Введение к работе
Актуальность темы Повышение надежности электроснабжения в период гололедообразований является весьма актуальной задачей. Воздействие гололедно-изморозевых образований при сопутствии им сильных ветров на воздушные электрические сети приводит к массовому выходу их из строя на длительное время. Действующие в настоящее время «Руководящие указания по плавке гололеда на воздушных линиях электропередач» предназначены для сетей напряжением выше 35 кВ. Сети напряжением 6 и 10 кВ не имеют средств активной борьбы с гололедом.
Как следствие, в гололедные периоды отмечается повышенная аварийность ВЛ б и 10 кВ, вызывающая простои шахт с сокращением и даже с полным прекращением добычи угля. Длительность аварий, связанная с трудностью восстановления разрушенных опор и других элементов ВЛ 6 и 10 кВ, создает угрозу безопасности шахтеров, работающих на глубоких горизонтах, где добыча угля ведется в сложных горно-геологических условиях, при высокой газообильности, обводненности, опасности внезапных выбросов угля и газа и других специфических особенностях. Перерыв в подаче электроэнергии на таких шахтах связан не только со значительными убытками из-за недоотпуска продукции, но и в первую очередь с опасностью для жизни шахтеров, прекращением выхода на поверхность и с тяжелыми аварийными последствиями.
Предметом исследования являются сети электроснабжения напряжением 6 и 10 кВ, расположенные в гололедных районах России. Объектом исследования явились сети электроснабжения 6 и 10 кВ угольных шахт Донбасса на участках от районных подстанций до 11111 шахты и от 11111 до КТП вентиляционных шурфов.
Диссертационная работа посвящена исследованию актуальной научной проблемы повышения надежности сетей электроснабжения угольных шахт применительно к условиям работы в гололедном регионе и имеет важное народно - хозяйственное значение.
Работа выполнялась в соответствии с Федеральной программой «Топливо и энергия. Энергосбережение России» (постановление Правительства РФ № 1265 от
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ | БИБЛИОТЕКА
06.12.93) по научному направлению «Интенсивные ресурсосберегающие методы
и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда» комплексной целевой программы «Топливо и энергия», приказ № 14-36-04 от 07.02.94 Госкомвуза РФ.
Целью работы является повышение надежности электроснабжения шахт и других потребителей в гололедных районах России благодаря установлению основных зависимостей и закономерностей функционирования сетей электроснабжения напряжением 6 и 10 кВ в условиях возникновения гололедных ситуаций путем разработки методик определения нормативов гололедно-ветровых нагрузок и активных способов борьбы с гололедом в распределительных сетях 6 и 10 кВ.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: 1. Определение нормативов гололедно-ветровых нагрузок на основе установления закономерностей и основных показателей распределений в стихийном процессе гололедообразования, с использованием которых может быть обеспечено повышение надежности шахтных сетей электроснабжения 6 — 10 кВ в гололедных регионах России.
-
Установление взаимосвязи между временем отказов и гололедно-ветровыми нагрузками в шахтных сетях электроснабжения 6 — 10 кВ с определением уравнений связи и коэффициентов корреляции.
-
Установление совокупности показателей надежности с определением параметров потока отказов и среднегодовых коэффициентов готовности для шахтных сетей электроснабжения 6 - 10 кВ при активном и пассивном резервировании в гололедном регионе.
-
Определение технико-экономических зависимостей между убытком шахты (с учетом вероятности аварийных простоев при гололеде) и экономически обоснованными затратами на 1 км В Л 6-10 кВ.
-
Разработка рекомендации по применению активных способов борьбы с гололедом включая: установление зависимости допустимой длины пролетов ВЛ от удельных гололедно - ветровых нагрузок; применение плавки гололеда на
5 проводах ВЛ 6 - 10 кВ электрическим током; усиление механической части
элементов ВЛ в гололедном районе.
Для решения поставленных задач использованы методы теоретической
электротехники, математического анализа, математического моделирования,
методы математической статистики и теории вероятностей.
Научная новизна и основные научные результаты
-
Определены нормативы гололедно-ветровых нагрузок на основе ранее не применявшихся методик с установлением закономерностей и основных показателей распределений в стихийном процессе гололедообразования, при использовании которых может быть обеспечено повышение надежности шахтных сетей электроснабжения 6 -10 кВ в гололедном регионе Донбасса.
-
Впервые обоснованы зависимости между математическим ожиданием убытка при гололеде и затратами на сооружение 1 км шахтной ВЛ 6-Ю кВ.
-
Установлены количественные показатели надежности сетей электроснабжения 6-Ю кВ при активном и пассивном резервировании с учетом вероятности безотказной работы восстанавливаемых систем, определением параметров потока отказов и коэффициентов готовности в гололедный период.
-
Выявлены взаимосвязи между временем отказов сетей электроснабжения 6-Ю кВ и гололедно-ветровыми нагрузками с определением уравнений связи и коэффициентов корреляции, использование которых позволяет уточнить имеющиеся карты гололедного районирования в Донбассе методом экстраполяции.
-
Установлена зависимость допустимой длины пролетов ВЛ от удельной гололедно-ветровой нагрузки, полученная в соответствии с разработанными нормативами. С использованием в проектировании допустимой длины пролетов достижимо повышение надежности ВЛ 6-10 кВ.
Достоверность научных положений и выводов, а также полученных результатов обеспечивается: применением комплекса современных апробированных методов исследования; использованием современных вычислительных методов математической статистики; корректностью
используемого математического аппарата; представительным объемом статистического материала; положительными результатами использования научно-обоснованных нормативов гололедно-ветровых нагрузок для шахтных ВЛ 6-Ю кВ в гололедном регионе.
Практическая ценность и использование результатов.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработаны: методики определения нормативов гололедно-ветровых нагрузок; рекомендации по: определению длины пролетов ВЛ 6-Ю кВ в гололедном районе; усилению механической частей деталей опор и проводов; количественным показателям надежности сетей электроснабжения и способам активной и пассивной защиты ВЛ 6-Ю кВ, включая плавку гололеда электрическим током.
С использованием результатов работы достижимо повышение надежности шахтных сетей электроснабжения напряжением 6 и 10 кВ в гололедных районах России.
Результаты диссертационной работы использованы:
в Западных электрических сетях ОАО «Ростовэнерго» утверждены 17.01.02 ведомственные «Методические рекомендации по плавке гололеда в сетях электроснабжения 6-Ю кВ Восточного Донбасса (Рыбников А.С., Шуцкий В.И., Манацков Б.М., Шахты, - 2002 - 40 с); «Методические рекомендации» предназначены для ИТР энергоснабжающих и производственных объединений, обслуживающих сети электроснабжения 6-Ю кВ, подвергающиеся воздействию гололедно-ветровых нагрузок;
в ОАО «Ростовуголь» утверждены 19.01.02 ведомственные «Технические рекомендации по определению нормативов гололедно-ветровых нагрузок и показателей надежности шахтных сетей электроснабжения 6-Ю кВ в Восточном Донбассе (Кузнецов А.Н., Соколов СВ., Манацков Б.М., Шахты, - 2002 - 41 с); «Технические рекомендации» предназначены для инженерно-технических работников шахт и производственных объединений, обеспечивающих эксплуатацию шахтных сетей электроснабжения 6-Ю кВ при воздействии гололедно-ветровых нагрузок;
в ЮРО АГН на заседании президиума (Протокол №4 от 05.03.02) утверждено «Техническое руководство по определению нормативов гололедных нагрузок в шахтных сетях электроснабжения 6-Ю кВ Восточного Донбасса» и рекомендовано для использования в практике проектирования, монтажа и эксплуатации шахтных сетей электроснабжения 6-Ю кВ как в Восточном Донбассе, так и в других гололедных регионах России (Мельков АД., Шляфер Л.Ю., Ляхомский А.В., Манацков Б.М., Шахты, - 2002 - 45 с);
в «Шахтинвестпроекте РФ» утверждено 01.03.02 ведомственное «Техническое руководство» предназначенное для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием и эксплуатацией горнопромышленных сетей электроснабжения 6-Ю кВ в гололедном регионе Донбасса (Новиков А.Н., Ляхомский А. В., Манацков Б.М., Шахты, - 2002 -46 с);
Подтверждено внедрение основных положений исследования для региона Восточного Донбасса: научно-обоснованные нормативы гололедной нагрузки, скорости ветра; математического ожидания убытка шахты на 1 км ВЛ 6-Ю кВ; допустимых затрат на устройства защиты от гололеда; оценка уровня надежности сетей электроснабжения 6-Ю кВ по вновь разработанным количественным показателям надежности для гололедного региона.
в Ростовском управлении Госгортехнадзора России использованы теоретические разработки и практические рекомендации при согласовании мероприятий по ежегодной подготовке к работе в осенне-зимний период (ОЗП) сетей электроснабжения 6-Ю кВ угольных шахт в гололедном регионе Донбасса. Использование количественных показателей надежности сетей электроснабжения при гололеде обеспечивает повышение уровня надежности электроснабжения шахт и безопасность шахтеров, работающих в сложных горно-геологических условиях на глубоких горизонтах шахт Донбасса;
в ОАО «Кавэлектромонтаж» использованы предложенные способы усиления деталей ВЛ 6-Ю кВ (пасынки, провода марки АС, АСУ и др.);
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении лекций и выполнении курсовых и дипломных работ по направлению 65.45.00. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» в
Шахтинском институте ЮРГТУ (НПИ).
Апробация работы и публикации. Основные положения и научные
результаты диссертации доложены на научно-технических конференциях (НТК) и семинарах в гг. Москве, Санкт-Петербурге, Киеве, Ростове-на-Дону, Новочеркасске, Шахтах, в том числе: Санкт-Петербургский горный институт -1967, 1968 г.; Киевский политехнический институт - 1971 г.; Московский государственный горный университет - 1970, 2001, 2002 гг.; региональная НТК СКНЦ ВШ при Ростовском инженерно-строительном институте 1980, 1988 гг.; Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) - 1994, 1996,1997,1998,2001 гг.
Основные научные положения, выносимые на защиту, разработанные лично соискателем.
1. Нормативы гололедно-ветровых нагрузок, полученные на основе установления их закономерностей и основных показателей распределений, с использованием которых может быть обеспечено повышение надежности шахтных сетей электроснабжения 6 - 10 кВ в гололедном районе Донбасса.
-
Зависимости между математическим ожиданием убытка шахты (с учетом вероятности аварийных отказов при гололеде) и затратами на сооружение 1 км шахтной В Л 6-10 кВ.
-
Совокупность показателей надежности, установленная с учетом вероятности безотказной работы восстанавливаемых систем, определением параметров потока отказов и коэффициентов готовности для шахтных сетей электроснабжения 6 - 10 кВ в гололедном регионе Донбасса.
-
Взаимосвязи между временем отказов и гололедно-ветровыми нагрузками выявленные в шахтных сетях электроснабжения 6 - 10 кВ с определением уравнений связи и коэффициентов корреляции.
5. Зависимость допустимой длины пролетов от удельной гололедно-ветровой нагрузки, соответствующей установленным научно-обоснованным нормативам.
Публикации. Из 47 работ автора, по теме диссертации опубликована 31 печатная работа, из них автором написаны единолично 28 работ и 3 в соавторстве. Основные научные результаты диссертации и результаты внедрения изложены в двух монографиях (1998 и 2001 гг., общим объемом 434 с, авторских - 80 %) и 14 работ в ведущих рецензируемых изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложения 6 документов по внедрению, содержит 25 рисунков, 67 таблиц и список использованных источников из 80 наименований. Общий объем составляет 277 страниц.
