Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Изоляция электрических сетей

Надежность воздушных линий - Изоляция электрических сетей

Оглавление
Изоляция электрических сетей
Надежность воздушных линий
Надежность некоторых элементов подстанций
Возможные последствия коротких замыканий
Итоги опыта эксплуатации и надежности электропередач 110-500 кВ
Выбор изоляции ВЛ по нормальному эксплуатационному режиму
Выбор расстояния между соседними фазами
Статистический подход при координации уровней изоляции ВЛ с коммутационными перенапряжениями
Условия приведения к норме изоляции ВЛ
Меры и средства приведения к норме изоляции воздушных линий
Защита изоляции подстанций разрядниками и ОПН
Проблема координации и совершенствования испытаний внутренней и внешней изоляции оборудования
Выбор воздушных промежутков на подстанции при коммутационных перенапряжениях
Выбор воздушных промежутков на подстанции
Список литературы

ГЛАВА
ПЕРВАЯ
Некоторые сведения об опыте эксплуатации и надежности электропередач 110-500 кВ
1. Надежность воздушных линий
Аварийность воздушных линий чаще всего характеризуют удельными числами аварийных отключений и повреждений, при этом повреждениями считают такие аварийные отключения, которые не ликвидируются автоматическим повторным включением (АПВ) линии и сопровождаются ее аварийным простоем. Под удельным числом отключений (повреждений) обычно понимают соответствующий показатель эксплуатации линии в расчете на 100 км ее длины и 1 год эксплуатации.
Оценка надежности воздушной линии электропередачи в основном режиме ее работы — нормальном эксплуатационном — облегчается, если учесть, что значительную часть общего числа аварийных отключений и повреждений в этом режиме провоцируют неблагоприятные метеорологические условия: увлажнения гирлянд, отложения гололеда и изморози, шквалы. На долю указанных метеорологических условий вместе с грозами приходится около 70% аварийных отключений воздушных линий электропередачи 110—500 кВ [6].
Удельное число отключений (vув) и повреждений (μув) линии из-за перекрытий ее линейной изоляции в нормальном эксплуатационном режиме при увлажнении изоляторов определяется в основном удельной длиной пути тока утечки у гирлянды. Следовательно, μув может быть в принципе снижено до необходимого значения за счет увеличения числа изоляторов в гирлянде, использования изоляторов с более развитой поверхностью или за счет обоих мероприятий одновременно. Рассматриваемые аварийные отключения в большинстве случаев могут быть ликвидированы с помощью АПВ линии. Удельное число повреждений μув зависит не только от vyв, но и от эффективности АПВ линии и вероятности расцепления гирлянды при ее перекрытии.
Удельное число аварийных отключений (νп) и повреждений (μп) при гололеде и пляске проводов в нормальном эксплуатационном режиме зависит от частости отложений гололеда, расстояний между проводами и тросами
в пролетах. Увеличение этих расстояний позволяет исключить или свести к минимуму пробои воздушных промежутков между проводами и тросами при пляске. Как свидетельствует опыт эксплуатации [6], при пляске проводов трудно рассчитывать на успешное АПВ линии из-за множества повторных перекрытий промежутков, сопутствующих пляске, длящейся иногда многие часы. Повреждения, сопровождающие перекрытия и вызываемые главным образом пережогом тросов токами короткого замыкания, при пляске проводов сравнительно редки (μп≈0,05 vп) [6]. Наиболее тяжелое аварийное повреждение в нормальном эксплуатационном режиме — падение опор. Частость этих повреждений существенно зависит от типа опор: у свободно стоящих опор портального типа удельное число повреждений (μоп=νоп) составляет несколько тысячных [118], а у шарнирных опор на оттяжках оно на порядок выше [6]. Расщепление оттяжек, защита их от атмосферной коррозии, тщательность монтажа и повседневной эксплуатации, улучшение конструкции опор на оттяжках открывают много путей для повышения их надежности.
Перекрытия воздушных промежутков между проводом и опорой в Ήορ- мальном эксплуатационном режиме при шквальном боковом ветре для эксплуатируемых воздушных линий 110—500 кВ, судя по аварийной статистике,— достаточно редкое явление, наблюдавшееся, по-видимому, лишь в результате неправильной оценки расчетной скорости ветра по трассе некоторых линий. Такие аварийные отключения не ликвидируются АПВ, а нормальная работа линии может быть восстановлена за счет ручного включения отключившейся линии лишь после прохождения бури. Для рассматриваемых отключений удельные числа аварийных отключений (νв) и повреждений (μв) практически совпадают.
Самостоятельную группу аварийных отключений в нормальном эксплуатационном режиме вызывают набросы на провода, наезды строительных и негабаритных машин, расстрел гирлянд, столкновения самолета с линией и другие подобные ситуации. По имеющейся аварийной статистике [118], удельное число таких аварийных отключений (νн) для линий 110—500 кВ составляет несколько сотых. При рассматриваемых аварийных отключениях в большинстве случаев АПВ линии было невозможно, поэтому удельное число повреждений μн— того же порядка, что и νн.
У линий 110—500 кВ, оснащенных современными средствами защиты от внутренних перенапряжений (разрядниками, реакторами и др.), не отмечалось аварийных отключений при внутренних, и в частности коммутационных, перенапряжениях. Исключение составляют лишь те линии электропередачи, у которых было неправильно выбрано число изоляторов в гирляндах, в результате чего на линии в нормальном эксплуатационном режиме при увлажнениях загрязненных гирлянд возникали десятки отключений в год, а АПВ линии были неуспешными из-за повторных перекрытий изоляции либо в момент АПВ, либо вслед за ним от рабочего напряжения [32].
Удельное число грозовых отключений (vгр) воздушной линии определяется грозовой активностью района и грозоупорностью линии, зависящей, в свою очередь, от таких конструктивных особенностей и параметров линии, как использование тросовой защиты, угол тросовой защиты, импульсный уровень изоляции, сопротивление заземления опоры и др. Рациональное сочетание этих параметров позволяет снизить νгр до необходимого значения. Как это следует из эксплуатационного опыта линий электропередачи 110— 500 кВ [118], удельные числа грозовых отключений колеблются от 0,1 у линий 500 кВ до нескольких единиц у линий 110—220 кВ, защищенных тросами, и достигают десяти и более у линий, не имеющих тросов. Большинство грозовых отключений может быть ликвидировано с помощью АПВ линии. Исключение составляют лишь такие грозовые отключения, которые сопровождаются расцеплением гирлянд (удельное число таких повреждений μгр).
Часть аварийных отключений на воздушных линиях возникает из-за ложной или неселективной работы релейной защиты и ошибок персонала. По данным [6], для линий 500 кВ эта группа аварийных отключений характеризyется удельным числом отключений (νз) порядка 0,1 и примерно таким же удельным числом повреждений (μз).
Причины некоторой части аварийных отключений воздушных линий электропередачи остаются невыясненными. Такие отключения приходится выделять в самостоятельную группу с показателем Они, как правило, ликвидируются АПВ линии.
В итоге общее число первичных аварийных отключений воздушной линии электропередачи за год составляет:

В табл. 1-1 приведены в качестве примера показатели надежности первых линий электропередачи 500 кВ от Волжских ГЭС к Москве за первый период их эксплуатации (6], а в табл. 1-2— показатели надежности воздушных линий электропередачи 500 кВ, достигнутые в СССР за 10 лет их эксплуатации [44]. В этой же таблице воспроизведены показатели надежности линий 220—400 кВ, опубликованные в США [113] и в материалах СИГРЭ [118]. Из табл. 1-2 следует, в частности, что удельное число аварийных отключений для воздушных линий электропередачи 220—500 кВ — порядка единицы, а удельное число аварийных повреждений составляет несколько десятых.
Для анализа длительности аварийного простоя воздушной линии требуются сведения не только об удельных числах аварийных отключений (сведения об их частости), но и о длительности ликвидации аварийных отключений и повреждений. Для аварийного отключения, не сопровождающегося повреждением, время простоя линии определяется паузой АПВ линии. Для аварийных отключений, сопровождающихся повреждением, длительность ликвидации повреждения очень сильно зависит от характера повреждения. Поэтому усреднение Τ для всех видов повреждений неправомерно.
Приведенные в табл. 1-3 значения применительно к линиям 110—330 и 750 кВ нуждаются в корректировке. Можно предполагать, что порядок соответствующих значений сохранится, по крайней мере, для линий 330 и 750 кВ.
Суммарная длительность (Тав) аварийного простоя воздушной линии длиной I (измеряемой в километрах) за год ее эксплуатации может быть оценена по формуле:

(1-3), где- вероятность перекрытия линейной изоляции
при коммутации АПВ соответственно при увлажнениях и при грозе.

Таблица 1-1
Удельные числа аварийных отключений и повреждений воздушных линий 500 кВ Куйбышев—Москва и Волгоград—Москва за период с 1961 по 1966 г.


Причина аварийных отключений и повреждений

Наименование линии и участков

Длина линии или ее участка, км

Удельное число аварийных отключений V

Удельное число повреждений μι

Перекрытие гирлянды в нормальном эксплуатационном режиме от увлажнения

Куйбышев — Москва

1781

0,075

0,06

Волгоград— Москва

Вся линия

1972

0,28

0,2

Михайловский район

418

0,55

0,5

Гололед и пляска проводов

Куйбышев— Москва,
Волгоград— Москва

Ульяновский, Арзамасский, Грязинский, Ново-Николаевский районы

2382

0,7

0,33

Другие районы

1371

0,07

0,03

Повреждение промежуточных опор

Волгоград — Москва (западная цепь)

1006

0,05

0,05

Волгоград — Москва (восточная цепь),
Куйбышев — Москва

2747

 

 

Наезд, наброс, падение самолета, расстрел гирлянд, отключение по вине ремонтного персонала

Куйбышев — Москва,
Волгоград — Москва

3753

0,08

0,06

Грозовое перенапряжение

Куйбышев — Москва

1781

0,12

0,05   ·

Волгоград — Москва

1972

0,18

0,09

Невыясненные причины

Куйбышев — Москва,
Волгоград — Москва

3753

0,16

0,11

Таблица 1-2
Удельные числа аварийных отключений линий электропередачи 500 кВ в СССР и 220—400 кВ за рубежом


Причина аварийных отключений

Линии 500 кВ в СССР

Линии 220—360 кВ США и Канады

Линии 275—400 кВ 8 стран

Волжские ГЭС—Москва: 1961—1966 гг.
22,1 тыс. км-лет, 234 аварийных отключения [6]

ЛЭП 400 -500 кВ: 1956—1966 гг., 55 тыс. км-лет,
316 аварийных отключений [44]

ЛЭП 220—240 кВ: 1950-1964 гг.,
234 тыс. км-лет. 1659 аварийных отключений [113]

ЛЭП 287—300 кВ: 1950-1964 гг..
17,2 тыс. км-лет.
213 аварийных отключений [113]

ЛЭП 345—360 кВ: 1950—1964 гг., 23.8 тыс. км-лет, 696 аварийных отключений [113]

ЛЭП 275—400 кВ: 1936—1958 гг., 67,1 тыс. км-лет, 727 аварийных отключений [118]

Перекрытие гирлянды в нормальном эксплуатационном режиме

0,18

 

0,05

0,02

0,03

0,18

Гололед и пляска проводов

0,48

0,17

0,05

0,20

0,13

0,08

Повреждение опор и фундаментов

0,01

0,005

0

0

0.01

Перекрытие     воздушных
промежутков при шквальном ветре

0

0,022

0,03

0,01

0,02

0,04

Наезд, наброс, отключение по вине ремонтного персонала

0,08

0,038

0,04

0,005

0,26

0,05

Грозовое перенапряжение

0,15

0,10

0,26

0,17

1,89

0,53

Невыясненные причины

0,16

0,09

0,26

0,8

0,47

0,04

Всего

1,06

0,58

0,69

1,22

2,85

0,93

Коэффициент аварийного простоя  воздушной линии характеризует долю года, затрачиваемую в году на ликвидацию всех повреждений воздушной линии, а именно Хав=Тав/Т0, где Т0 —число часов в году (8760 ч). Для воздушных линий электропередачи 110—500 кВ коэффициент аварийного простоя составляет (1—3)-10-3 или 10—30 ч в год [6, 16].
Длительность ремонтно-профилактического простоя воздушной линии электропередачи в расчете на 100 км ее длины и один год эксплуатации (Т'р) также является важной характеристикой надежности линии. В отрезок времени T'р включается то ремонтное время, на которое требуется отключать линию для замены поврежденных изоляторов, осмотра и замены линейной арматуры и других работ. Из опыта эксплуатации воздушных линий электропередачи со стальными и железобетонными опорами известно [6, 51, 71], что основная часть ремонтнопрофилактических работ связана с заменой поврежденных изоляторов. Поэтому величина Тр является монотонной функцией средней ежегодной отбраковки (q) изоляторов: при q=2% для ежегодной замены всех поврежденных изоляторов на каждые 100 км линии 500 кВ требуется 200 и более часов; при q = 0,5% для линий 110— 500 кВ это время снижается до 60-100 ч [51].
Так как суммарная длительность ремонтно-профилактических работ  пропорциональна длине линии, то
(1-4) а коэффициент ремонтного простоя (χρ) линии,
(1-5)

характеризующий долю года, затрачиваемую на профилактический ремонт линии, определяется отношением χρ= Τр/Τ0.
По коэффициентам χав и χρ определяется и коэффициент готовности (χг) воздушной линии электропередачи, характеризующий вероятность того, что линия будет в работе в произвольно выбранный момент времени на протяжении года.
Таблица 1-3
Средняя длительность ликвидации повреждений на воздушных линиях 500 кВ

При средней ежегодной отбраковке изоляторов q≥0,5% χг определяется в основном ремонтно-профилактическими работами, связанными с заменой поврежденных изоляторов. Так как на эти работы уходят сотни часов в год, то коэффициент готовности воздушных линий 110—500 кВ длиной несколько сот километров отличается от единицы на несколько процентов. В частности, для линий электропередачи 500 кВ коэффициент готовности в среднем составил 0,93—0,94 [6, 16], а после перехода на стеклянные изоляторы возрос до 0,95—0,96. Для линий электропередачи 110— 330 кВ коэффициент готовности колеблется в пределах от 0,96 до 0,98 (16).



 
« Изоляционные характеристики вакуумных дугогасительных камер   Индустриализация монтажных работ »
электрические сети