Введение к работе
Актуальность темы. Основными элементами связи энергосистем являются воздушные линии электропередачи (ВЛ) классов напряжения (220 - 750) кВ. Возросшие требования к надёжности межсистемных ВЛ и экономические потери при плановых и случайных отключениях диктуют необходимость проведения работ по обслуживанию и ремонту ВЛ без вывода их из работы, т.е. без отключения напряжения. Производство ремонтных работ под напряжением (ПРН) практикуется уже в течение десятков лет, в том числе в России и в странах ближнего зарубежья.
Центральной проблемой при ПРН была и остаётся проблема обеспечения безопасности персонала. В обеспечении безопасности ПРН кроме общих правил охраны труда особо выделяется проблема исключения перекрытий воздушных промежутков в зоне ПРН. Указанную проблему решают адекватным выбором минимальных изоляционных расстояний в зоне ПРН, обеспечивающих требуемую электрическую прочность не только при воздействии рабочего напряжения ВЛ, но и при воздействии случайных коммутационных повышенных напряжений.
Исследования Александрова Г.Н., Базеляна Э.М., Гайворонского А.С., Кадомской К.П., Качесова В.Е., Овсянникова А.Г., Тиходеева Н.Н. и других отечественных и зарубежных учёных, посвящённых проблеме координации внутренних и атмосферных перенапряжений с электрической прочностью изоляции ВЛ, послужили базисом работ по обеспечению электробезопасности ПРН. Однако задачи обеспечения безопасности ПРН обширны и продолжают оставаться в поле внимания исследователей многих стран, работающих в СИГРЭ и МЭК.
К таким задачам можно отнести, например, оценку степени риска ПРН при удалённых грозовых воздействиях. Имеет место проблема недостаточных изоляционных расстояний в зоне ПРН на ряде типов опор ВЛ. Отсутствуют защитные аппараты для ограничения амплитуды повышенных напряжений и предотвращения перекрытия изоляционных промежутков в зоне ПРН. Весьма неопределённые аспекты сопровождают подготовительные операции, предшествующие ПРН. Решение перечисленных проблем и вопросов весьма актуально.
Объектом исследования являются ремонтные работы под напряжением на воздушных линиях электропередачи классов напряжения (220 - 750) кВ.
Предметом исследования являются процессы, влияющие на безопасность ремонтного персонала и соответствующие защитные мероприятия.
Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями технического комитета № 78 «Работы под напряжением» Международной электротехнической комиссии (МЭК); с научной целевой комплексной темой «Разработка мероприятий по повышению надёжности работы оборудования в условиях пониженных температур» (гос. регистр. № 0188.0004.137) и планом НИОКР «Электромагнитная совместимость технических средств» (гос. регистр. № 01201180542) ФБОУ ВПО «НГАВТ».
Идея работы заключается в создании и применении защитных аппаратов для ограничения амплитуды волн коммутационных напряжений и предотвращения перекрытия изоляционных промежутков в зоне производства ремонтных работ под напряжением.
Целью работы является разработка научных положений, технических средств и рекомендаций, позволяющих повысить безопасность персонала при выполнении работ под напряжением. Для достижения этой цели в работе ставились и решались следующие взаимосвязанные научно-технические задачи:
провести расчёты повышенных напряжений, которым могут подвергнуться изоляционные промежутки на ВЛ при атмосферных и коммутационных процессах;
разработать технические требования к защитным аппаратам, которые можно применить для обеспечения безопасности персонала при проведении работ под напряжением на ВЛ 220, 330 и 500 кВ;
изготовить опытные образцы защитных аппаратов;
разработать программу и провести высоковольтные испытания опытных образцов защитных аппаратов;
совместно с производителем опытных образцов разработать проект технических условий на защитные аппараты;
разработать технические требования к периодическим испытаниям и эксплуатационному контролю защитных аппаратов;
разработать рекомендации по предварительному диагностированию оборудования, назначенного к обслуживанию под напряжением;
усовершенствовать методику оценки риска и разработать общий алгоритм подготовки к производству работ под напряжением.
Методы исследования. В процессе выполнения исследований применялись: анализ и обобщение данных из литературных источников, методы теоретических основ электротехники и теории электрических сетей, методы математической статистики и теории вероятностей, расчёты по универсальным и специализированным компьютерным программам.
На защиту выносятся:
-
-
Результаты расчётов искажения формы и затухания атмосферных волн повышенных напряжений при их распространении по проводам линии электропередачи классов напряжения (220 - 750) кВ.
-
Результаты расчётов амплитуд повышенных напряжений и их распределения по длине линий классов напряжения 220 и 500 кВ при случайных однофазных коротких замыканиях и автоматических повторных включениях.
-
Определённое расчётным путём интегральное распределение плотности вероятности длительности фронта повышенных напряжений при коммутационных процессах.
-
Технические требования к характеристикам защитных аппаратов ОПН-ПРН, в том числе, к условиям координации комбинированной вольтамперной характеристики ОПН-ПРН с электрической прочностью зоны ПРН.
-
Конструкции защитных аппаратов ОПН-ПРН (220 - 500) кВ и результаты их высоковольтных испытаний.
-
Новые элементы в оценке риска верховых электромонтёров.
-
Рекомендации по периодическим испытаниям и эксплуатационной проверке работоспособности защитных аппаратов.
-
Рекомендации по предварительному диагностированию электрооборудования, подлежащего обслуживанию или ремонту под напряжением.
-
Рекомендации по общему порядку подготовки к производству работ под напряжением.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций
Достоверность обеспечена применением в экспериментах сертифицированного испытательного оборудования, поверенных измерительных приборов и стандартных методов высоковольтных испытаний, использованием для расчётов лицензированного программного обеспечения. Особенностью работы являлся консервативный (перестраховочный) сценарий обработки результатов и погрешностей расчётов, оправданный поставленной целью обеспечения безопасности ремонтного персонала.
Обоснованность выводов и рекомендаций работы подтверждена публикациями и обсуждениями результатов исследований на международных и всероссийских научно-технических конференциях и симпозиумах, а также практической реализацией полученных результатов.
Научная новизна работы характеризуется следующими новыми научными положениями:
получены новые данные по затуханию волн атмосферных напряжений при распространении их по проводам ВЛ с учётом погонных параметров линии и зависимости активного сопротивления фазных проводов от частоты, удельного электрического сопротивления грунтов, потерь энергии в грозозащитных тросах и на корону;
расчётным путём обосновано отсутствие влияния на электробезопасность производства ремонтных работ под напряжением дальних прямых ударов молнии в провода ремонтируемой линии;
в результате статистических исследований определены интегральные функции распределения плотности вероятности длительности фронта и максимальные кратности волн коммутационных повышенных напряжений на воздушных линиях электропередачи 220 и 500 кВ;
на основе полученных данных разработаны основные технические требования к характеристикам защитных аппаратов ОПН-ПРН;
предложены новые элементы методики расчёта степени риска ремонтного персонала.
Теоретическая значимость работы заключается в развитии вероятностного подхода оценки степени риска производства ремонтных работ под напряжением, заключающемся в применении расчётных разрядных характеристик зон ПРН и расчётных воздействий, сопровождающих коммутационные процессы, а также повышенных напряжений атмосферного происхождения с формой волны, соответствующей пробегу ею 10 километров линии.
Практическая значимость результатов работы заключается в расширении номенклатуры электроустановок, намечаемых к обслуживанию и ремонту под напряжением, за счёт применения разработанных защитных аппаратов. В опытных образцах ОПН-ПРН 220 и 500 кВ реализованы условия координации их вольтамперных характеристик и разрядных характеристик зоны ПРН. Разработан способ и устройство для эксплуатационной проверки модулей ОПН-ПРН. Обоснован выбор методов диагностического обследования подлежащего ремонту оборудования. Разработаны рекомендации по порядку подготовки к производству работ под напряжением. Совокупность полученных результатов представляется решением важной научно-технической задачи, имеющей большое хозяйственное значение для электросетевого хозяйства страны.
Реализация работы. Опытные образцы ОПН-ПРН 220, 330 и 500 кВ переданы в опытно-промышленную эксплуатацию в ОАО «Электросетьсервис ЕНЭС» и готовятся к аттестации в ОАО «ФСК ЕЭС». Рекомендации по применению защитных аппаратов ОПН-ПРН 220 и 500 кВ внедрены в МЭС Сибири и МЭС Западной Сибири с суммарным ожидаемым годовым экономическим эффектом 880 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений менее двух лет.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на второй Российской конференции по молниезащите, Москва, 2010; международной юбилейной научно-технической конференции «Обновление флота - актуальная проблема водного транспорта на современном этапе», Новосибирск, 2011; на семнадцатом международном симпозиуме по технике высоких напряжений, Ганновер, Германия, 2011; пятой Российской научно-практической конференции с международным участием "Линии электропередачи 2012: проектирование, строительство, опыт эксплуатации и научно-технический прогресс", Новосибирск, 2012 г.
Личный вклад. Постановка научно-исследовательских задач и их решения, научные положения, выносимые на защиту, основные выводы и рекомендации диссертации принадлежат автору. Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве, показан в Приложении А диссертации и составляет не менее 55 %.
Публикации. Содержание работы изложено в 15 научных трудах, в том числе, в двух статьях периодических изданий по перечню ВАК.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 103 наименований и четырёх приложений. Содержание изложено на 176 страницах машинописного текста, который поясняется 61 рисунком и 20 таблицами.
Похожие диссертации на Исследование опасных факторов и разработка средств защиты персонала при обслуживании высоковольтного электрооборудования под напряжением
-
