанного с отказом ВЛ.

78

Звено 2:

потери от простоя и снижения производительности технологиче­ ского оборудования;

потери от брака продукции, снижения ее качества; потери от простоя рабочих; затраты на содержание резервов и запасов сырья и т.п.

Звено 3:

Потери, связанные с пожарами в городах, лесном хозяйстве; затраты от падения опор, проводов на дороги и т.д,

4.2. Надёжность двухцепных ВЛ

Доля двухцепных ВЛ в ЭС СНГ: 7% - 35кВ; 26% - ПОкВ, 154кВ; 18% - 220кВ; 5% - ЗЗОкВ.

Преимущество строительства двутсцепных ЛЭП - сокращение затрат на строительство и эксплуатацию, уменьшение зоны отчуж­ дения и т.п., что позволяет ожидать увеличения их количества.

«Отказ» для двухцепных ВЛ - понятие неоднозначное и зависит от схемы электроснабжения и роли ВЛ в схеме.

П р и м е р ' , отказ первой цепи или двух цепей вместе является отказом, что зависит от требований потребителей. Здесь могут быть три варианта:

1) отказ любой одной цепи двухцепной ВЛ - отказ этой линии или отказ двух цепей;

2 ) отказ одной определённой цепи - отказ линии или отказ двух цепей;

3) отказ двух цепей - отказ линии.

В соответствии с этими вариантами квалифицируются и предна­ меренные отключения двух цепей ВЛ.

Структурные схемы расчёта надёжности двухцепной ВЛ в зави­ симости от понятия отказа представлены на рис. 4.2. Здесь приведе­ ны схемы замещения ВЛ по вариантам при анализе структурной надёжности.

79