Размещено на http://www.allbest.ru/

Филиал АО «СО ЕЭС» Саратовское РДУ, 2ООО «МИГ», 3 КТИ (филиал) ФБГОУ ВО «ВолГТУ»

ОЦЕНКА РИСКА ОТКАЗА ИЗОЛЯЦИИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПУТЕМ АНАЛИЗА ДАННЫХ СИНХРОНИЗИРОВАННЫХ ВЕКТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Д.А. Глухов, Д.Е. Титов, Г.Г. Угаров

Введение

Согласно [1], основной причиной отказов электрооборудования (ЭО) за 2016 год является износ (более 20%), при этом основной причиной износа ЭО является старение и загрязнение изоляции. Сводные данные о причинах нарушений надежности электросетевого комплекса (ЭСК) приведены на Рис.1

Рис. 1. Причины нарушений надежности работы ЭСК в 2016 году

Стоит отметить, что отказ изоляции происходит не только вследствие старения, но и вследствие стихийных явлений (16,7% отказов), недостатков эксплуатации (13,3%), связанных с несвоевременными или некачественными работами по выявлению и устранению загрязнений и дефектов изоляции. Отказ изоляции происходит и вследствие других причин, также приведенных на Рис. 1.

Приведенные факты являются причиной применения планово-предупредительного подхода к осмотру, замене и чистке изоляции. Согласно [2], в ЭСК намечен переход от системы планово-предупредительного оказания воздействия на активы к риск ориентированному управлению активами (РОП). В связи с этим, на сегодня не выясненными остаются вопросы оценки риска возникновения отказов и оценки последствий таких отказов.

1. Управление рисками в ЭСК

РОП представляет собой методологию, обеспечивающую целевое воздействие надзорных функций на объекты контроля, основанные на анализе состояния технических устройств, риска их аварий и инцидентов в соответствии с значимостью последствий таких аварий и инцидентов. Под риском понимается событие, которое может произойти в будущем с определенной вероятностью и нанести определенный ущерб. Риск может быть результатом как действия, так и бездействия.

В соответствие с методологией РОП, на сегодня сформировались два основных направления исследований: исследования в области создания методологии оценки вероятности отказа и исследования с целью создания методик оценки последствий таких отказов. Оценка последствий отказов должна включать в себя экономические показатели ущерба, основным фактором которой является длительность перерывов электроснабжения потребителей. Такая статистика по ЭСК ПАО «Россети» за 2016 год приведена на Рис. 2[1].

Рис. 2. Средняя длительность перерывов электроснабжения потребителей в сети 6 кВ и выше, в результате технологических нарушений

Как видно из Рис.2, наиболее длительные перерывы электроснабжения наблюдались в Центральной, Южной частях Росссии и Поволжье. Концепция РОП на примере использования данных, представленных на Рис.2, предполагает увеличение плановых затрат на противоаварийные мероприятия в тех дочерних сетевых компаниях ПАО «Россети», в которых продолжительность перерывов электроснабжения выше всего.

Методология оценки вероятности отказов должна строиться на основании статистики отказов, а также на основании результатов мониторинга состояния ЭО. Мониторинг при этом должен подразумевать непрерывный неразрушающий контроль.

2. Проблема оценки состояния изоляции воздушных линий электропередачи

Существующие на сегодня методы диагностики состояния изоляции являются локальными. Для их применения необходимо сначала определить объект контроля (ВЛ), а также место проведения превентивной диагностики. В масштабах ЭСК выбрать первоочередной объект для диагностики бывает затруднительно.

Стоит отметить, что на сегодня нет готовых инструментов косвенной оценки увеличения тока утечки в изоляции какой-то из ВЛ. Однако, увеличение тока утечки можно определить на основании оценки параметров схемы замещения. В соответствии со схемой замещения, токоведущие части ВЛ электрически связаны с землёй поперечной проводимостью Y, следовательно, суммарный ток утечки, протекающий по контурам фаза-земля-нейтраль и фаза-земля-фаза зависит от величины этой проводимости.

Применяемыми сегодня стандартными средствами оценки состояния на основании данных телеметрической информации невозможно определить поперечную проводимость ВЛ, однако, в связи с масштабным внедрением в ЕЭС России системы синхронизированных векторных измерений (СВИ), появилась возможность высокоточной оценки состояния ВЛ, а следовательно - оценки ее поперечной проводимости. В связи с этим, для формирования методики такой оценки необходимо определить главные измеряемые посредством СВИ параметры и математическую модель поперечной проводимости на основании данных СВИ.

3. Современное состояние и перспективы развития систем синхронизированных векторных измерений

Современные системы мониторинга переходных режимов (СМПР) в России состоят из устройств синхронизированных векторных измерений (УСВИ) и концентраторов синхронизированных векторных данных (КСВД). Сбор информации для задач оперативно-диспетчерского и автоматического управления ЭЭС осуществляется в двух режимах: on-line и off-line. Создание системы мониторинга переходных режимов в России было инициировано ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС» в 2005 году в рамках проекта «ТЭО синхронного объединения энергосистем UCTE и ЕЭС/ОЭС» [3, 4]. На 2017 год комплексами СМПР оснащены 85 объектов , количество УСВИ составляет 551 устройство, КСВД - 47 устройств [5]. Диаграмма оснащённости СМПР ЕЭС России приведена на Рис. 3.

Рис. 3. Оснащённость СМПР ЕЭС России на 2017 год[5]

Согласно [6], к 2020 году планируется оснастить СМПР порядка 200 объектов. Концепция предполагает на первом этапе оснастить СМПР все ПС классом напряжения 500 кВ и выше, а также электрические станции установленной мощностью 500 МВА и выше[7].

В Таблицу 1 сведены данные по точности действующих в мире УСВИ.

Таблица 1 Сводные данные по точности существующих промышленных УСВИ

Как видно из таблицы, применяемые в ЕЭС России УСВИ являются наиболее точными в части замера углов векторов, а также частоты. Согласно [8] для синхронизации УСВИ должны использоваться приемники сигналов глобальных навигационных систем с точностью синхронизации не хуже 1 мкс., что соответствует погрешности измерений 0,018 эл. градусов. Стоит отметить, что современные спутниковые системы имеют точность 15 нс, что соответствует точности 0,00027 эл. градусов.

На основании указанных данных стоит отметить возможность измерения векторов токов и напряжений по концам ВЛ с достаточно высокой точностью. Используя указанные данные, можно производить косвенную оценку состояния изоляции ВЛ с целью выявления наиболее рискованного элемента электрической сети. Для формирования методики такой оценки необходимо определить главные измеряемые посредством СВИ параметры и математическую модель поперечной проводимости на основании данных СВИ. изоляция воздушный электропередача сетевой

4. Определение диагностических параметров для оценки состояния изоляции с использованием данных СВИ

На Рис. 4 приведена принципиальная схема (а) и П-образная схема замещения (б) ВЛ.

Рис. 4. Однолинейная схема ВЛ

а - принципиальная; б - П-образная схема замещения

Ток (Рис.4), зависит от разности модулей напряжений и от угла сдвига фаз по концам ВЛ. Обратимся к векторной диаграмме ВЛ (Рис. 5), построенной для схемы замещения, представленной на Рис.4 в фазных значениях напряжений.

Рис. 5. Векторная диаграмма ВЛ

Из Рис. 5 видно, что падение напряжения (геометрическая разность напряжений по концам ВЛ) зависит от тока линии и продольного сопротивления ВЛ. Однако, ток линии невозможно измерить, поскольку это величина имеет место лишь в П-образной схеме замещения (Рис. 4б). Применительно к указанной схеме, имеется возможность непосредственного замера векторов тока и по концам ВЛ. Имея синхронизированные векторы тока по концам ВЛ и зная параметры поперечной проводимости, можно определить ток на основании схемы замещения и векторной диаграммы ВЛ (Рис. 4б), (Рис.5):

Где , , - синхронизированные векторы токов по концам ВЛ, , , , - векторы токов поперечной проводимости для схемы на Рис.3, причем:

Где - ток реактивной проводимости конца ВЛ; - ток активной проводимости конца ВЛ; - фазный вектор напряжения конца ВЛ.

Запишем (1) с учетом (2) и (3):

Поскольку , запишем выражение для полной поперечной проводимости используя (5):

В комплексной форме (6) примет вид:

Где , , , - измеренные модули токов и напряжений по концам ВЛ; , , , - фазовые углы векторов.

Таким образом, искомыми параметрами для определения поперечной проводимости являются: , , , , , , , .

Поскольку в (7) использованы фазные значения напряжений и токов, проводимость можно определить для каждой фазы, а это значит, что можно не только выявить ВЛ с ухудшенными изоляционными свойствами, но и выявить фазу, что упрощает задачу диагностики состояния изоляторов.

Выводы

1. Проведен анализ аварийности электросетевого комплекса. Выявлено, что одной из основных причин отказов электрооборудования, в частности ВЛ, является отказ изоляции;

2. Предложен метод оценки риска отказа изоляции ВЛ путем анализа данных синхронизированных векторных измерений по концам ВЛ;

3. Проведен анализ современного состояния и перспектив развития систем синхронизированных векторных измерений в ЕЭС России;

4. Сформирована математическая модель оценки поперечной проводимости фазы ВЛ на основании данных СВИ

Список литературы