Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Бесперебойное электроснабжение сельскохозяйственных потребителей во многом зависит от надежности работы электрической сети напряжением 6-20 кВ, протяженность которой в 6 раз превышает протяженности 35-110 кВ.
Анализ статистических данных по повреждаемости и отказам электрических сетей напряжением 10 кВ показывает, что их поврежда емость во много раз (4 и больше) выше, чем сетей напряжением 35 кВ. Снижения повреждаемости воздушных линий электропередачи напряжением 10 кВ - основного евена электрических сетей этого класса напряжения, на которое приходится наибольшее количество отказов -можно достичь -увеличением механической . и электроизоляционной прочности опор, применением более высокого уровня изоляции и ста-леалюминиевых проводов, определением и выполнением расстановки опор по профилю трассы в соответствии с оптимальной длиной пролета, выбором целесообразного расстояния между проводами на опоре и т.д.
Важнейший элемент любой воздушной линии электропередачи -опоры, которые могут быть изготовлены из традиционных материалов (дерево, железобетон, металл), так и с новых материалов, например, электроизоляционного бетона. Заметим, что в странах Содружества Независимых государств (СНГ) промежуточные опоры воздушных линий электропередачи напряжением 10 нВ из металла (наиболее прочного из отмеченных) и электроизоляционного бетона ранее не из готавливались.
На долы отказов опор воздушных линий электропередачи напряжением 10 кВ приходится до 20 7. от всех отказов линий данного номинального напряжения. По этому вопросу повышения надежности рабо ты опор воздушных линий электропередачи напряжением 10 кВ за счет применения для их изготовления материалов с более высокими механи ческими (металл) и электроизоляционными свойствами (электроизоляционный бетон) должно быть уделено внимание, что и делается в данной диссертационной работе. В литературных источниках вопрос
.-% -
выбора рационального материала опор Для воздушных линий электропередачи сельскохозяйственного назначения освещается, на наш взгляд, недостаточно полно. В частности, не разработаны математические модели для выбора материала опор, учитывающие как стоимостные критерии, так и показатели надежности, например, безотказность, долговечность и грозоупорность линий (количество отключений линий изі8а грозовых разрядов, приходящихся на единицу длины линии и число грозовых часов на трассе данной линии).
Отмеченное повволяет сделать вывод.об актуальности выбранной темы диссертационного исследования.
Связь работы с крупными научными программами, темами
Работа выполнялась в соответствии с темой научно-исследова тельских работ кафедры "Электрические системы" Белорусской государственной политехнической академии ГБ 91-20 "Разработка теоретических основ, методов, алгоритмов и промышленных программ для тимизации режимов и параметров электрических систем и их элементе с целью экономии электроэнергии и повышения ее качества".
Цель и задачи исследования
Цель работы заключается в повышении надежности воздушных линий электропередачи напряжением 10 кВ за счет рационального выбора материала опор.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
выполнить сравнительный технико-экономический анализ вариантов линий электропередачи напряжением 10 кВ с опорами из различных материалов (дерево, железобетон, металл, электроизоляционный бетон);
определить параметры вероятностных законов распределенш воздействующих на опоры линий электропередачи внешних нагрузок і законов распределения прочности применяемых материалов опор;
оценить вероятность безотказной работы линий электропередачи , их повреждаемость грозовыми разрядами;
- разработать подход к выбору материала опор как на основе стоимостных показателей, таи. и с учетом уровней надежности и гро-эоупорности линий.
Научная новизна полученных результатов
На основе метода приведенных ватрат установлены области целесообразного применения как традиционных, так и новых материалов опор, позволяющие выбрать материал опор для линий электропередачи напряжением 10 кй. обеспечивающий наименьшую стоимость передачи электроэнергии.
Разработаны алгоритм и программа на персональную ЭВМ определения параметров законов распределения прочности опор и воздействующих на них внешних нагрузок, отличаюїдиеся тем, что они позволяет также производить оценку вероятности отказа опор.
Получена количественная оценка уровня надежности работы и гроэоупорности опор, изготовленных из применяемых в настоящее время и предлагаемых к применению материалов.
Разработан подход к выбору материала опор воздушных линий электропередачи напряжением 10 кВ. отличающийся от известных тем, что он учитывает как стоимостные поісазатели, так и показатели надежности и грозоупорности линии.
Методика выбора материалов опор воздушных линий электропередачи напряжением 10 кВ с учетом стоимостных показателей, а также показателей надежности и грозоупорности линии.может быть исполь-рована при проектировании отмеченных линий.
Материалы диссертационной работы по оценке надежности работы и гроэоупорности воздушных линий электропередачи использованы в учебном процессе кафедры "Электрические системы" Белорусской государственной политехнической академии, в частности . при чтении лекщій по дисциплине "Монтаж и модернизация электрических сетей", а также в научно-исследовательской работе студентов.
Экономическая значимость полученных результатов
Результаты исследования могут быть использованы проектными и производственными организациями при проектировании и реконструкции линий электропередачи напряжением 10 кВ.
- 4 -Основные положения диссертации, выносимые на еащиту:
области целесообразного применения как традиционных, так и новых материалов опор, позволяющие выбрать материал опор для линий электропередачи напряжением 10 кВ, обеспечивающий наименьшую стоимость передачи электроэнергии;
алгоритм определения параметров законов распределения прочности опор*и воздействующих на них внешних нагрувок, отличающийся тем,' что он позволяет производить также оценку вероятности отказа опор;
методика выбора материала опор воздушных линий электропередачи напряжением 10 кВ, -отличающаяся от известных тем, что она учитывает как стоимостные показатели, так и показатели надежности и грозоупорности линии.
Личный вклад соискателя
В данной диссертации и в опубликованных в соавторстве работах приведены результаты исследований,полученных автором, а аналиі результатов проведен под руководством научного руководителя, доктора технических наук, профессора Короткевича М.А.
Апробация результатов диссертации
Материалы диссертации догадывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Белорусской государственной политехнической академии в 1994 и 1996 годах.
Опубликованность результатов -
Основные положения диссертации освещены в 4 опубликованных работах, в том числе в 2 статьях и в 2 тезисах докладов конференщ Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав и пяти приложений, и изложена на 193 страницах машинописного текста.
Объем,занимаемый иллюстрациями и таблицами,составляет соответственно 23 и 19 страниц .
Список использованных источников, включающий 96 наименований, расположён на 7 страницах.
Приложения занимают 53 страницы.
вания механической части воздушной линии электропередачи (здесь
определяется коэффициент запаса прочности и удельная несущая спо
собность); ';..'
вероятностный подход к оценке надежности опор воздушных линий электропередачи, основу которого составляет определение вероятности сложного события, состоящего в том, что случайная наг-руэка оказалась более высокой, чем заданная, а случайная прочность оказалась менее заданной;
экспресс-метод оценки надежности, основанный на определении показателя надежности по значениям статистических характеристик внешних нагрузок и прочности линии.
Отмечается, что нормативный .метод проектирования механической части воздушных линий'электропередачи на повволяет получить количественную оценку надежности для всей линии в целом.
Для успешного применения вероятностного подхода к оценке надежности опор линий электропередачи.нами для персональной 3DU разработана прогрммг определения параметров законов распределения прочности опор и воздействующих на них нагрузок, отличающихся тем, что она позволяет также производить оценку вероятности отказа опор. На рис.1 указала годовая аварийность Pf железобетонных опор линий электропередачи напряжением 10 кВ со стойками СВ110-1а при периодах повторяемости 10,15 И 25 лет полученные нами с помощью ЭВМ при изменении коэффициентов вариации прочности опор (Cvr)h фиксированном коэффициенте вариации нагрузок.
В соответствии с экснресс-мэтодом оценки показателя надежности линии, уровень надежности линии определяется расчетом параметра в по формуле
ln(R/Q)
j» = --. (1)
где R, Q - средние значения прочности и нагрузок;
Cvr. Cvq - коэффициенты вариации прочности и нагрузок
соответственно. Величина в, определенная по формуле (1) для всех видов опор, приведена в табл.2
Из данных табл.2 видно, что показатель надежности р для ли-
-B-
r^tf
=048
-Т=25ле
'0.08 0-1 042 014 016 0)8 020
Ряс. Г. Вероятность отказа железобетонных
опор со отойх&юі типа СВІІО-Іа 10 хВ
- із -
жение линии, минимума расходоп на ее эксплуатации, максимума на
дежности и.гровоулорности, а тайке максимальной продолжительнос
ти эксплуатации.
Структура целевой функции записывается в виде-
Vie
и
max,
(2)
где Е - критерий оптимальности;
Vi - оценка важности 1-ой цели (І - 1.2 п);
еи - относительная эффективность 1-ой цеди в J-м варианте;
'п - число целей (п - 4). Численные значения весовых коэффициентов Vi устанавливались на основе экспертных оценок каждой из целей.
Относительная эффективность ец определялась.по соответству
ющим выражениям для максимизируемых и минимизируемых целей. При
этом текущие вначения учитываемых показателей (капитальные ватра-
ты, надежность,. гровоупорность, расход на эксплуатацию и срок
службы) применительно, к линиям на деревянных опорах принимались
ва единицу. І'
Комплексные оценки эффективности вариантов, вычисленные по формуле (2), приведены в табл.3.
Таблица Э Значения критерия оптимальности вариантов линии электропередачи с опорами из различных материалов
металла | 0,592
Рис.4. Зависимость критерия оптимальности от стоимости металлических опор:
1,2,3 - области, где разность между значениями критерия оптимальности для металлических и железобетонных опор составляет 20,15 и 10% соответственно
