 |
Классификация отказов в ЭС
|
|
|
|
Причины повреждения ЛЭП:
- гололёдно-ветровые нагрузки;
- перекрытие изоляции вследствие грозовых разрядов;
- повреждение опор и проводов автотранспортом и другими механизмами;
- дефекты изготовления опор, проводов, изоляторов;
- перекрытие изоляции из-за птиц;
- несоответствие опор, проводов, изоляторов климату;
- неправильный монтаж опор и проводов, не соблюдение сроков ремонта и замены оборудования.
Эти причины приводят в основном:
♦ к ослаблению или нарушению механической прочности опор, проводов, изоляторов;
♦ поломке деталей опор;
♦ коррозии и гниению металлических и деревянных частей;
♦ из ЛЭП из-за вибрации, «пляски» и обрыва проводов.
Причины отказов кабельных ЛЭП:
- нарушение механической прочности землеройными машинами и механизмами (до 70% всех повреждений);
- электрические пробои в кабельных муфтах и на концевых воронках;
- старение и износ изоляции;
- попадание влаги в кабельную линию;
- коррозия металлических частей.
Причины отказов силовых трансформаторов:
- нарушение изоляции обмоток из-за внешних и внутренних перенапряжений, сквозных токов КЗ, дефектов изготовления, старение вследствие перегрузок;
- повреждение устройств, регулирующих напряжение;
- повреждение контактных соединений;
- повреждение вводов трансформаторов из-за перекрытия изоляции;
- понижение уровня масла.
Коммутационные аппараты (выключатели, автоматы, разъединители, рубильники):
- несрабатывание приводов;
- обгорание контактов;
- износ дугогасительных камер;
- перекрытие изоляции при перенапряжениях;
- отказы из-за повреждения подшипников и подпятников;
- некачественный монтаж и ремонт (например: отказы выключателей из-за плохой регулировки передаточных механизмов и приводов);
- неудовлетворительная эксплуатация (например: плохой уход за контактными соединениями, что приводит к их перегреву, разрыву цепи рабочего тока и КЗ);
- дефекты конструкций и технологии изготовления (заводские дефекты);
- старение и износ изоляции;
- грозовые и коммутационные перенапряжения. При этом повреждается изоляция трансформаторов, выключателей, разъединителей;
- чрезмерное загрязнение и увлажнение изоляции;
- однофазные КЗ на землю в сетях 6-35 кВ сопровождаются горением заземляющих дуг (вследствие недостаточной компенсации ёмкостных токов) и приводят к перенапряжениям пробоям изоляции электрических машин, а воздействие заземляющих дуг к разрушению изоляторов, расплавлению шин, выгоранию цепей вторичной коммутации в ячейках КРУ;
- ошибочные действия персонала при выполнении переключений.
|
|
|
Отказы устройств релейной защиты, автоматики, аппаратуры, вторичной коммуникации:
- неисправность электрических и механических частей реле;
- нарушения контактных соединений;
- обрывы жил контрольных кабелей и цепей управления;
- неправильный выбор или несвоевременное изменение уставок и характеристик реле;
- ошибки монтажа и дефекты в схемах релейной защиты и автоматики;
- неправильные действия персонала при обслуживании устройств релейной защиты и автоматики
Известны различные средства, повышающие надежность энергосистем: релейная защита от коротких замыканий, автоматические повторные включения, автоматический ввод резерва, автоматическое регулирование возбуждения, автоматическая частотная разгрузка, автоматическое регулирование частоты и мощности, автоматизация генераторов, автоматическое отключение генераторов на гидростанциях. Кроме этого, специальные схемные и режимные мероприятия по повышению надежности (неполнофазные режимы, плавка гололеда, дублирование генераторной мощности, увеличение пропускной способности межсистемных связей, трансформаторных подстанций, специальное автоматическое отключение нагрузки при системных авариях, резервирование мощности).
|
|
|
По возможности восстановления и обслуживания системы подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые, обслуживаемые и необслуживаемые. По режиму применения (функционирования) — на системы непрерывного, многократного (циклического) и однократного применения.
Существует набор типовых устройств, в которых доминирует только какая-то одна функциональность и всегда очевидно каким образом обмеривать надежность такого устройства. Ниже приведены примеры:
Такие устройства как автомат, доводчик и сердце могут характеризоваться количеством исполненных элементарных циклических операций N; непрерывно нагруженная полка может характеризоваться временем эксплуатации Т до поломки; подушка безопасности автомобиля может характеризоваться вероятностью однократного срабатывания Р, которая, очевидно, уменьшается с течением времени. Устройства, надежность которых характеризуется числом элементарных циклов, различаются динамикой изменения длительности элементарного цикла Δ T: автомат со временем теряет свою скорострельность (Δ T↑ ), доводчик со временем начинает срабатывать быстрее необходимого (Δ T↓ ), работа сердца со временем становится все более аритмичной (Δ T↑ ↓ ). Надежность таких устройств часто характеризуется понятием «наработка», которое в зависимости от назначения системы и условий её применения определяет продолжительность или объем работы.
Сложное техническое устройство сочетает в себе все вышеперечисленные аспекты по обмериванию его надежности.
Вероятно, что комплексную оценку надёжности можно разложить по «базису» функциональной надежности:
 |
Технологии, повышающие функциональную надежность ЭС. Гибкие сети (FACTS).
Одной из главных проблем создания «нового» в электроэнергетике в текущих условиях рыночной экономики является выкуп территорий из частных владений для развертывания массивных инфраструктурных работ. В ситуации, когда модернизировать «старое» является более экономически целесообразным, необходимо применить новые подходы, позволяющие повысить надежность энергоснабжения. Данная проблематика не нова: приказ РАО «ЕЭС России» №380 «О создании управляемых линий электропередачи и оборудования для них» появился 29 мая 2006 года. Все чаще и чаще в энергетике употребляется понятие гибкие сети.
|
|
|
FACTS (Flexible Alternative Current Transmission Systems — гибкие системы передачи переменного тока). Идеологически понятие гибких сетей входит в более общее понятие « умных» сетей, которое включает в себя:
1) Экономически эффективные технологий малой и средней генерации, включая альтернативные источники,
2) Новое поколение устройств автоматизации (АСУ ТП, РЗА и пр. ),
3) Информационно-технологических системы для центров управления энергосистем.
Электротехническое сетевое оборудование FACTS способно гибко менять характеристики передачи и\или преобразования электроэнергии с целью оптимизации режимов сети сразу по нескольким критериям: пропускная способность, уровень технологических потерь, устойчивость, перераспределение потоков мощности, качество электроэнергии и пр. По некоторым оценкам применение подходов гибких сетей позволяет повысить пропускную способность линий до 20%, обеспечить устойчивую работу энергосистемы, обеспечить заданные диспетчером параметры сети, что предотвращает потери электроэнергии до 40%. FACTS. По замечанию научного руководителя ОАО «НТЦ электроэнергетики», а также научного руководителя ВНИИЭ Юрия Шакаряна, управляемые электропередачи, благодаря высокому быстродействию силовой электроники, способны воздействовать на происходящие в электроэнергетических системах процессы в режиме on-line, благодаря чему системы электропередачи превращаются из пассивных средств транспорта электроэнергии в активные устройства управления режимами работы.
Юрий Шакарян предлагает следующий вариант деления устройств FACTS на группы:
|
|
|
- различного рода статические преобразователи в электропередачах переменного тока;
- вставки постоянного тока и электропередачи постоянного тока;
- электромашинные комплексы, состоящие из электрических машин переменного тока или трансформаторов в комбинации с устройствами силовой электроники.
Всего существует несколько десятков устройств FACTS: статические синхронные компенсаторы, управляемые реакторы и конденсаторные батареи как с тиристорным, так и с механическим переключением и т. д. Наиболее же распространены сегодня устройства компенсации реактивной мощности. Снижение перетоков реактивной мощности в сети позволяет снизить потери активной энергии и напряжения, регулировать напряжение в энергосистеме, снизить загрузку ЛЭП и трансформаторов.
Управляемые шунтирующие реакторы – это наиболее широко внедряемые устройства FACTS. УШР обеспечивают регулирование напряжения (реактивной мощности) в режиме реального времени. УШР – это переменное индуктивное сопротивление, плавно регулируемое подмагничиванием ферромагнитных элементов магнитной цепи. Данное устройство дополнительно выполняет функции полупроводникового ключевого прибора, что достигается за счет работы магнитной системы реактора в области глубокого насыщения. На холостом ходу реактора величина потребляемой реактивной мощности не превышает 3% номинального значения. Для увеличения загрузки реактора необходимо дополнительное подмагничивание магнитной системы. Оно происходит при подключении регулируемого источника постоянного напряжения к обмоткам управления (находятся на стержнях, установленных по два на фазу). Поток подмагничивания в соседних стержнях направлен в разные стороны. Его нарастание вызывает насыщение стержней в соответствующие полупериоды тока, что в свою очередь, приводит к возникновению и возрастанию тока в сетевой обмотке. Изменение величины тока подмагничивания приводит к изменению тока сетевой обмотки, за счет чего обеспечивается плавное изменение уровней напряжения в точке подключения УШР и величина потребляемой им реактивной мощности. Шунтирующие реакторы компенсируют избыток реактивной мощности, снижают ее переток, при этом уменьшается ток в линиях, снижаются активные потери. В транзитных сетях с резко переменным графиком нагрузки, кроме того сокращается число коммутаций неуправляемых устройств. Помимо оптимизации режима работы сетей, результатом работы УШР становится увеличение срока службы оборудования. Наибольший эффект установки УШР проявляется в сетях 220 кВ и выше на межсистемных ЛЭП с реверсивными перетоками активной мощности, загрузка которых в течение суток может меняться от нуля до предельно допустимой по пропускной способности.
|
|
|
Статические компенсаторы реактивной мощности основаны на использовании управляемых реакторов и конденсаторных батарей. При параллельном их включении мощность всего устройства равна алгебраической сумме мощностей реактора и конденсаторной батареи. Весьма полезным свойством компенсаторов реактивной мощности на базе УШР является возможность подключения в точку необходимой компенсации реактивной мощности без использования промежуточных устройств. Это особенно важно для создания гибких линий электропередачи с применением плавно-регулируемых устройств компенсации реактивной мощности по концам линии. Перспективно использование СКРМ в сетях с реверсивными перетоками активной мощности, в системах со слабыми межсистемными связями и в протяженных распределительных сетях.
Статические компенсаторы, где реактор регулируется с помощью тиристорного ключа, получили название статических тиристорных компенсаторов. Эти устройства могут работать как на выдачу, так и на потребление реактивной мощности. Регулирование реактивной мощности происходит плавно и в широких пределах. С другой стороны, при работе тиристорных ключей возникают высшие гармоники, что требует введения в схему фильтров. Кроме того, СТК неэффективны в маломощных сетях. Применение СТК в энергосистеме позволяет решить проблему изменения реактивного тока и сгладить колебания напряжения в узлах нагрузки и непосредственно у потребителя. Срок окупаемости затрат на СТК составляет в среднем от 0. 5 до 1 года. Например, применение СТК на одном из российских металлургических предприятий увеличило коэффициент мощности нагрузки с 0. 7 до 0. 97, снизило колебания напряжения питающей сети в 3 раза, снизило время одной плавки металла со 150 мин. до 130 мин. и удельный расход электроэнергии на тонну выплавленной стали на 4%.
СТАТКОМ – статический компенсатор реактивной мощности. Он предназначен для регулирования реактивной мощности в широких пределах (плюс-минус 100%). СТАТКОМ отличается от описанного выше СКРМ иным устройством, увеличенным набором функций и улучшенными характеристиками. Упрощенно, СТАТКОМ, это преобразователь напряжения на управляемых силовых тиристорах (или транзисторах), включенный через трансформатор параллельно линии в узле сети, к которому подключена линия. Принцип работы СТАТКОМ идентичен принципу работы агрегатов бесперебойного питания: из напряжения источника постоянного тока за счет широтно-импульсной модуляции и использования фильтра гармоник формируется синусоидальное напряжение частотой 50 Гц±3 Гц. Главное свойство СТАТКОМ – способность генерировать ток любой фазы относительно напряжения сети. То есть СТАТКОМ обеспечивает регулирование значения выходного напряжения и его фазы. Регулирование происходит за счет изменения реактивной мощности, потребленной или выданной в сеть.
Фазоповоротное устройство воздействует на угол передачи и соответственно на изменение передаваемой по линии мощности. Простейшая схема ФПУ состоит из двух трансформаторов: параллельного и последовательного, создающего вектор дополнительного напряжения в линии, перпендикулярно направленного к вектору U1, что формирует фазовый сдвиг по отношению к основному напряжению на некоторый регулируемый угол. Вариант ФПУ с тиристорным управлением обладает быстродействием, такой вариант способен влиять не только на распределение потоков активной мощности, но и на пределы динамической устойчивости. При включении в сеть ФПУ электроэнергия распределяется по линиям электропередач пропорционально косинусу разности фазовых углов напряжения на входе и выходе линии. Там, где между двумя точками существуют параллельные цепи с разной емкостью, прямое управление величиной фазового угла позволяет контролировать распределение потока электроэнергии между ними, предотвращая перегрузки. Следует заметить, что ФПУ принципиально отличается от описанных выше статических тиристорных компенсаторов: компенсаторы воздействуют на напряжение, а ФПУ – на угол передачи.
Вставка постоянного тока – это преобразовательная подстанция, в которой инверторы и выпрямители находятся в одном месте. ВПТ предназначена для преобразования переменного тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты. Вставки постоянного тока используются для соединения магистральных линий различной частоты или двух электрических сетей той же самой номинальной частоты, но разных нефиксированных фазовых сдвигов. Самая известная в России и самая крупная в мире (передаваемая мощность – 1400 МВт) вставка постоянного тока установлена на подстанции Выборгская (Ленинградская область), построенной специально для передачи электроэнергии в Финляндию. На энергообъекте установлены четыре блока комплектных выпрямительно-преобразовательных устройств по 350 МВт. В отличие от большинства других ВПТ, устройство в Выборге может передавать электроэнергию только в одну сторону – от энергосистемы России в энергосистему Финляндии.
Структурная надежность в «восходящей» постановке задачи
|
|
|
