Строительные электросетевые конструкции составляют значительную часть основных производственных фондов предприятий электрических сетей. Массовость этих конструкций в сочетании с высокой степенью ответственности и повышенными требованиями, предъявляемыми к надежности электрических сетей, с одной стороны, и значительная доля отказов оборудования энергосистем, приходящихся на долю электросетевых конструкций (свыше 30% отказов по данным Минэнерго Украины и до 50% по материалам Центрального электроэнергетического управления Великобритании), с другой стороны, выдвигают вопросы повышения надежности упомянутых конструкций на одно из ведущих мест в области энергетики. О масштабах и значимости обсуждаемой проблемы позволяют судить данные табл. 1.1 —1.3.
1.1. Протяженность воздушных линий электропередачи Минэнерго Украины
(по состоянию на 1 янв.), тыс. км
Напряжение. кВ | Год | |||
1994 | 1995 | 1996 | 1997 | |
800 | 0,25 | 0,10 | 0,10 | 0,10 |
750 | 4,08 | 4,08 | 4,08 | 4,08 |
500—400 | 0,64 | 0,64 | 0,64 | 0,64 |
330 | 12,95 | 12,88 | 12,94 | 12,94 |
220 | 4,39 | 4,40 | 4,14 | 4,14 |
154 | 10,09 | 10,20 | 10,27 | 10,33 |
110 | 37,90 | 38,44 | 39,05 | 39,15 |
35 | 70,34 | 70,54 | 70,63 | 70,78 |
20—3 | 335,81 | 335,20 | 333,50 | 333,20 |
0,5 и менее | 475,15 | 474,22 | 472,36 | 472,65 |
Всего | 95,6 | 950,22 | 947,70 | 948,00 |
1.2. Количество и мощность, MBA, подстанций Минэнерго Украины
(по состоянию на 1 янв.) *
Напряжение, кВ | Год | |
1996 | 1997 | |
750 | 7/14707 | 7/14627 |
500 | 1/1252 | 1/1252 |
400 | 2/1339 | 2/1339 |
330 | 84/47911,4 | 84/48111,4 |
220 | 35/9829,2 | 35/9990,1 |
154—110 | 1386/56584,3 | 1392/56870,9 |
35 | 3861/25351,2 | 3864/25390,6 |
Всего | 5376/156974,1 | 5385/157581,0 |
*В числителе дроби указано количество подстанций, в знаменателе — мощность
1.3. Стоимость основных фондов линий электропередачи и подстанций Минэнерго Украины, тыс. грн. (на 1 янв. 1997 г.)
Стойкая тенденция увеличения интереса к изучению надежности энергосистем вообще и электросетевых конструкций в частности прослеживается на протяжении последних 10—15 лет. Несмотря на общее сокращение объемов научно-исследовательских работ, количество публикаций по данной теме увеличивается, ежегодно проводятся научно- практические конференции и семинары.
Активно исследовать вопросы надежности электрических сетей побуждают несколько причин. Во-первых, в Украине наметился устойчивый рост числа отказов оборудования энергосистем. Во-вторых, внезапные отключения наносят громадный ущерб потребителям и эксплуатирующим организациям. В-третьих, для обеспечения и поддержания надежности электрических систем на требуемом уровне необходимы значительные материальные затраты.
Проблема увеличения надежности электрических сетей и систем может быть решена двумя путями:
- повышением надежности элементов электрических сетей;
- оптимизацией схемных решений.
Опыт эксплуатации электросетей в различных странах показывает, что необходимо рациональное сочетание обоих направлений. Это объясняется тем, что оптимизация схемных решений, в том числе двойное и тройное резервирование электроснабжения, не исключает опасности одновременного повреждения основных и резервных ВЛ при сверхнормативных гололедно-ветровых нагрузках. Поэтому одним из главных условий бесперебойного электроснабжения потребителей является безотказная работа строительных конструкций ВЛ и ОРУ.
Обеспечение высокой надежности и долговечности строительных электросетевых конструкций и сооружений было бы несложным, если бы при конструировании не приходилось одновременно удовлетворять требованиям высокой экономичности и снижения материалоемкости проектируемых сооружений. Почти всегда назначением больших размеров сечений элементов конструкции можно достичь более высокого запаса прочности и, следовательно, большей надежности. Наоборот, снижение надежности позволяет добиться экономии материальных и трудовых ресурсов.
Поэтому во многих экономических исследованиях подчеркивается, что надежность конструкций является техникоэкономической категорией, а экономические показатели, используемые для выбора оптимального технического решения ВЛ и ОРУ, как правило, базируются на технических показателях надежности.
Изучение и количественный анализ надежности электросетевых конструкций преследует несколько основных целей:
- определение на стадии проектирования оптимальной надежности систем электроснабжения посредством минимизации суммарных затрат. Оценка проектных решений при технико-экономическом сравнении различных вариантов, в том числе и для уникальных объектов;
- определение эффективности мероприятий по повышению надежности конструкций;
- обеспечение высокой степени надежности ВЛ и ОРУ за счет совершенствования системы планирования и организации ремонтного обслуживания. Создание экономически обоснованной системы эксплуатации энергообъектов на базе диагностического обеспечения энергетического производства;
- использование показателей надежности при проведении экспертных оценок и оценке технического состояния опор ВЛ и порталов ОРУ;
- разработка нормативов и рекомендаций по проектированию ВЛ и ОРУ оптимальной надежности и по рациональной эксплуатации электросетевых конструкций с учетом конкретных условий изготовления, монтажа и эксплуатации.
Проблема эксплуатационной надежности конструкций, сооружений и их элементов охватывает широкий круг вопросов, которые рассматриваются строительной наукой. Исследования в этой области проводятся по трем основным направлениям. Первое включает анализ отказов конструкций, зарегистрированных в процессе эксплуатации. Второе направление базируется на экспериментальных методах изучения отдельных факторов и групп факторов, влияющих на свойства объекта исследования. Наконец, третье направление объединяет весь комплекс теоретических разработок, использующих математические, физические, феноменологические и другие подходы. При этом результаты экспериментальных и теоретических исследований должны коррелировать с данными об отказах конструкций.