Текст книги "Энергетика глазами молодых (сборник)"

Методика определения мест повреждений воздушных линий электропередачи

Шевелев И. В. – студент группы Э-31, Компанеец Б. С. – к.т.н., доцент РФ, Алтайский край, г. Барнаул, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

В российской энергосистеме, источники и приемники электрической энергии соединяются между собой электрическими сетями. Одна из особенностей российской энергосистемы – передача электроэнергии на большие расстояния, посредством линий электропередач. Несмотря на технический прогресс и постоянное совершенствование конструкции линий электропередач, электрических аппаратов, и средств защиты от ненормальных режимов работы сети, аварии в системах электроснабжений неизбежны. Повреждения линий электропередач приводят к недоотпускам электроэнергии электроприемникам и нарушению их режимов работы.

Электроэнергетические системы и сети включают в себя устройства генерации, передачи, распределения и потребления электрической энергии. В этих системах неизбежно происходят различные аварийные повреждения, а наиболее повреждаемым элементом являются линии электропередач. Для бесперебойного снабжения потребителей требуется эффективно и в кратчайшие сроки устранять возникающие повреждения. Именно поэтому важной задачей обслуживающих и эксплуатирующих организаций является определение места повреждения (ОМП).

К основным причинам возникновения повреждений на воздушных линиях электропередачи относятся следующие факторы:

– атмосферные и коммутационные перенапряжения. Причинами возникновения коммутационных перенапряжений являются включения или отключения коммутационной аппаратуры. Атмосферные перенапряжения возникают из-за грозовых явлений. При таких перенапряжениях возникают пробои изоляционных промежутков и перекрытие изоляции, а иногда и её разрушение. В сетях до 220 кВ опасны атмосферные перенапряжения, а в сетях 330 кВ и выше – коммутационные. На рисунке 1 показано разрушение юбки изолятора дугой [1];

Рисунок 1 – Разрушение юбки изолятора

– изменение температуры воздуха. При понижении температуры, увеличивается допустимая по нагреву температура и ток провода. Одновременно с этим уменьшается длинна провода. При повышении температуры приводит к их отжигу и падению механической прочности. Увеличивается стрела провеса, габариты воздушной линии и изоляционные расстояния;

– действие ветра приводит к появлению дополнительной механической нагрузки, воздействующей на провода. Увеличиваются механические напряжения материала. Появляются изгибающие силы, воздействующие на опоры;

– гололедные образования. В результате их образования на элементах линий электропередач, могут возникать обрывы проводов и поломки опор, сближение и схлестывание проводов, перекрытие изоляторов. Гололедное образование на проводах, представлено на рисунке 2;

Рисунок 2 – Гололедное образование на проводах

– вибрация проводов. Колебание проводов, частотой 5-50 герц, длинной волны 2-10 метров и амплитудой 2–3 части от диаметра провода, происходящие почти постоянно, вызванные наличием ветров и завихрением их потока, обтекающего поверхность провода. Приводит к усталости и разрыву жил;

– пляска проводов. Колебание проводов, частотой 0,2–0,4 герц, длинной волны порядка одного-двух пролетов и амплитудой 0,5–5 метров. Наблюдается при сильном ветре и гололедных образованиях на проводах.

В современных условий российской рыночной экономики, одним из последствий для поставщиков недоотпуска электрической энергии, является возмещение ущерба потребителям в следствии возникших аварийный режимов электрической сети. Законодательство, Гражданский кодекс Российской Федерации и Закон о защите прав потребителей предусматривают материальную ответственность поставщика электрической энергии перед потребителем за ущерб, нанесенный в следствии недоотпуска энергии потребителю. Таким образом, поставщик электрической энергии, несет ответственность, предусмотренную гражданским кодексом и основным положением функционирования розничных рынков электрической энергии от 04.05.2012 № 442:

– за надежность снабжения потребителя электрической энергией;

– за необоснованное введение режима ограничения потребления электрической энергии [2].

Соответственно главной целью поставщика электрической энергии является как можно скорейшее устранение аварийного режима электрической сети. Самым часто повреждаемым элементом сети являются линии электропередач. Одним из путей снижения ущерба является сокращение времени отыскания повреждений и устранений их за определенный эксплуатационный период. Определение мест повреждений играет в этом существенную роль. При быстром нахождении места повреждений с помощью специальных методов, бригада быстрее находит повреждение и приступает к устранению в более короткий промежуток времени. При наличии протяженной линии электропередач, труднопроходимой местности, неразвитой дорожной сети качественное ОМП позволяет сократить время поиска повреждений в несколько раз.

Устранением возникших повреждений в электроэнергетических системах занимаются специально сформированные подразделения в сетевых компаниях называемые оперативно-выездными бригадами (ОВБ). Их главной задачей является оперативное обслуживание распределительных пунктов, трансформаторных подстанций и линий электропередачи распределительных электросетей с обеспечением установленного режима работы по напряжению и нагрузке. Оперативно-выездным бригадам выделяют транспорт (автомобили, иногда мотоциклы) для круглосуточного обслуживания по графику или в неотложных случаях тех подстанций (напряжением до 110 кВ, а иногда и 220 кВ), где нет дежурного персонала или где дежурство ведется эксплуатационными монтерами только в утренние смены, когда идут ремонты, или при необходимости оперативных переключений. С этой целью для каждой ОВБ разрабатывают рациональные маршруты, сокращающие продолжительность объездов и осмотров оборудования. При коротком замыкании на воздушных линиях электропередач, уменьшая погрешность ОМП, оперативно-выездная бригада может оптимизировать свой маршрут с целью сократить затраты времени на поиск места повреждения, снизить расход горючих и смазочных материалов для автомобиля. В случае с труднодоступной местностью – лесной, болотистой, горной, а также зимнего периода ОВБ сможет существенно уменьшить время устранения повреждения. Пример приведен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Воздушная линия в гористой местности

Определение мест повреждений на линиях, производится с помощью различных фиксирующих приборов, регистраторов аварийных событий и устройств релейной защиты и автоматики, стало неотъемлимой частью обслуживания электроэнергетической сети. При этом эффективность поиска при обходе линий электропередач с возникшими неустойчивыми короткими замыканиями составляет порядка 40 % ВЛ. На такой малый процент успешного поиска влияет точность используемых методов определения мест повреждений [3].

Сложность обнаружена места повреждения воздушной линии электропередачи вызвана непредсказуемостью характера повреждения ЛЭП. Определить расстояния до места повреждения можно по величине сопротивления в момент возникновения повреждения. К примеру, рассмотрим однофазное короткое замыкание и найдем сопротивление Z кз.

Сопротивление Z короткого замыкания состоит из сопротивления провода, сопротивления контактного перехода провод – дуга и сопротивления дуги, формула (1):

 , (1)

где Z_{Провода} – полное сопротивление провода до точки к.з.,

Z_{Контакта} – контактного перехода провод – дуга,

Z_дуги – сопротивления дуги.

Тогда ток короткого замыкания I кз находится по формуле (2):

 , (2)

При этом величина сопротивления контакта и сопротивления дуги являются непостоянными и могут принимать различные значения, в зависимости от этого при возникновении повреждения в одном и том же месте ток короткого замыкания может принимать различные значения, таким образом мы получаем диапазон разброса значений тока короткого замыкания. График изменения тока КЗ по длине линии показан на рисунке 4.

Рисунок 4 – График тока короткого замыкания

Зная величину тока КЗ и накладывая его на график изменения тока КЗ вдоль линии можем определить участок линии где предположительно возникло повреждение. В дальнейшем мы предполагаем провести работу по уточнению определения сопротивления дуги и контакта, чтобы уменьшить потери.

Список использованных источников:

1. Афанасьев, В. В. Справочник по расчету и конструированию контактных частей сильноточных электрических аппаратов [Текст] / Афанасьев, В. В. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. – 384 с.; ил.

2. Постановление Правительства РФ от 04.05.2012 № 442 (ред. от 04.02.2017) «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии».

3. СТО 56947007-29.240.55.159-2013 Типовая инструкция по организации работ для определения мест повреждений воздушных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше (утвержден приказом ОАО «ФСК ЕЭС» от 28.11.2013 № 712 в редакции приказа ПАО «ФСК ЕЭС» от 18.01.2016 № 10).

Энергосбережение в сельских районах Алтайского края

Шишкин П. В. – студент группы П-Э(с)-31, Гутов И. А. – к. т. н., доцент РФ, Алтайский край, г. Барнаул, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

В настоящее время проблема энергосбережения в сельских районах нашей страны актуальна. В двадцатом веке начала бурно развиваться промышленность, и в связи с этим резко увеличилась добыча энергоресурсов. Параллельно с этим началось строительство благоустроенного жилья с центральным отоплением, водо– и электроснабжением. Стремление получить такое жилье пришло в сельскую местность. Из-за желания скорее построить и благоустроить село, строительство самого жилья, а также всех коммуникаций проводилось без каких-либо энергосберегающих технологий. Этому способствовали низкая стоимость энергоресурсов, а также то, что на фоне сильно развитой и также неэффективно использовавшей энергоресурсы промышленности, потребление ресурсов сельскими территориями было относительно мало. В двадцать первом веке вопросы энергоэффективности и энергосбережения особо остро встали перед организациями и населением городов и в сельской местности и требуют решения.

Если реконструкция жилья лежит на плечах владельцев и зависит от их желания, то ситуация с ресурсоснабжающими организациями в настоящее время закреплена законодательно. Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности», который был принят 23.11.2009 г., четко определил первоочередные мероприятия, которые направлены на повышение энергоэффективности, а также указал сроки их внедрения. В данном законе затронуты все сферы энергосбережения [1].

Энергосбережение необходимо налаживать, и применять нужно комплексный подход, включая в сам процесс все ответственные организации, контролирующие органы и власти [5].

В настоящее время ситуация сложилась так, что все теплоснабжение переходит в основном к частным предприятиям. Если ранее муниципальные унитарные предприятия в теплоснабжении не задумывались об энергосбережении, так как убытки предприятия покрывались из бюджета, то частный предприниматель заинтересован в получении прибыли.

Рассмотрим вопросы энергосбережения на примере Новичихинского района Алтайского края. В 2010 году ООО «Теплострой» были взяты в аренду пять котельных Новичихинского района с их тепловыми сетями. И почти сразу встал вопрос о необходимости реконструкции существующей системы теплоснабжения. С этой целью, а также на основании федерального закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности», был заключен договор на энергетическое обследование объектов ООО «Теплострой».

Целью энергетического обследования было:

– получение объективных данных об объеме использованных энергоресурсов;

– определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности предприятия в целом;

– определение показателей энергетической эффективности;

– разработка перечня типовых, общедоступных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведения их стоимостной оценки.

В течение отопительного сезона 2011–2012 гг. работа была выполнена.

Для обеспечения своей деятельности ООО «Теплострой» использует следующие энергетические ресурсы: каменный уголь; электроэнергию; моторное топливо: бензин, дизельное топливо.

Структура потребления электроэнергии за исследованный период отражена на рисунке 1.

Структура распределения тепловой энергии от котельных представлена в таблице 1.

Проведены испытания котлов, в результате которых выявлены следующие недостатки: высокие потери с уходящими газами; высокие потери от химического недожога; высокие потери от механического недожога.

Это обусловлено следующими причинами: недостаточная площадь поверхности нагрева; работа котлов при внутренних загрязнениях поверхностей нагрева; эксплуатация котлов без химводоочистки; низкая температура воздуха и топлива, подаваемого в топку; не обеспечен фракционный состав топлива; большой избыток воздуха, подаваемого в топку.

Рисунок 1 – Структура потребления электроэнергии

Таблица 1 – Структура распределения тепловой энергии от котельных в целом по предприятию

По результатам энергообследования были рекомендованы следующие организационные и технические мероприятия.

Организационные мероприятия:

– назначить приказом по учреждению ответственных за контролем расхода энергоносителей и выполнением мероприятий по энергосбережению;

– периодически осуществлять контроль качества закупаемого угля.

Технические мероприятия по энергосбережению подразделены на мало-, средне– и крупнозатратные.

Малозатратные мероприятия (срок окупаемости до 2 лет):

– замена ламп накаливания на энергосберегающие типа КЛ. Срок окупаемости замены – 0,7 лет.

– изоляция трубопровода тепловых сетей котельной № 4. Срок окупаемости – 1,3 года. Здесь нужно сказать, что тепловая сеть была проложена надземным способом, в деревянном коробе, без утепления, в результате тепловые потери были в 4 раза выше нормативных.

Среднезатратные мероприятия (срок окупаемости от 2 до 5 лет):

– замена нескольких котлов, подошедших к концу срока эксплуатации, а также не соответствующих подключенной нагрузки;

– установка оборудования химводоочистки на всех котельных;

– установка частотных преобразователей на электродвигателях тягодутьевого оборудования.

После установки частотных преобразователей на электродвигатели получены следующие преимущества: экономия электроэнергии; экономия угля; автоматическое поддержание режима горения; увеличение срока службы двигателей и движущихся частей; повышение степени защищенности двигателей; снижение пусковых токов; заблаговременное получение информации об износе элементов привода; увеличение межремонтного периода; возможность повышения степени автоматизации в дальнейшем.

Срок окупаемости выше перечисленных мероприятий по предприятию составляет 3,6 лет.

Крупнозатратные мероприятия (срок окупаемости свыше 5 лет):

– перекладка тепловых сетей (срок окупаемости 14,9 лет). В первую очередь рекомендовалось заменить тепловые сети, отслужившие более 15 лет. Фактические тепловые потери на данных участках превышали нормативные на 40–50 %. Были рекомендованы трубы в полиэтиленовой оболочке с пенополиуретановой изоляцией для подземной прокладки и трубы в оболочке из спиралевидной оцинкованной стали с пенополиуретановой изоляцией для надземной прокладки. Преимущества труб в пенополиуретановой изоляции заключается в следующем: снижение начальной стоимости прокладки по сравнению с традиционными методами на 25–30 %; экономия средств на текущий ремонт; снижение объема работ по перекладке сетей; повышенный срок службы трубопроводов и изоляции (30 лет); низкие потери на протяжении всего срока службы трубы;

– замена деревянных окон на пластиковые в административном здании ООО «Теплострой» (срок окупаемости – 17 лет).

К 2016 году большинство рекомендованных мероприятий ООО «Теплострой» были выполнены. Кроме вышеперечисленных мероприятий, было заменено насосное оборудование на насосы Wilo. Насосы Wilo с теми же гидравлическими характеристиками имеют менее мощные электродвигатели. Кроме того, при выборе насосов были учтены существующие тепловые нагрузки котельных.

По расходу электроэнергии были получены следующие результаты, представленные в таблице 2. Как видно, экономия электроэнергии составляет около 10 %, причем надо учитывать, что осенью 2015 г. в аренду была взята шестая котельная, и расход электроэнергии этого объекта также отражен в этих данных.

Таблица 2 – Расход электроэнергии

Экономия по расходу угля за этот же период составляет около 20 %.

На сегодняшний день большинство тепловых сетей все еще не заменены. Они продолжают приносить большие потери, кроме того число аварий на этих сетях растет из года в год.

По выполнению всех рекомендованных мероприятий можно будет говорить о еще большем экономическом эффекте. Руководство ООО «Теплострой», видя эти результаты, старается вкладывать сэкономленные средства в реализацию мероприятий по энергосбережениию.

Список использованных источников:

1. Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ivo.garant.ru/#/document/12171109/paragraph/33264:0

2. Портал по энергосбережению Энергосовет [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.energosovet.ru

3. Вагин Г. Я. Учет энергоресурсов [Электронный ресурс]: комплекс учебно-методических материалов. – НГТУ, 2014. – 107 с. – Режим доступа: http://www.nntu.ru/sites/default/files/file/svedeniya-ob-ngtu/inel/obrazovanie/och/ mag/13.04.02/ees/ychet/Metod_ychet_e_i_e_ees_kompleks_ym.pdf.

4. Колесников А. И. Учебное пособие по энергоаудиту коммунального хозяйства и промышленных предприятий [Электронный ресурс]. – Москва, 1998 – 44 с. – Режим доступа: http://www.studmed.ru/varnavskiy-bp-kolesnikov-ai-fedorov– mn-uchebnoe-posobie-po-energoauditu-kommunalnogo-hozyaystva-i-promyshlennyh – predpriyatiy_a7bf9815424.html#.

5. Департамент энергетики, жилищного и коммунального хозяйства города Новосибирска [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.degkh.ru.