Технические науки /5. Энергетика
Д.т.н. Кабашов В.Ю.
Башкирский государственный аграрный университет, Россия
АНАЛИЗ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ВЛ 6-10 КВ
В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ
КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Воздействие
неблагоприятных климатических факторов приводит к повреждениям элементов
пролета воздушных линий электропередачи всех классов напряжений и вызывает их
аварийные отключения. Анализ аварийных отключений ВЛ 6-110 кВ, проведенный в
ряде энергосистем России и стран СНГ, показывает, что наибольший процент
отключений приходится на линии напряжением 6-10 кВ. Так, в начале декабря
32 м/с) происходили отключения в электрических сетях 35-110 кВ и массовые
аварийные отключения в распределительных сетях 6-10 кВ (филиал ПАО «МРСК Юга» –
«Ростовэнерго»). В зонах ответственности «Ростовэнерго» были отключены одна ВЛ 110 кВ, четыре ВЛ 35
кВ,
125 ВЛ 6-10 кВ. Без электроснабжения остались бытовые потребители части г.
Ростова-на-Дону и в 236 населенных пунктах (около
118200 человек). Мощность отключения потребителей составила 49,3 МВт.
Высокая повреждаемость ВЛ
6-10 кВ по сравнению с ВЛ 35 кВ и выше объясняется их конструктивными
особенностями: короткие пролеты, малые сечения проводов и стрелы их провеса,
незначительные межфазные расстояния между проводами, большая разрегулировка их
стрел провеса в пролете, жесткое крепление проводов на штыревых изоляторах.
Воздушная линия
электропередачи напряжением 6-10 кВ представляет собой систему, элементы
которой связаны между собой сложной причинно-следственной зависимостью. Это
подтверждается тем, что в ряде энергосистем России и стран ближнего зарубежья
аварийные отключения ВЛ 6-10 кВ по неизвестным причинам составляют до 30-40%.
Надежность работы каждого элемента по-разному влияет на работу других
элементов, один вид повреждения переходит в другой, т.е. наблюдается явление
развития аварии. Велико и число факторов, воздействующих на элементы воздушной
линии и определяющих её работоспособность.
Из всех повреждений,
которые имеют место на воздушных линиях электропередачи 6-10 кВ, наиболее
тяжелыми по своим последствиям являются различные разрушения опор (19,9%
аварийных отключений по количеству и 28,1% по длительности) [1]. Аварийные
отключения
из-за повреждения опор и приставок возникают при воздействии значительных
ветровых нагрузок (49,7%), гололедно-изморозевых
(19,3%), грозовых разрядов молний, вызывающих расщепление или возгорание
верхней части деревянных опор (23,0%). Аварии, связанные с ветровыми
нагрузками, происходили при скоростях ветра 26…35 м/с. Следует отметить, что
разовый случай аварийного отключения, зарегистрированный в первичной
документации, на самом деле может охватывать несколько опор (массовое падение
или возгорание), увеличивая масштабы аварии.
Для выработки стратегии
работ по повышению надежности ВЛ
6-10 кВ разработана блок-схема, описывающая причинно-следственную зависимость
повреждаемости этих линий (рисунок 1), при этом учтены все факторы, влияющие на
надежность работы ВЛ и ее элементов. Из схемы видно, что применение более
прочных опор и проводов, совершенствование гололедно-ветрового
районирования территории страны могут исключить лишь часть причин
повреждаемости ВЛ 6-10 кВ. Остаются не охваченными направления работ, связанные
с уменьшением повреждаемости проводов и устройств для их крепления к опоре при
воздействии неблагоприятных климатических факторов.
Большинство аварийных
отключений ВЛ 6-10 кВ происходит в результате воздействия ветровых и
гололедно-ветровых нагрузок, при этом 60-70% этих отключений связано с
динамическим поведением проводов в ветровом потоке. Эти отключения вызваны
одним из следующих повреждений: обрыв провода или проволочной вязки провода к
штыревому изолятору, пережоги проволок проводов при их опасных сближениях и схлестываниях, срыв изолятора с крюка (штыря).
Обрывы проводов при
отсутствии гололедных отложений возникают при скоростях ветра 20…30 м/с с
порывами до 35…40 м/с. Обрывам проводов, как правило, предшествовали их
ослабления из-за пережогов, усталостных изломов или перетираний
в месте крепления провода к штыревому изолятору.
Аварийные
отключения ВЛ 6-10 кВ из-за опасных сближений и схлестывания проводов при
воздействии ветра происходили при наличии в пролете разрегулировки
стрел провеса фазных проводов относительно друг друга от 20 до 60% [2]. При
этом изменение частоты маятниковых колебаний проводов составляет 9…21%, а
логарифмического декремента внутреннего трения – 7,8…23,4%, что существенно
усиливает несинхронность их маятниковых колебаний при воздействии ветра. Провода
приближаются друг к другу на опасные расстояния, при которых из-за снижения
изоляционной прочности возникают короткие замыкания. В результате на ВЛ 6-10 кВ
возникают как кратковременные отключения
(с последующим успешным АПВ) [3], так и длительные (при пережоге проводов, их
ослаблении, обрыве и падении на землю) [4].
Рисунок 1 Блок-схема, описывающая
причинно-следственную зависимость повреждаемости ВЛ 6-10 кВ:
– – – повреждения при механических нагрузках в
пределах расчетных величин
Верховые осмотры показали, что основной причиной разрегулировки стрел провеса проводов является ослабление крепления провода к штыревому изолятору проволочной вязкой при воздействии ветра со скоростью 25…35 м/с. Вязальная проволока не способна выдерживать длительные динамические нагрузки, возникающие при колебаниях проводов при ветре и гололеде, при этом происходит ее ослабление и разрушение. При ослабленном креплении разница в гололедно-ветровых нагрузках на провода соседних пролетов (например, при неравных длинах, неравномерности покрытия проводов гололедом) приводит к проскальзыванию провода в узле крепления и смещению его относительно штыревого изолятора [5, 6]. Это вызывает изменение длины фазных проводов в пролете и разрегулировку их стрел провеса.
В последние годы
участились случаи повреждений проводов при падении на них деревьев или при
приближении к ним веток деревьев, наклоненных под действием массы замерзшего
отложения мокрого снега. Так, в конце 2010 – начале 2011 года произошли
массовые отключения электричества в Московской области и других регионах
Центрального федерального округа. На Москву и Московскую область обрушился
ледяной дождь, линии электропередачи стали обрываться под тяжестью льда и
мокрого снега. Последующее снижение температуры привело к падению огромного
числа деревьев и нависанию на провода обледенелых ветвей. В результате без
электроэнергии остались около 400 тысяч человек. В ликвидации стихийных явлений
участвовало в общей сложности 52 тысячи человек и свыше 1500 единиц специальной
техники, что позволило устранить на соответствующих участках угрозу отключения линий
из-за коротких замыканий, вызванных падающими и наклоненными под действием
массы мокрого снега и гололеда деревьями.
Таким образом, наряду с
усилением механической прочности элементов пролета ВЛ 6-10 кВ к числу важнейших
мероприятий по повышению их надежности относятся защита проводов в режимах их
низкочастотных колебаний при воздействии гололедных и ветровых нагрузок,
координация расстояний между фазными проводами по условиям их схлестывания,
совершенствование конструкции устройств для крепления провода к штыревому
изолятору.
Литература:
1. Усманов Ф.Х. Анализ отключений
сельских ВЛ 6–10 кВ / Ф.Х. Усманов, В.Ю. Кабашов, В.А. Максимов //
Электрические станции. – 1980. – №8. –
С. 56–58.
2. Кабашов В.Ю. Исследование условий
возможного схлестывания проводов сельских ВЛ 6–10 кВ // Электротехнические и
информационные комплексы и системы. – 2013. – № 2, Т. 9. – С. 9–12.
3. Кабашов В.Ю. Анализ повреждаемости
проводов сельских ВЛ 10 (6) кВ при воздействии неблагоприятных климатических
факторов // Взаимодействие науки и общества: проблемы и перспективы: сборник
статей Международной научно-практической конференции
(15 мая
4. Кабашов, В.Ю. Предотвращение
опасных сближений проводов сельских ВЛ 6-10 кВ / В.Ю. Кабашов, М.З. Нафиков //
Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1989. – № 1. – С. 41–42.
5. Кабашов В.Ю. Совершенствование
конструкции крепления проводов к штыревым изоляторам на сельских ВЛ 6–10 кВ /
В.Ю. Кабашов,
Ф.Х. Усманов // Энергетик. – 2006. – № 3. С. – 25–26.
6. Кабашов В.Ю. Повышение надежности
крепления провода к штыревому изолятору на ВЛ 6-10 кВ // Электрификация
сельского хозяйства: межвузовский научный сборник. / Башкирский ГАУ. – Уфа, 2008.
–
Вып. 5. – С. 29–32.
© В.Ю. Кабашов, 2017