Содержание
В 60-70-е года шел бурный рост промышленности Кузбасса, вместе с которой развивалась и электроэнергетика. Численность подстанций и высоковольтных сетей в «Кузбассэнерго» только за два десятилетия увеличилась более чем втрое.
За период 1960 — 1980 гг. произошли следующие изменения:
- Воздушных линий электропередач (ВЛ) напряжением 35 кВ — с 672 до 2012 км.
- Количество подстанций напряжением 35 — 500 кВ увеличилось с 56 до 172.
- ВЛ-110 кВ — с 480 до 2130 км.
Описание предметной области
На сегодняшний день построено ВЛ- 220 кВ общей протяженностью 985 км., ВЛ-500 кВ — 311 км.
Данные приведены на гистограмме, рисунок 1:
По сравнению с этим за два последних десятилетия количество подстанций и ВЛ напряжением 35-500 кВ возросло на четверть.
Кризис в экономике страны в 90-е годы отразился и в электроэнергетике:
- В связи с недостаточным финансированием за последние годы замена старого высоковольтного электрооборудования практически не ведётся.
- Всё оборудование, которое устанавливалось в 60-80-е годы, выработало свой ресурс, так как в соответствии с инструкциями по эксплуатации заводов изготовителей срок эксплуатации высоковольтного электрооборудования составляет 25 лет [3].
- Но, несмотря на это, сейчас вместо замены проводятся капитальные ремонты трансформаторов и выключателей, устаревших морально и физически.
- Кроме того, из-за отсутствия на предприятиях достаточной комплектации запасными частями и материалами капитальные ремонты проводятся в неполном объёме.
- Например, при проведении капитального ремонта высоковольтного выключателя типа МКП-110 кВ по технологической карте [4] на данный вид работы из шести дугогасительных камер необходимо заменить две с худшими характеристиками.
- Реально их не меняют или производят замену вышедших из строя камер не новыми, а находившимися длительное время в эксплуатации (с демонтированных выключателей).
По этим же нормам контактную систему выключателя при обнаружении дефектов необходимо менять.
Из-за отсутствия материальной базы этого не делают, контакты растачивают и устанавливают вновь и так далее.
Всё это снижает надёжность оборудования.
Проводить капитальные ремонты электрооборудования из-за высокой стоимости запасных частей нецелесообразно, а именно:
- Так, замена высоковольтных вводов типа БМВ-110 кВ на выключателе МКП-110 кВ ценой 160- 180 тыс. рублей за ввод (в количестве 6 штук) превышает цену нового маломасляного выключателя типа ВМТ-110 кВ или элегазового выключателя типа ВГТ-110 кВ ценой в 600 — 1000 тыс. рублей.
- Проблемой проведения капитальных ремонтов электрооборудованию или его замены является высокая стоимость высоковольтного оборудования и его запасных частей как российского, так и зарубежного производства.
В зарубежной практике от проведения капитальных ремонтов оборудования предприятия, эксплуатирующие сети, отказываются вообще, поскольку:
- Они эксплуатируют электрооборудование до изменения его характеристик ниже допустимых норм или до его отказа, затем производят его замену.
- Такому экономическому подходу способствует, естественно, высокая надёжность и качество производства зарубежного высоковольтного электрооборудования.
- Гарантийный срок зарубежных предприятий изготовителей на такое оборудование составляет до десяти лет, а иногда он распространяется на весь срок эксплуатации, это характерно для SIEMENS, ABB, OLDHAM.
- Естественно, эксплуатирующим предприятиям выгоднее покупать такое дорогостоящее электрооборудование, с высокими показателями надёжности, которое требует минимума затрат в период эксплуатации, что в конечном счёте к концу срока эксплуатации себя окупает полностью.
Системы постоянной диагностики улучшают эксплуатацию электрооборудования.
Современные зарубежные высоковольтные выключатели и силовые трансформаторы оснащены системами мониторинга.
Они реагируют на любые изменения характеристик оборудования, находящегося в работе.
Например, при таком подходе получаем следующие преимущества:
- У выключателей контролируется состояние контактной системы, замеряется переходное сопротивление, нагрев контактов и так далее.
- В работе трансформаторов контролируется состояние трансформаторного масла, сопротивление изоляции и тому подобное.
- Любое изменение характеристик передается обслуживающему персоналу, что позволят предупредить отказ такого электрооборудования.
Всё это — и качество электрооборудования, и его постоянный мониторинг — позволяет добиться высокого показателя надёжности энергоснабжения и качества передаваемой электроэнергии.
Российские предприятия не производят такого надёжного оборудования, но, несмотря на это, цены на него велики.
Российское оборудование не оснащено системами мониторинга.
Поэтому, чтобы восполнить этот недостаток некоторые российские НИИ разрабатывают приборы диагностики.
Например, Иркутский институт систем энергетики «СКБ электротехнического приборостроения» производит приборы контроля выключателей (ПКВ):
- Для диагностирования высоковольтных выключателей таким прибором их необходимо выводить из работы в ремонт.
- Сама диагностика очень зависит от человеческого фактора, правильности подключения датчиков, проведения замеров и так далее.
Несмотря на это, большинство предприятий, эксплуатирующих высоковольтные выключатели, по положительным результатам диагностики ПКВ отказываются от проведения капитальных ремонтов, продлевая срок эксплуатации до следующей диагностики.
Диагностические мероприятия для силовых трансформаторов
Одним из важнейших факторов, обеспечивающих надежность и безопасность эксплуатации электроустановок, является своевременное выявление дефектов до наступления катастрофического отказа.
Однако, одна из ключевых задач в проблемах оценки состояния электроустановок — анализ условий возникновения и развития дефектов исследована слабо.
Так, например, количество отказов в электроустановках по неустановленным причинам колеблется от 20 до 40 %.
Достоверность диагностики самого дорогостоящего оборудования — силовых трансформаторов по результатам 5-летнего исследования в ОАО «Кузбассэнерго» представлена в таблице 1:
Обозначения:
- Пробел — не диагностируется.
- д — результат достаточно достоверный.
- п — желательно подтверждение другими методами.
- т — результат требует подтверждения другими методами.
Требуются наработки — не существует точных критериев.
Нужно сравнение результатов периодического контроля одного и того же оборудования, разных трансформаторов одного типа, соблюдение технологии и опыт проводящих диагностику и анализ.
По этим исследованиям на трансформаторах, отработавших свой срок:
- Повреждения развиваются в течении нескольких лет — 20%.
- От нескольких часов до нескольких месяцев — 40%.
- Быстрое развитие повреждения — 40%.
Таким образом, периодический контроль в ряде случаев не в состоянии предотвратить аварии.
Определяющими факторами являются срок службы и условия эксплуатации:
- Нагрузка трансформатора.
- Сквозные токи короткого замыкания.
Статистика повреждений трансформаторов за 5-летний период, с достаточной точностью приведена в таблице 2:
где
- Наибольшие повреждения и большие последующие затраты составляют первые 3 позиции.
- Периодичность контроля согласно «Объемов и норм испытаний электрооборудования» недостаточна для диагностики быстро развивающихся повреждений.
- Диагностика состояния изоляции обмоток опирается на данные хроматографического анализа и должна сравниваться с предыдущими анализами по этому же трансформатору.
Особый интерес представляют исследования воздействий перенапряжений на условия возникновения и развития дефектов.
Разработок, посвященных перенапряжениям, проведено достаточно много, но в подавляющем большинстве они посвящены решению задач защищенности оборудования, а не физике процессов в конструктивных узлах.
Вместе с тем аварийность оборудования во многом определяется воздействиями перенапряжений.
Основным видом внутренних повреждений трансформаторов являются витковые короткие замыкания (КЗ).
Причинами таких повреждений являются старение изоляции и распрессовка обмоток, вызывающие процессы, указанные в таблице 3:
Из перечисленных выше факторов внешними являются перегрузки и перенапряжения, возникающие в высоковольтной сети.
Для анализа физических процессов в высоковольтной сети на современном этапе используют цифровые осциллографы, которые позволяют:
- Вести постоянную цифровую запись показаний тока и напряжения в установленных точках.
- Но такими современными осциллографами оснащены немногие подстанции, на большинстве подстанций установлены осциллографы самозаписывающие аварийный режим на фотобумагу.
- Эти приборы ведут запись показаний только в начальный момент развития аварии, по их показаниям можно определить правильность работы средств релейной защиты и автоматики, но развитие предаварийного режима и мониторинга сети на основе анализа этих данных сделать невозможно.
Переходным звеном являются регистраторы аварийных событий.
Они ведут цифровую запись аварийных режимов, что способствует более глубокому изучению аварийной ситуации, но не позволяет провести анализ предаварийного режима.
Анализ работы современных цифровых осциллографов и моделирование перенапряжений позволяет проектировать защиты от внутренних и грозовых перенапряжений в высоковольтных сетях различного исполнения и назначения.
Этому предшествуют расчеты электромагнитных переходных процессов, позволяющие, в том числе, сформулировать требования к коммутационной аппаратуре и к аппаратным мерам защиты от перенапряжений.
Широкое использование достаточно мощной вычислительной техники позволяет в настоящее время существенно повысить достоверность этих расчетов путем более полного моделирования как самих процессов, так и коммутирующих и защитных аппаратов.
Список литературы
- Борисов Е.А., Зубков А. С., Кадомская К.П., Повышение достоверности математического моделирования электромагнитных процессов в сетях средних классов напряжений. Материалы международной научно-технической конференции «Перенапряжения и надёжность эксплуатации электрооборудования». Выпуск 1 — Санкт-Петербург: Минэнерго, 2003 год, страница 246.
- Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений — РД 153-34.3-35.125-99 — РАО «ЕЭС России» — Санкт-Петербург: Издательство ПЭИПК, 1999 год, страница 353.
- Выключатель масляный серии МКП, Техническое описание и инструкция по эксплуатации, ИБКЖ.674143,001 ТО — Москва: 1989 год, страница 62.
- Типовые технологические карты на капитальный и текущий ремонты электрооборудования распределительных устройств электростанций и подстанций на напряжение 6-500 кВ, Союзтехэнерго — Москва: 1981 год, страница 96.
Источник: Диагностика и мониторинг высоковольтного электрооборудования / И.В. Сарычев // Вестник КузГТУ, 2005 год, №3, страницы 12-15
