МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЙ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Шевелев И. В. – студент группы Э-31, Компанеец Б. С. – к.т.н., доцент РФ, Алтайский край, г. Барнаул, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

В российской энергосистеме, источники и приемники электрической энергии соединяются между собой электрическими сетями. Одна из особенностей российской энергосистемы – передача электроэнергии на большие расстояния, посредством линий электропередач. Несмотря на технический прогресс и постоянное совершенствование конструкции линий электропередач, электрических аппаратов, и средств защиты от ненормальных режимов работы сети, аварии в системах электроснабжений неизбежны. Повреждения линий электропередач приводят к недоотпускам электроэнергии электроприемникам и нарушению их режимов работы.

Электроэнергетические системы и сети включают в себя устройства генерации, передачи, распределения и потребления электрической энергии. В этих системах неизбежно происходят различные аварийные повреждения, а наиболее повреждаемым элементом являются линии электропередач. Для бесперебойного снабжения потребителей требуется эффективно и в кратчайшие сроки устранять возникающие повреждения. Именно поэтому важной задачей обслуживающих и эксплуатирующих организаций является определение места повреждения (ОМП).

К основным причинам возникновения повреждений на воздушных линиях электропередачи относятся следующие факторы:

- атмосферные и коммутационные перенапряжения. Причинами возникновения коммутационных перенапряжений являются включения или отключения коммутационной аппаратуры. Атмосферные перенапряжения возникают из-за грозовых явлений. При таких перенапряжениях возникают пробои изоляционных промежутков и перекрытие изоляции, а иногда и её разрушение. В сетях до 220 кВ опасны атмосферные перенапряжения, а в сетях 330 кВ и выше – коммутационные. На рисунке 1 показано разрушение юбки изолятора дугой [1];

Рисунок 1 – Разрушение юбки изолятора

- изменение температуры воздуха. При понижении температуры, увеличивается допустимая по нагреву температура и ток провода. Одновременно с этим уменьшается длинна провода. При повышении температуры приводит к их отжигу и падению механической прочности. Увеличивается стрела провеса, габариты воздушной линии и изоляционные расстояния;

- действие ветра приводит к появлению дополнительной механической нагрузки, воздействующей на провода. Увеличиваются механические напряжения материала. Появляются изгибающие силы, воздействующие на опоры;

- гололедные образования. В результате их образования на элементах линий электропередач, могут возникать обрывы проводов и поломки опор, сближение и схлестывание проводов, перекрытие изоляторов. Гололедное образование на проводах, представлено на рисунке 2;

Рисунок 2 – Гололедное образование на проводах

- вибрация проводов. Колебание проводов, частотой 5-50 герц, длинной волны 2-10 метров и амплитудой 2-3 части от диаметра провода, происходящие почти постоянно, вызванные наличием ветров и завихрением их потока, обтекающего поверхность провода. Приводит к усталости и разрыву жил;

- пляска проводов. Колебание проводов, частотой 0,2-0,4 герц, длинной волны порядка одного-двух пролетов и амплитудой 0,5-5 метров. Наблюдается при сильном ветре и гололедных образованиях на проводах.

В современных условий российской рыночной экономики, одним из последствий для поставщиков недоотпуска электрической энергии, является возмещение ущерба потребителям в следствии возникших аварийный режимов электрической сети. Законодательство, Гражданский кодекс Российской Федерации и Закон о защите прав потребителей предусматривают материальную ответственность поставщика электрической энергии перед потребителем за ущерб, нанесенный в следствии недоотпуска энергии потребителю. Таким образом, поставщик электрической энергии, несет ответственность, предусмотренную гражданским кодексом и основным положением функционирования розничных рынков электрической энергии от 04.05.2012 № 442:

- за надежность снабжения потребителя электрической энергией;

- за необоснованное введение режима ограничения потребления электрической энергии [2].

Соответственно главной целью поставщика электрической энергии является как можно скорейшее устранение аварийного режима электрической сети. Самым часто повреждаемым элементом сети являются линии электропередач. Одним из путей снижения ущерба является сокращение времени отыскания повреждений и устранений их за определенный эксплуатационный период. Определение мест повреждений играет в этом существенную роль. При быстром нахождении места повреждений с помощью специальных методов, бригада быстрее находит повреждение и приступает к устранению в более короткий промежуток времени. При наличии протяженной линии электропередач, труднопроходимой местности, неразвитой дорожной сети качественное ОМП позволяет сократить время поиска повреждений в несколько раз.

Устранением возникших повреждений в электроэнергетических системах занимаются специально сформированные подразделения в сетевых компаниях называемые оперативно-выездными бригадами (ОВБ). Их главной задачей является оперативное обслуживание распределительных пунктов, трансформаторных подстанций и линий электропередачи распределительных электросетей с обеспечением установленного режима работы по напряжению и нагрузке. Оперативно-выездным бригадам выделяют транспорт (автомобили, иногда мотоциклы) для круглосуточного обслуживания по графику или в неотложных случаях тех подстанций (напряжением до 110 кВ, а иногда и 220 кВ), где нет дежурного персонала или где дежурство ведется эксплуатационными монтерами только в утренние смены, когда идут ремонты, или при необходимости оперативных переключений. С этой целью для каждой ОВБ разрабатывают рациональные маршруты, сокращающие продолжительность объездов и осмотров оборудования. При коротком замыкании на воздушных линиях электропередач, уменьшая погрешность ОМП, оперативно-выездная бригада может оптимизировать свой маршрут с целью сократить затраты времени на поиск места повреждения, снизить расход горючих и смазочных материалов для автомобиля. В случае с труднодоступной местностью – лесной, болотистой, горной, а также зимнего периода ОВБ сможет существенно уменьшить время устранения повреждения. Пример приведен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Воздушная линия в гористой местности

Определение мест повреждений на линиях, производится с помощью различных фиксирующих приборов, регистраторов аварийных событий и устрой­ств релейной защиты и автоматики, стало неотъемлимой частью обслуживания электроэнергетической сети. При этом эффективность поиска при обходе линий электропередач с возникшими неустойчивыми короткими замыканиями составляет порядка 40 % ВЛ. На такой малый процент успешного поиска влияет точность используемых методов определения мест повреждений [3].

Сложность обнаружена места повреждения воздушной линии электропередачи вызвана непредсказуемостью характера повреждения ЛЭП. Определить расстояния до места повреждения можно по величине сопротивления в момент возникновения повреждения. К примеру, рассмотрим однофазное короткое замыкание и найдем сопротивление Z кз.

Сопротивление Z короткого замыкания состоит из сопротивления провода, сопротивления контактного перехода провод - дуга и сопротивления дуги, формула (1):

,                                                         (1)

где ZПровода - полное сопротивление провода до точки к.з.,

ZКонтакта - контактного перехода провод – дуга,

Zдуги - сопротивления дуги.

Тогда ток короткого замыкания I кз находится по формуле (2):

,                                                         (2)

При этом величина сопротивления контакта и сопротивления дуги являются непостоянными и могут принимать различные значения, в зависимости от этого при возникновении повреждения в одном и том же месте ток короткого замыкания может принимать различные значения, таким образом мы получаем диапазон разброса значений тока короткого замыкания. График изменения тока КЗ по длине линии показан на рисунке 4.

Рисунок 4 – График тока короткого замыкания

Зная величину тока КЗ и накладывая его на график изменения тока КЗ вдоль линии можем определить участок линии где предположительно возникло повреждение. В дальнейшем мы предполагаем провести работу по уточнению определения сопротивления дуги и контакта, чтобы уменьшить потери.

Список использованных источников:

1. Афанасьев, В. В. Справочник по расчету и конструированию контактных частей сильноточных электрических аппаратов [Текст] / Афанасьев, В. В. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. - 384 с.; ил.

2. Постановление Правительства РФ от 04.05.2012 № 442 (ред. от 04.02.2017) «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии».

3. СТО 56947007-29.240.55.159-2013 Типовая инструкция по организации работ для определения мест повреждений воздушных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше (утвержден приказом ОАО «ФСК ЕЭС» от 28.11.2013 № 712 в редакции приказа ПАО «ФСК ЕЭС» от 18.01.2016 № 10).