Нештатная ситуация • Анализ • Решения

Важнейшие задачи производственной деятельности электроэнергетики – обеспечение надежной и безопасной работы объектов эксплуатации, проведение единой технической политики в области противоаварийной работы, правильный учет и своевременное и качественное расследование технологических нарушений, разработка и осуществление меро­приятий по их предупреждению и устранению.
Анализ причин и предпосылок технологических нарушений, а также статистических показателей аварийности служит основанием для системной оценки состояния оборудования и уровня его эксплуатации. Эти данные в свою очередь становятся фундаментом для последующего принятия решений, направленным на повышение эффективности не только противоаварийной работы, но и функционирования электроэнергетических объектов в целом, – так считают Александр Юрьевич Хренников и Александр Александрович Складчиков.

Александр Хренников, д.т.н., профессор, главный эксперт Департамента подстанций ОАО «ФСК ЕЭС», г. Москва	Александр Складчиков, диспетчер Центра управления сетями филиала ОАО «ФСК ЕЭС» – Самарское ПМЭС, г. Самара
г. Санкт-Петербург

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ НА ПОДСТАНЦИЯХ
Классификация по видам электрооборудования

Противоаварийная работа энергосистемы будет эффективной лишь при соблюдении заранее продуманной системы мероприятий, блокирующих воздействие причин технологических нарушений [1]. Именно расследование и последующий анализ происшедших технологических нарушений в работе электроэнергетических объектов являются основанием для выбора соответствующего противоаварийного решения.

При эксплуатации электрооборудования подстанций оно подвергается широкому спектру внешних воздействий, режимов работы и обслуживания, которые невозможно смоделировать.

Надежность электроустановок может быть охарактеризована комплексом показателей надежности, включающим показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности оборудования и экономические показатели. Их оценка базируется на статистическом методе, включающем сбор и обработку эксплуатационной статистики. Данный метод является единственно возможным для получения количественных значений показателей надежности действующих электроустановок.

СТАТИСТИКА

Выборка технологических нарушений в элементах электрических сетей 6–500 кВ взята из базы данных Объединенной энергетической системы Средней Волги (ОЭС СВ) «Анализ расследования технологических нарушений в работе оборудования и энергообъектов» за период с 2001 по 2010 гг. [2, 3, 4].

Из вышеназванного имеем распределение технологических нарушений по основным элементам электрических сетей (рис. 1). Как видно из рис. 1, часть технологических нарушений (15%) приходится на электрооборудование подстанций (ПС).

Рис. 1. Диаграмма распределения технологических нарушений по основным элементам электрических сетей

ВЛ – воздушные линии электропередачи
ПС – подстанции
КЛ – кабельные линии электропередачи
УРЗА – устройства релейной защиты и автоматики
СДТУ – средства диспетчерско- технологического управления

Серьезное влияние на количество технологических нарушений с участием электрооборудования ПС оказывало в предыдущие годы продолжительное воздействие высоких температур, а также явление «ледяного дождя».
Известным фактом является то, что интенсивность потока нарушений в электрических сетях имеет сезонный характер. Для ОЭС СВ характерны четыре периода.

1. Вторая декада марта – период перепада температуры с минуса на плюс, что отрицательно влияет на внешнюю изоляцию.
2. Середина мая–конец июля – грозовой период, отрицательно влияющий на всё оборудование электрических сетей вследствие воздействия грозовых импульсов перенапряжения на внешнюю изоляцию ВЛ, а также на внешнюю и внутреннюю изоляцию электрооборудования ПС.
3. Октябрь – период перепада температуры с плюса на минус, что также отрицательно влияет на внешнюю изоляцию.
4. Вторая декада ноября–вторая декада февраля – гололедно-ветровой период, отрицательно сказывающийся на проводах и грозозащитных тросах ВЛ. Здесь следует отметить такое новое негативное явление как «ледяной дождь», зафиксированный в ОЭС СВ в нескольких энергосистемах при прохождении осенне-зимнего периода 2010–2011 гг.

АНАЛИЗ

Необходимо изучение статистических данных наработки на отказ отдельных видов оборудования ПС, которые являются основополагающими для принятия решений о проведении капитальных ремонтов и о готовности оборудования к дальнейшей эксплуатации (эксплуатационная готовность).

Для полной характеристики любой случайной величины необходимо знать ее закон распределения в виде функции распределения (в нашем случае – вероятности отказа) или плотности вероятности.

На основании имеющихся данных проводится работа по определению закона распределения отказов, т.е. по выборке, осуществляемой в три этапа:

1. выбор предполагаемого вида закона распределения;
2. проверка соответствия выборки принятому закону распределения, т.е. согласованности опытного распределения с теоретическим;
3. оценка параметров выбранного закона распределения.

Технологические нарушения на электрооборудовании ПС имеют двойственный характер. Электрооборудование ПС отключается в случае возникновения нарушений как непосредственно на данном электрооборудовании, так и в смежных ячейках или на ВЛ. В связи с этим введем два понятия для причин повреждений электрооборудования [5]:

1. Прямые, при которых технологическое нарушение произошло непосредственно на электрооборудовании (например, нагрев элементов ограничителей перенапряжений (ОПН), ведущий к их повреждению; нагрев болтовых соединений и опрессовки отходящих шлейфов разъединителей, ведущий к обрывам шлейфов и излому колонки опорно-стержневой изоляции; витковое замыкание и деформации обмоток трансформатора вследствие протекания сквозных токов короткого замыкания).
2. Косвенные, при которых технологическое нарушение произошло на близко расположенном оборудовании подстанции или на ВЛ (к примеру, технологическое нарушение со взрывом измерительного трансформатора тока (ИТТ) или воздушного выключателя, которое может привести к повреждению другого, соседнего оборудования) [4, 5].

К этим двум группам не следует причислять технологические нарушения, связанные с ошибочными действиями персонала, так как их необходимо расследовать отдельно. Кроме того, для оценки результатов исследования нужно принимать во внимание только прямые причины.

В табл. 1 представлено распределение технологических нарушений (прямых и косвенных) по классам напряжения оборудования ПС.

Табл. 1. Распределение технологических нарушений (прямых и косвенных) по классам напряжения оборудования ПС

Из табл. 1 видно, что с увеличением класса напряжения увеличивается надежность (безотказность) оборудования ПС. Говоря об относительно низких долях ТН оборудования классов напряжения 6 и 35 кВ, следует отметить их сравнительно малый объем в ОЭС СВ.

Формальное накопление информации по технологическим нарушениям на отдельных видах оборудования ПС в течение длительных промежутков времени позволяет сделать соответствующие обобщения в виде статистических диаграмм и распределений (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма количества технологических нарушений (прямых и косвенных) оборудования 6–500 кВ ПС в ОЭС СВ с распределением по видам

1 – Сборные шины и ошинковка
2 – Короткозамыкатели
3 – Выключатели силовые
4 – Шунтирующие реакторы
5 – Трансформаторы (в т.ч. авторегулировочные, вольто­добавочные и собственных нужд)
6 – ИТТ (измерительные трансформаторы тока)
7 – ИТН (измерительные трансформаторы напряжения)
8 – Разрядники
9 – ОПН (ограничители перенапряжений)
10 – Разъединители (в т.ч. опорно-стержневая изоляция)
11 – БСК (батареи статических конденсаторов)
12 – Токоогра­ничивающие реакторы
13 – Изоляция (проходная опорная)
14 – Отделители

На основе статистических данных можно констатировать, что наиболее подвержено технологическим нарушениям электрооборудование, имеющее в своей конструкции внешнюю изоляцию которое является объектом воздействия окружающей среды.

Для исключения этой проблемы в настоящее время внедряются комплектные распределительные устройства элегазового исполнения (КРУЭ). Согласно «Положению о технической политике ОАО «Федеральная сетевая компания ЕЭС», в каждом конкретном случае решение о строительстве КРУЭ должно приниматься отдельно с учетом всех имеющихся факторов и обстоятельств [6, 7].

Каждый раз после обнаружения дефектного вида электрооборудования ПС производится расследование технологического нарушения согласно [3, 4, 8, 9–14]. При этом сначала устанавливается характер технологического нарушения, затем выявляются причины, которые привели к нему, и обстоятельства, сопутствовавшие его возникновению.

СТАДИИ НАРУШЕНИЙ

Само технологическое нарушение как физическое явление можно разделить на следующие стадии:

1. Возникновение воздействия и сопутствующих ему обстоятельств, оказывающих влияние на объект (оборудование ПС), в данной местности – факторы воздействия.
2. Проявление факторов воздействия – возникновение причины технологического нарушения.
3. Развитие причины технологического нарушения (неопределенный период).
4. Окончательное формирование характера технологического нарушения.

В дальнейшем эта информация группируется в целях выработки комплекса мероприятий, направленных на предупреждение и устранение последствий технологических нарушений, разработку типовых сроков организации аварийно-восстановительных работ и прогнозирование уровней эксплуатационной готовности электрооборудования ПС.

ВЫВОД

На основе изложенного выше можно сформулировать положения, определяющие цели проведения классификации технологических нарушений электрооборудования подстанций:

• разработка мероприятий по исключению повторения технологических нарушений на электрооборудовании ПС;
• совершенствование технического обслуживания и ремонта электрооборудования ПС;
• выявление элементов электрооборудования ПС, ограничивающих надежность ПС;
• определение научно и технически обоснованных требований к надежности электрооборудования ПС на основе классификации и анализа технологических нарушений, а также степени технического риска для действующих электроустановок.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сурба А.С. Расследование и анализ технологических нарушений в работе энергообъектов: Учебное пособие. М.: ОАО «РАО ЕЭС России», 2005.
2. РД 153-34.0-20.801-00. Инструкция по расследованию и учёту технологических нарушений в работе энергосистем, электростанций и котельных, электрических и тепловых сетей. М.: ЗАО «Энергосервис», 2001.
3. Правила расследования причин аварий в электроэнергетике, утв. постановлением Правительства Российской Федерации от 28 октября 2009 г. № 846 // Российская Бизнес-газета. 2009 – 1 декабря.
4. Метод оценки состояния обмоток силовых трансформаторов по значению сопротивления КЗ // Промышленная энергетика. 2010. № 2.
5. Хренников А.Ю., Гольдштейн В.Г., Складчиков А.А. Анализ состояния воздушных линий электропередачи 6–500 кВ // Электрические станции. 2010. № 5.
6. Положение о технической политике ОАО «ФСК ЕЭС». Утверждено председателем совета директоров ОАО «ФСК ЕЭС», министром энергетики РФ Шматко С.И.
7. Черезов А.В., Столяров Е.И. Движение в сторону прогресса // Электроэнергия. Передача и распределение. 2011. № 5(8).
8. Хренников А.Ю., Гольдштейн В.Г. Техническая диагностика, повреждаемость и ресурсы силовых и измерительных трансформаторов и реакторов. М.: Энергоатомиздат, 2007.
9. Хренников А.Ю. Силовые трансформаторы. Проблемы электродинамической стойкости // Новости ЭлектроТехники. 2008. № 6(54).
10. Хренников А.Ю. Силовые трансформаторы. Методы диагностики механического состояния обмоток // Новости ЭлектроТехники. 2009. № 3(57).
11. Хренников А.Ю., Гольдштейн В.Г., Назарычев А.Н. Диагностические модели для оценки технического состояния электрооборудования электростанций и подстанций // Промышленная энергетика. 2010. № 10.
12. Хренников А.Ю., Гольдштейн В.Г., Складчиков А.А. Расследование технологических нарушений электрооборудования подстанций // Энергоэксперт. 2011. № 5(28).
13. Хренников А.Ю., Батяев Ю.В., Мажурин Р. В. Аварийность высоковольтных измерительных трансформаторов тока и напряжения в электрических сетях 110–750 кВ и мероприятия по ее снижению // ЭЛЕКТРО. 2011. № 6.
14. Хренников А.Ю., Гринько О.В., Радин П.С. Концепция использования программных средств для повышения качества оценки технического состояния электрооборудования подстанций ОАО «ФСК ЕЭС» // Энергоэксперт. 2012. № 1(30).