Каждый отказ изоляции на воздушных линиях электропередачи и подстанциях 110—750 кВ (перекрытие гирлянды изоляторов, воздушных промежутков и внешней изоляции аппаратов, пробой их внутренней изоляции) сопровождается к. з., которое должно быть ликвидировано за минимальное время во избежание тяжелых последствий для аппаратов, конструктивных элементов электропередачи и крупных системных аварий. После этого за минимальное технически возможное время должна быть восстановлена нормальная работа линии.
По опыту эксплуатации линий электропередачи 110—500 кВ известно, что из общего числа к. з. большая часть приходится на однофазные к. з., причем вклад последних увеличивается с ростом номинального напряжения линии электропередачи. Этот вывод вытекает из табл. 1-5: если у линий 110 кВ на долю однофазных к. з. приходилось 2/3 всех к. з., то у линий 500 кВ — 92% [19]. На линиях 750 и более киловольт можно ожидать дальнейшего увеличения доли однофазных к. з.* Отмеченная закономерность объясняется, в частности, возрастающей с увеличением габаритов опор неуязвимостью междуфазной изоляции воздушных линий при грозах, коммутационных перенапряжениях, наездах на линию, пляске проводов и преимущественно однофазным исполнением трансформаторов 500 и более киловольт.
* По сообщению американских энергетиков на советско-американском симпозиуме по ЛЭП СВН и УВН (г. Вашингтон, февраль 1975 г.), доля однофазных к. з. на ЛЭП 735 кВ Канады и 765 кВ США за период с 1967 по 1974 г. составила 99%.
Таблица 1-5
Доля однофазных к. з. в общем числе к. з. для линий электропередачи 110—500 кВ
В предшествующих параграфах уже были указаны некоторые последствия различных отказов изоляции. К ним необходимо добавить возможные режимные последствия к. з. Каждое к. з. в энергосистеме ведет к более или менее серьезному первичному возмущению нормального режима ее работы, которое неизбежно сопровождается серией вторичных возмущений, вызываемых отключением к. з., АПВ линии и другими противоаварийными мероприятиями,
направленными на ликвидацию самого к. з. и сохранение устойчивости и живучести энергосистемы или объединений энергосистем.
При возникновении к. з. на воздушной линии оно выявляется дифференциально-фазной защитой, затем происходит отключение к. з. выключателями по обоим концам линии (участка). Если дифференциально-фазная защита откажет, то вступит в действие резервная защита, которая приведет к отключению к. з. Наконец, при отказе выключателя при отключении к. з. последнее будет отключено за счет использования устройств резервирования при отказе выключателей (УРОВ). Восстановление нормальной работы линии электропередачи достигается с помощью АПВ различных типов. Как выключатели, так и устройства релейной защиты, АПВ и другой противоаварийной автоматики не являются абсолютно надежными. Обычно вычисляется и указывается вероятность отказа при одном срабатывании каждого устройства, полученная из опыта эксплуатации сетей 110—500 кВ [19, 38, 56, 63, 86].
Очевидно, что потенциальная эффективность АПВ воздушной линии сильно зависит от причин ее аварийного отключения и для отключений по одной и той же причине не может быть выше
где v и μ — соответственно удельные числа аварийных отключений и рассматриваемого вида повреждений на линии.
Фактическая эффективность АПВ понижается за счет вероятности негашения дуги за паузу АПВ (qД), вероятности перекрытия линейной изоляции при перенапряжениях, сопровождающих коммутацию АПВ и вероятности отказа самого устройства АПВ
(qа).
В итоге эффективность АПВ оценивается по формуле
(1-7)
Вероятность может быть уменьшена выбором соответствующей линейной изоляции и ее защиты от перенапряжений, а вероятность qд — за счет применения соответствующей паузы АПВ и некоторых схемных мероприятий.
Укажем некоторые экономические оценки повреждений на воздушных линиях и подстанциях, вызываемых к. з. Для потребителя электроэнергии эти повреждения чреваты перерывом в электроснабжении и, следовательно, нарушением или даже прекращением технологического процесса, сопряженным с увеличением себестоимости или с недовыработкой продукции. Для каждого конкретного технологического процесса экономический ущерб от перерыва в электроснабжении различен. Если в качестве меры ущерба принять удельный ущерб х (полный ущерб X, отнесенный к недополученной электроэнергии ΔW), то значение х будет колебаться в зависимости от специфики технологического процесса в пределах от 10-2 до 103 руб/(кВт ч). Однако на случай возникновения аварийного дефицита мощности каждая энергосистема имеет заранее разработанную стратегию. В соответствии с ней автоматика частотной разгрузки производит отключение потребителей строго по категориям, при этом в первую очередь отключаются такие потребители, отключение которых нанесет сравнительно небольшой ущерб народному хозяйству (чаще всего в пределах от 10-2 до 1 руб/(кВт-ч) [40]. Методика расчета х по данным эксплуатации развита в [46, 72] и других работах по надежности энергоснабжения.
Повреждения на линиях электропередачи наносят экономический ущерб не только потребителям, но и энергосистеме (использование вместо наиболее современной электрической станции резервной с худшими экономическими показателями или обходных электрических сетей). Для многих высоковольтных аппаратов стоимость капитального ремонта соизмерима с первоначальной стоимостью аппарата. Например, стоимость ремонта поврежденной главной изоляции силового трансформатора (автотрансформатора, реактора) может доходить до 50% его стоимости; для вводов, трансформаторов тока и напряжения, конденсаторов эта доля колеблется от 35 до 100%.
