DOI 10.57112/22022-14

УДК 621.315.177

АНАЛИЗ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМНЫХ ВОПРОСОВ, СВЯЗАННЫХ С УТРЕННИМИ И ВЕЧЕРНИМИ ОТКЛЮЧЕНИЯМИ ВОЗДУШНЫХ ЛЭП 220 кВ ПО НЕ ВЫЯВЛЕННЫМ ПРИЧИНАМ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СИБИРИ

Рыбальченко Артем Анатольевич

Грибанов Алексей Александрович

Хомутов Станислав Олегович

Аннотация:

Статья посвящена некоторым проблемам аварийных отключений воздушных линий электропередач магистральных электрических сетей (МЭС) Сибири. Обобщён опыт наблюдений и подходов к решению отдельных вопросов предотвращения аварийных отключений линий напряжением 220 кВ, накопленный в ходе их эксплуатации на предприятиях МЭС Сибири. Рассмотрены эффективные решения, направленные на снижение количества отключений воздушных линий электропередач, вызванных природным характером без видимых на это причин. Представлены результаты независимой экспертной оценки по результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований процессов возникновения нарушений в работе линий электропередач, вызванных жизнедеятельностью птиц. Сделаны выводы о целесообразности применения рекомендаций, связанных с выполнением птицезащитных мероприятий и усилением изоляции в места наиболее частого возникновения отключений.

Ключевые слова: эксплуатация, причины аварийных отключений, изоляция, электрический пробой.

На территории Сибири встречаются нетиповые отключения воздушных линий электропередач класса напряжения 220 кВ. Характерность нетиповых отключений состоит в том, что персоналу эксплуатирующих организаций, подрядных, научно-исследовательских организаций после получения информации о факте срабатывания систем релейной защиты на отключение с последующим включением воздушной линии электропередачи (ВЛ) в нормальный режим работы крайне сложно, порой невозможно найти следы перекрытий изоляции в результате протекания тока короткого замыкания. Объединяет такие отключения определенная временная цикличность, зачастую сезонного характера, в определенной местности [1].

Работы подрядных организаций по проблеме данной тематики.

В настоящее время, специализированными организациями ведутся работы по определению причин аварийных отключений ВЛ по четырем направлениям:

1. Выявление причин и фактов отключений ВЛ, связанных с жизнедеятельностью птиц. Разработка мероприятий направленных на предотвращение отключений ВЛ, вызванных жизнедеятельностью птиц.

2. Определение вероятности возникновения перенапряжений в сетях, возникновения резонансных, высокочастотных гармоник, влияющих на развитие перенапряжения с дальнейшим перекрытием изоляции на ВЛ.

3. Изучение «перекрытой», разрушенной стеклянной, фарфоровой, полимерной изоляции. Выявление характерных данным видам отключениям дефектов, определение параметров изоляции, характера воздействия тока и напряжения на изоляцию, заземление. Проведение лабораторных, экспериментальных опытов по созданию пробоя изоляции путём её увлажнения, отпотевания, загрязнения различными способами.  

4. Грозоупорность ВЛ. Расчёт параметров защиты ВЛ от перенапряжений, вызванных ударами молний. Измерение сопротивления заземляющих устройств на ВЛ.  Расчёт достаточного количества изоляторов по всей ВЛ. Выдача рекомендаций, направленных на улучшение грозоупорности ВЛ.

Опыт и решения эксплуатирующих организаций – предприятий магистральных электрических сетей (ПМЭС).

Вот что говорит о рассматриваемой проблеме заместитель начальника службы линий Хакасского ПМЭС Сибири Гусельников Андрей Павлович:

«Техническим решением утренних и вечерних отключений ВЛ по неопределенным причинам – стало замена старой изоляции на новую, а также по мере возможности соблюдения габарита изоляционного промежутка – увеличение последнего на 1-2 изолятора. В некоторых участках отмечен положительный эффект. Наблюдение достаточно мало, около года. Около 10 лет практикуем установку самодельных птицезаградителей типа «Ёж» на траверсу. Расплетается небольшой длинны повив провода и крепится на траверсу, или консоль ВЛ, в местах частого приседа птиц, как это показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схематическое исполнение монтажа птицезаградителя типа «Ёж» на траверсу опоры. Крепление выполнено болтовым соединением: 1-гирлянда изоляторов, 2 – «термоусадочный кембрик», 3 – расщепленный повив провода

На конец расщепленного повива проволок надевается «термоусадочные кембрики» – резино-пластичный материал для исключения травмирования животного мира – что является достаточной экологической мерой охраны окружающей среды. По результатам ежегодных двухразовых осмотров, небольшой эффект есть. Но встречаются случаи – птицы вьют гнезда прямо на заградителях, их крайне мало».

Теперь приведём мнение главного специалиста службы линий Кузбасского ПМЭС Девяткина Владимира Дмитриевича:

«Проблем с утренними и вечерними отключениями нет. За год было одно, которое трудно объяснить. В основном проблема двух линий по гололедообразованию при температуре близкой к нулю. Налипание снега. Бороться никак не удается».

И, наконец, рассмотрим позицию заместителя начальника службы линий Забайкальского ПМЭС Павлова Михаила Васильевича:

«Более детально хотелось бы обратить внимание на проблему отключений в Забайкальском ПМЭС (далее по тексту ЗбПМЭС). Отключения утреннее и вечернее не только в осеннее и весеннее время, но встречается и в зимнее. Все «проблемные» линии расположены в области, не далее, чем 100 км. Местность степная. По рекомендациям подрядных организаций запланированы мероприятия по установке птицезаградителей, усиление изоляции».

Необходимо отметить, что четыре года ранее были заменены фарфоровые изоляторы на стеклянные с увеличением количества. Положительных результатов в уменьшении утренних и вечерних отключений ЗбПМЭС отметить не могут. Усугубляет обстановку проблема с грозозащитой: на некоторых ВЛ нет грозотроса по рабочему проекту ВЛ (по паспорту). По решению руководства, в ближайшее время планируется установка ограничителей перенапряжений (ОПН) на ВЛ.

Статистика по отключениям 2006-2009 гг. ЗбПМЭС приведена на рисунке 2. Следует принять во внимание, что отключения отражены не только утренние и вечерние, но и по объективным причинам (ошибки персонала, аварийные ситуации с электрооборудованием).

Координаты: ось абсцисс – месяцы года, ось ординат – часы суток. Промежуток времени между кривыми (оранжевой и голубой) – это долгота дня.

Подрядные организации связывают этот график с жизнедеятельностью птиц, ссылаясь на большинство отключений, прошедших летом во второй половине дня, что оттеняет основную проблему утренних и вечерних отключений.

Наблюдения и предположения авторов и персонала Западно-Сибирского ПМЭС.

Физика процесса отключений связана с нарушением изоляции между фазным проводом и траверсой (в конечном счёте – с Землей) [2]. Сам факт пробоя фиксирован многочисленными наблюдениями службы линий, и представляет, грубо говоря, воздушный пробой от гасителей вибрации (минуя нижние изоляторы) и до верхних третьего-пятого изоляторов. Такое явление может возникнуть в результате ионизации воздуха и образовании токопроводящего воздушного канала. Сравнить это можно с природным явлением – образование и протекание (разряд) молнии. Если сравнить явление молнии (расстояние между облаком и землей) и пробоем изоляции (расстояние между фазным проводом и траверсой), то при соотношении токов и напряжений от расстояния, наиболее подверженнее (вероятнее) пробою окажется расстояние от провода до траверсы.  Из этого следует, что условием для такого пробоя необходимо облако, туманность, в котором будут ионизироваться заряженные частицы – в нашем случае от фазного провода. Теоретически, представить это явление можно просто:  влага в воздухе с повышением температуры окружающего воздуха подымается чуть выше провода, частично оседает на поверхности гирлянды изоляторов, где и возникает электрический пробой. Одним из важных факторов основообразующих влаги для такого процесса служит угол солнечного потока света в определенное время года по солнечному излучению, рельефа почвы Земли и практически отсутствие ветра.

Рисунок 2 – Статистика по отключениям в Забайкальском ПМЭС

По результатам наблюдений служба линий ЗбПМЭС так же отмечает высокую статистику отключений именно на промежуточных железобетонных опорах.  

При подтверждении этой версии актуальными будут три решения:

Первое. Замена на определенных участках промежуточных железобетонных стоек на металлические (поднять высоту сцепки проводов).

Второе. Разработка и применение диэлектрического материала на провода опор для снятия ионизации.

Третье. Разработка анкерного крепления изоляции на промежуточных опорах: так именуемый на производстве «полу-анкер». Использование облегченной натяжной арматуры для изоляции. Вызвано это тем, чтобы увеличить изоляционный промежуток.

Как отмечает производственный персонал службы эксплуатации ЛЭП Западно-Сибирского ПМЭС, данная проблема существует довольно давно – практически с самого начала построек ВЛ. В прошлом ею мало были заинтересованы сотрудники научных и производственных организаций, объясняется это старым политическим режимом, в котором разработанная противоаварийная защита автоматизированного повторного включения ВЛ – «АПВ» отрабатывала без количественного учета отключений ВЛ. В настоящее время, политикой компании группы ПАО «Россети» любые внештатные отключения ВЛ, в том числе действиями релейной защиты, приравнены к аварийным.

Экспертное заключение подрядных организаций как независимая оценка.

Заключения, сделанные подрядной организацией ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» – «СибНИИЭ по исследованию причин перекрытия на ВЛ МЭС Сибири в 2013 году:

1. Возможной и наиболее вероятной причиной отключений неопознанной природы (ОНП) следует считать перекрытия изоляции – природным характером, вызванным жизнедеятельностью птиц.

Данный вывод подтверждается совпадением характеристик ОНП, установленных в результате анализа аварийных отключений ВЛ 220 кВ МЭС Сибири, с характерными отличительными признаками «птичьих отключений», а также результатами выборочного обследования наиболее проблемных ВЛ 220 кВ МЭС Сибири и результатами экспериментальных исследований, подтвердивших принципиальную возможность перекрытия изоляции ВЛ 220 кВ по струе птичьего помета. Перекрытия изоляции, вызванные «действиями птиц», позволяют объяснить отключения по невыясненным причинам, происходящие в различное время года, включая весенний, осенний и зимний периоды, как в утренние, так и в ночные часы.

2. Перекрытия загрязненной изоляции маловероятны и не являются основной причиной ОНП. Данный вывод основывается на совокупности фактов, свидетельствующих против версии загрязнения изоляции, наиболее существенными из которых являются:

- отсутствие значимого соответствия характеристик ОНП с характерными отличительными признаками перекрытий загрязненной изоляции по следующим признакам: сезонным и временным признакам ОНП, в особенности в зимний период; погодным условиям на момент ОНП (отключения в зимний период при отрицательных температурах, отключения при отсутствии осадков и умеренной влажности воздуха – до 65 %);

- отсутствие серийности;

- тот факт, что большое число ОНП наблюдается на ВЛ не только со стеклянной, но с полимерной изоляцией;

- кроме того, известен опыт ряда ВЛ, где производилась замена старой изоляции на новую изоляцию, причем с увеличенной длиной пути утечки и это не приводило к существенному снижению числа ОНП;

- стендовые испытания гирлянд изоляторов, демонтированных с ВЛ 220 кВ Рубцовская – Горняк (РГ-217) и ВЛ 220 кВ Холбон – Харанорская ГРЭС (ВЛ- 229), не выявили существенного ухудшения характеристик изоляторов;

- удельная поверхностная проводимость гирлянд изоляторов при естественном загрязнении не превышает 0,66 мкСм, что почти в 10 раз ниже допустимой величины (5 мкСм), установленной ГОСТ 9920 и ПУЭ-7 для условий эксплуатации изоляторов в районах с I СЗ;

- пятидесятипроцентное разрядное напряжение гирлянд изоляторов в увлажненном состоянии при естественном загрязнении составляет не менее 300 кВ. Запас электрической прочности изоляции по отношению к номинальному напряжению ВЛ 220 кВ составляет не менее 230 %.

3. Вместе с тем, приведенные факты не столь однозначны, чтобы полностью исключить загрязнение изоляции, как одну из возможных причин ОНП. Тот факт, что результаты выборочного обследования и стендовых испытаний гирлянд изоляторов не подтверждают существенного их загрязнения, нельзя считать однозначным доказательством отсутствия таких загрязнений, в условиях эксплуатации. В частности, нельзя исключить возможности кратковременных, но достаточно сильных загрязнений в виде проводящих аэрозольных осадков, соленых туманов (вблизи соляных озер). Подобные загрязнения могут не накапливаться и не оставлять следов. Наконец, нельзя исключить существование более сложных механизмов перекрытия загрязненной изоляции, нежели те, которые воспроизводятся в лабораторных условиях. Один из таких механизмов может быть связан с зарядкой капель воды или кристаллов льда (в условиях росы, тумана или изморози) под действием потока ионов, генерируемых коронными разрядами на проводе, зажиме и самих изоляторах. Последующее осаждение этих заряженных частиц на поверхности изоляторов может приводить к существенному искажению электрического поля в промежутке и его перекрытию. Очевидно, что случаи указанных «аномальных условий загрязнения» маловероятны, иначе они бы проявлялись повсеместно и на них бы обратили внимание. Однако, и сами рассматриваемые события ОНП достаточно редки. Даже для наиболее проблемных ВЛ – это всего лишь 1-2 случая на 100 км ВЛ в год. Таким образом, принимая во внимание изложенные выше обстоятельства, версию «загрязнения изоляции» также следует рассматривать, как возможную причину ОНП. По крайней мере, часть отключений, происходящих в осенний и весенний периоды, может быть связана с загрязнением изоляции.

Мероприятия по снижению числа отключения, сделанные подрядчиками:

1. Выполнить птицезащитные мероприятия. В описании приводится рекламация разных производителей.

2. Выполнить мероприятия по усилению изоляции.

Рекомендовано добавить и заменить изоляторы 14×ПС-6А и 14×ПС-70Е на грязестойкие изоляторы типа 15×ПСД-70Е и полимерные изоляторы типа ЛК/120/220».

Список используемой литературы

1. Гавриш, И. С. Определение причин утренних аварийных отключений воздушных линий электропередачи / И. С. Гавриш, С. А. Банкин, А. Р. Упит // Электроэнергетика. Энергосбережение и энергоэффективность. Возобновляемые источники энергии / Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова». – Барнаул : ООО «МЦ ЭОР», 2018. – С. 18-20. – EDN XQHXZB.

2. Боровицкий, Василий Геннадьевич Исследование причин немотивированных отключений ВЛ 110 кВ и разработка рекомендаций по снижению их числа. Дисс. … канд. техн. наук. 05.14.02. Защищена 11.12.2013. – Новосибирск : ФБОУ ВПО «НГАВТ», 2013. – 201 с.

Информация об авторах

Рыбальченко А. А. – ведущий специалист службы диагностики Западно-Сибирского предприятия магистральных электрических сетей Сибири ПАО «ФСК ЕЭС», Грибанов А. А., к.т.н., доцент, Хомутов С. О., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.

-