Введение к работе
з
Актуальность темы. Обеспечение надежного электроснабжения агропромышленных приемников в значительной мере зависит от состояния изоляционных элементов распределительных электрических сетей 10 кВ сельскохозяйственного назначения (РЭСсхН-10 кВ), которые включают в себя внешнюю и внутреннюю изоляцию. Основными ее элементами являются: штыревая изоляция воздушной линии (ВЛ), опорная изоляция аппаратов, проходная изоляция комплектных (КТП) и закрытых (ЗТТТ) трансформаторных пунктов, вводы высокого (ВН) и низкого (НН) напряжения, а также главная (маслобарьерная) и витковая изоляция силовых трансформаторов. С позиции надежности, это слабые звенья РЭСсхН-10 кВ.
Сложившаяся ситуация и специфические условия эксплуатации РЭСсхН-10 кВ приводят к значительному числу отказов электрооборудования. Отказы электрооборудования и перерывы в электроснабжении предприятий агропромышленного комплекса вызывают как прямой экономический ущерб, связанный с восстановлением этого электрооборудования, так и технологический, обусловленный порчей сельхозпродукции.
Концепция развития электрификации сельского хозяйства России, разработанная под руководством академиков Россельхо-закадемии Бородина И.Ф., Кормановского Л.П., Краснощекова Н.В., Стребкова Д.С. и одобренная Президиумом Российской Академии сельскохозяйственных наук в 2001 году, предусматривает создание стратегии развития электрификации и энергетики сельского хозяйства, обеспечивающей эффективное и надежное электроснабжение потребителей во всех регионах, повышение надежности электроснабжения до уровня показателей развитых стран (снижение числа и продолжительности отключений в 10 раз), отработку и освоение системы эффективной эксплуатации электрооборудования.
Современное состояние сетей в сельской местности характеризуется их старением: более 30% воздушных линий и трансформаторных подстанций отработали свой нормативный срок службы. В условиях значительной протяженности распределительных
!
' ^v НАЦИОНАЛЬНА). БИБЛИОТЕКА
сетей (более 2,5 млн км сетей 10...0,4 кВ), большого количества трансформаторных пунктов (513 тыс. ТП) и ограниченности материальных ресурсов обеспечение работоспособности может быть достигнуто за счет своевременного обслуживания с использованием средств диагностирования.
Применяемые методы контроля состояния изоляции выполняются при снятом напряжении и не выявляют дефектов на начальной стадии их развития. Результаты контроля, полученные на отключенном трансформаторе, не отражают истинного состояния изоляции.
Практика эксплуатации РЭСсхН-10 кВ показывает, что обслуживание сетей основано на плановом или послеаварийном принципе. Это обусловлено невозможностью получения информации о техническом состоянии РЭСсхН-10 кВ из-за недостаточности современных средств их контроля.
Таким образом, в настоящее время проблема повышения длительности сохранения работоспособного состояния РЭСсхН-10 кВ является актуальной и должна решаться за счет повышения качества проведения профилактических работ при обслуживании этих сетей.
Цель исследования. Обеспечение длительности сохранения работоспособного состояния распределительных электрических сетей 10 кВ сельскохозяйственного назначения путем выбора рациональной стратегии обслуживания на основе разработанных методов и средств диагностирования и оптимизации комплектования запасными элементами.
Из поставленной цели вытекают задачи исследования:
1. Определить наиболее характерные отказы элементов
РЭСсхН-10 кВ для региона Средней Волги, провести анализ
применяемых методов диагностирования слабых элементов
этих сетей.
-
Теоретически обосновать новые диагностические признаки технического состояния слабых элементов РЭСсхН-10 кВ, способствующие раннему выявлению в них дефектов.
-
Разработать методы и средства диагностирования слабых элементов РЭСсхН-10 кВ и обосновать периодичность оценки их технического состояния.
4. Разработать метод прогнозирования отказов слабых эле
ментов электрических распределительных сетей 10 кВ на основе
модели многофакторных повторяющихся сезонных климатиче
ских воздействий и обосновать необходимое количество запас
ных элементов для обслуживания этих сетей.
5. Разработать рациональную стратегию обслуживания
РЭСсхН-10 кВ на основе информации о техническом состоянии ее
элементов.
Объект исследования. Методы оценки технического состояния изоляционных элементов РЭСсхН-10 кВ, процесс диагностирования, методы планирования резерва запасных элементов и выбора рациональной стратегии обслуживания.
Предмет исследования. Закономерности, связывающие процессы изменения технического состояния изоляционных элементов РЭСсхН-10 кВ с сопутствующими диагностическими признаками, резервом этих элементов и стратегией их обслуживания.
Научная новизна результатов исследований состоит в следующем.
-
Систематизированы и обобщены климатические факторы для региона Средней Волги, влияющие на работоспособность РЭСсхН-10 кВ, проанализированы отказы в распределительных сетях и определены наиболее характерные из них.
-
Впервые теоретически обоснованы диагностические признаки слабых элементов РЭСсхН-10 кВ (для изоляторов сетей ВЛ - изменение значений параметров высокочастотного электромагнитного излучения (ВЧЭМИ) при разрядных процессах в зависимости от частоты тока, генерируемой дефектным изоляционным элементом, для силовых трансформаторов ~ изменение значения амплитуды выходного напряжения на разных частотах и смещение резонансных частот в зависимости от состояния главной и витковой изоляции).
-
Установлен диапазон спектра частот, генерируемых дефектным изолятором, в зависимости от характера дефекта и его расположения, положенный в основу разработанного метода диагностирования, позволяющего выявлять месторасположение дефектного изолятора на линии.
-
Установлены значения коэффициента передачи и разно-
сти напряжений при высоких частотах в зависимости от состояния главной и витковой изоляции трансформатора,
-
Разработан метод прогнозирования отказов РЭСсхН-10 кВ и на его основе - методика создания резерва запасных элементов для обеспечения бесперебойной работы их с учетом сезонных климатических воздействий.
-
Разработан критерий оценки эффективности стратегии обслуживания РЭССХН-10 кВ.
На защиту выносятся:
- новые диагностические признаки и регрессионные зависи
мости, используемые для идентификации вида дефекта и степени
его развития;
- методы диагностирования изоляционных элементов
РЭСсхН-10 кВ, разработанные на основе новых диагностических
признаков технического состояния;
вероятностно-статистические и полиномиальные модели прогнозирования отказов элементов РЭСсхН-10 кВ, положенные в основу оптимизации резерва этих элементов;
критерий оценки эффективности стратегии обслуживания РЭСсхН-10 кВ на основе предложенных методов и средств диагностирования.
Практическая значимость и реализация результатов работы
-
Создана методологическая база для реализации системы обеспечения работоспособности РЭСсхН-10 кВ, позволяющая оперативно прогнозировать и предотвращать отказы, связанные с изоляционными элементами рассматриваемых сетей
-
Обобщен экспериментальный материал по оценке параметров ВЧЭМИ, генерируемых дефектными внешними изоляционными элементами, и полученных частотных характеристик главной и витковой изоляции силовых трансформаторов при моделировании различных видов дефектов, позволяющий создать теоретическую базу для проектирования технических средств диагностирования и обосновать новые диагностические признаки технического состояния элементов РЭСсхН-10 кВ, способствующие раннему выявлению в них дефектов.
-
Разработан метод определения расстояния от места измерений до места расположения дефектного элемента РЭСсхН-10 кВ с использованием анализа спектра частот 9, 27, 40 МГц и результатов измерения напряженности электромагнитного поля с последующим сравнением с данными калибровки сети, значительно сокращающий время поиска дефектных элементов.
-
Разработаны четыре типа устройств диагностирования состояния изоляции силовых трансформаторов по частотным характеристикам перед включением в работу, после ремонта и в период обслуживания трансформаторов при снятом напряжении и под напряжением, позволяющие выявить дефекты на начальной стадии их развития и снизить трудоемкость диагностирования.
-
Результаты диссертационной работы внедрены на агропромышленных и электросетевых предприятиях Республики Марий Эл, ГУПЭП «Коммунэнерго», Йошкар-Олинской ТЭЦ-1, инженерных центрах «Свердловэнергоремонт», «Чувашэнерго», «Кировэнерго», «Нижновэнерго».
6. Материалы теоретических и экспериментальных исследо
ваний внедрены в учебный процесс Марийского государственно
го университета по специальностям 100400 - «Электроснабже
ние», 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы» и
05.20.02 - «Электротехнологии и электрооборудование в сель
ском хозяйстве».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждены в 1978-2005 годах на следующих международных, всесоюзных, всероссийских симпозиумах, совещаниях, конференциях и школах-семинарах: 2-й, 3-й международные симпозиумы по энергетике, окружающей среде и экономике (Казань, 1998, 2001); международный симпозиум «Теоретические и электрофизические проблемы повышения надежности и долговечности изоляции сетей с изолированной и резонансно-заземленной нейтралью» (Таллин, 1989); международная межвузовская школа-семинар «Методы и средства технической диагностики» (Ивано-Франковск, Йошкар-Ола, 1990-2004); всесоюзная конференция «Современные направления развития технологии производства и повышения качества электроизоляционных материалов» (Волжск, 1986); всесоюзный научный семинар «Научные и электрофизические проблемы повышения надежности сетей 6-35 кВ»
(Челябинск, 1987); V Всероссийский научно-методический семинар «Энергосбережение, сертификация-99» (Чебоксары, 1999); научно-техническая конференция «Повышение эксплуатационной надежности электрооборудования» (ЧИМЭСХ - ЧГАУ, Челябинск, 1978-2003); научно-техническая и методическая конференция «Электрооборудование, электроснабжение, электропотребление» (Москва, 1995, 1996); научно-техническая конференция «Энергосбережение, электроснабжение, электрооборудование» (Санкт-Петербург, 1999); научно-техническая конференция «Электроснабжение, энергосбережение, энергоремонт» (Новомосковск, 2000); научно-техническая конференция по итогам научных работ Марийского государственного университета, секция электроэнергетики (Йошкар-Ола, 1982-2004).
Разработанные диагностические средства по оценке технического состояния элементов РЭСсхН-10 кВ демонстрировались в Выставочном центре Москвы в 2003-2005 годах, отмечены серебряной медалью, четырьмя дипломами Министерства энергетики, Министерства промышленности, науки и технологии Российской Федерации, Департамента науки и промышленной политики г. Москвы, золотым дипломом Международного форума по проблемам науки и техники Академии Наук о Земле и рекомендованы к внедреникэ.
В 2005 году основные разделы диссертации обсуждены и одоб-ренны на кафедрах: электроснабжения Ивано-Франковского национального технического университета нефти и газа; электроснабжения Чувашского государственно университета; электроэнергетики и техники высоких напряжений Санкт-Петербургского государственного политехнического университета; техники высоких напряжений Уральского государственного технического университета; диагностики энергетического оборудования Санкт-Петербургского электроэнергетического института повышения квалификации Минэнерго РФ; электроснабжения Московского энергетического института; на научно-технических советах: СибНИЭ, Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Марий Эл, Магистральных электрических сетях ОАО «Мариэнерго», Инженерных центров ОАО «Чувашэнерго», «Кировэнерго», «Нижновэнерго», «Челяб-энерго» и ОАО «Свердловэнергоремонт».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 118 работ, в том числе пять монографий. Получены два авторских
свидетельства и два патента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов по работе, списка литературы и десяти приложений. Она изложена на 356 страницах машинописного текста, включая 110 рисунков, 54 таблицы, список литературы из 264 наименований.
