Введение к работе
Актуальность темы
Развитие электроэнергетики России носит стратегический характер. Важнейший показатель уровня электроэнергетики – развитие электрических сетей. Наиболее ответственным и в то же время наиболее уязвимым звеном электрической сети являются воздушные линии электропередачи (ВЛ). Протяженность ВЛ напряжением 110-220 кВ составляет 420,7 тыс. км на начало 2010 года.
С 1990 года происходило резкое снижение объемов строительства электрических сетей (1-2 тыс. км в год). Происходит масштабное старение систем передачи и распределения электроэнергии, износ ВЛ составляет около 60%. Положение усугубляется влиянием окружающей среды на воздушные линии электропередачи, в особенности гололедно-ветровых воздействий, которые приводят к массовым отключениям ВЛ всех классов напряжения и нарушениям энергоснабжения потребителей в особо крупных масштабах с соответствующим ущербом во всех отраслях народного хозяйства. Например, экономический ущерб ОАО «Саратовэнерго» в гололедный период 1993-1994 года составил более 10 млрд. руб.
Гололедно-ветровые аварии происходят и за рубежом, в странах с климатом, близким к российскому.
Для предотвращения снижения надежности ВЛ из-за воздействия гололедно-ветровых нагрузок в нашей стране и за рубежом уже давно ведутся интенсивные разработки и внедряются различные системы предотвращения гололедно-ветровых аварий на воздушных линиях электропередачи. Значительный вклад внесли многие известные ученые и инженеры:
Абжанов Р.С., Аллилуев А.А., Будзко И.А., Бургсдорф В.В., Дьяков А.Ф., Засыпкин А.С., Каверина Р.С., Левченко И.И., Лещинская Т.Б.,
Яковлев Л.В. и др.
Одним из путей поддержания воздушных линий электропередачи в работоспособном состоянии является их модернизация и реконструкция, однако дальнейшее развитие электросетевого хозяйства связано со строительством новых ВЛ. Планом ФСК ЕЭС развития электрических сетей в ближайшие 10 лет предусмотрено строительство около 50 тыс. км ВЛ напряжением 110 кВ и выше. Главное при этом – обеспечение надежности и экономической эффективности работы электрических сетей.
Диссертационная работа посвящена обоснованию выбора концепций развития воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ, работающих в сложных метеоусловиях.
Актуальность работы подтверждается потребностью в разработке концепций, которые могут стать основой для предупреждения или исключения аварий на воздушных линиях электропередачи в период экстремальных метеорологических воздействий.
Для выбора оптимального варианта концепций развития воздушных линий электропередачи, работающих в гололедно-ветровых условиях, необходимо решить многокритериальную задачу. Такая задача оптимизации ранее не решалась.
Разработкой многокритериальных методов принятия решений занимались известные зарубежные и российские ученые. Среди российских ученых значительный вклад в исследование данной проблемы внесли:
Лещинская Т.Б., Березнев Ю.И., и др.
Объект исследований – воздушные линии электропередачи напряжением 110-220 кВ, расположенные в гололедных районах.
Предмет исследования – концепции развития воздушных линий электропередачи.
Цель работы: провести анализ концепций развития воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ, подверженных экстремальным метеорологическим воздействиям, и выбрать оптимальную для российской экономики.
В соответствии с целью в работе были поставлены следующие
основные задачи:
1. Провести анализ характера воздействия критических метеорологических условий на конструктивные элементы воздушных линий и определить технические решения повышения надежности ВЛ.
2. Выбрать и проанализировать концепции развития воздушных линий электропередачи, работающих в сложных метеорологических условиях, и составить их математические модели.
3. Разработать варианты концепций развития и провести расчет механических нагрузок на провода ВЛ с целью выбора линии, наиболее устойчивой к экстремальным метеовоздействиям.
4. Разработать методику многокритериальной оптимизации вариантов концепций развития ВЛ и составить алгоритм их решений.
5. Провести технико-экономическую оценку концепций развития воздушных линий электропередачи и определить оптимальный вариант развития ВЛ на время переходного периода российской экономики.
Методы и средства исследований
В работе использованы методы системного анализа, механического расчета ВЛ, многокритериальной оптимизации и методы расчета экономической эффективности инвестиционных проектов.
Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается применением для теоретических исследований научных положений теории вероятности, теории надежности, теоретических основ электротехники и корректным использованием статистических материалов и подтверждается результатами эксплуатации ВЛ энергосистем развитых стран.
Результаты, выносимые на защиту:
1. Концепции развития ВЛ в сложных метеорологических условиях и их математические модели.
2. Варианты развития воздушных линий электропередачи в соответствии с предложенными концепциями и результаты анализа прогнозируемых механических нагрузок на провода линии электропередачи 110кВ.
3. Система частных критериев надежности и экономической эффективности, позволяющая учитывать проектную и эксплуатационную надежность и оценивать варианты развития ВЛ.
4. Методика и алгоритм решения многокритериальной задачи оптимизации вариантов развития ВЛ, использование которых позволит управлять надежностью экономическими методами.
5. Результаты решения многокритериальной задачи и технико-экономические показатели вариантов развития ВЛ.
Научная новизна:
-
Проанализированы концепции развития воздушных линий электропередачи 110-220 кВ, работающих в сложных метеоусловиях, и предложена методология их выбора.
-
Разработаны математические модели показателей надежности и экономической эффективности для трех концепций развития ВЛ в экстремальных метеорологических условиях.
3. Разработана методика решения многокритериальной задачи развития ВЛ в сложных метеоусловиях, отличающаяся от известных учетом климатических нагрузок, выбором тарифов и удельной стоимости электроэнергии с учетом уровня надежности ВЛ.
Практическая ценность работы
1. Предложена альтернативная концепция построения воздушных линий электропередачи, позволяющая повысить эффективность инвестиций в строительство ВЛ, работающих в сложных метеорологических условиях.
2. Составлен программный модуль для расчета климатических нагрузок, который может быть использован в учебном процессе для студентов электротехнических специальностей.
Реализация и внедрение результатов исследований
Приведенные в диссертационной работе результаты исследований внедрены в ПО филиала ОАО «МРСК Юга»-«Волгоградэнерго». Теоретические положения диссертационной работы нашли применение в учебном процессе КТИ (филиал) ВолгГТУ по специальности «Электроснабжение».
Апробация работы
Основные положения и теоретические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских научно-практических конференциях:
1. V Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2008).
2. VI Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2009).
3. VII Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2010).
Публикации. Результаты, обобщенные в диссертации, опубликованы в 20 печатных работах, в том числе 2 публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованных источников и шести приложений. Работа изложена на 147 страницах. Основная часть содержит 127 страниц машинописного текста, в том числе 35 рисунков и 24 таблицы. Список использованных источников включает 133 наименования.
