Аварийность в городских кабельных сетях: анализ и возможности снижения

УДК 621.316.721:723

Аварийность в городских кабельных сетях: анализ и возможности снижения

Москва, Московский энергетический институт

Представлен анализ аварийности в городских кабельных сетях г. Павлодара до и после внедрения управляемого резистивного заземления нейтрали.

Analysis of fault rate in municipal cable electrical networks of Pavlodar city before and after control resistive neutral grounding installation is considered.

Основное число эксплуатационных аварий в распределительных сетях связано с нарушением изоляции фаз относительно земли при однофазных замыканиях на землю, иногда развивающихся в двойные замыкания. При перемежающемся характере горения заземляющей дуги возникающие перенапряжения охватывают всю электрически связанную сеть, что способствует развитию аварии в многоместные повреждения. В течение 10 лет была собрана и проанализирована статистика аварийных отключений в городских электрических сетях г. Павлодара (Казахстан) по 14 секциям 10 кВ шести питающих подстанций с общей протяженностью кабельных линий около 360 км. Срок эксплуатации большинства кабелей значительно превышает 20 лет и составляет для 40% кабелей более 30 лет, а для 30% - более 40 лет. За 2007-2008 годы произведена замена всего 6 км кабелей. Если учесть, что уровень эксплуатации и ремонтов не отличались особым качеством, особенно, последние 10 – 15 лет, то можно сделать вывод о неизбежности высокой аварийности и ее роста.

Исследователями всегда отмечалась выраженная зависимость от количества замыканий на землю и циклический характер изменения числа аварийных отключений в течение календарного года с двумя пиками. Эти пиковые увеличения обычно объясняются природными сезонными факторами и кумулятивным эффектом, возникающим из-за интенсивных воздействий перенапряжений на изоляцию во время замыканий на землю. Время развития места повреждения при этом оценивается 2 – 3 месяцами [1].

Многолетние наблюдения аварийности кабельных сетей 10 кВ г. Павлодара, результаты показывают, что кроме известного циклического сезонного изменения количества аварийных отключений наблюдается отчетливо выраженная колебательность годовой аварийности. Как и для сезонной колебательности, объяснение природы циклических колебаний аварийности по годам может основываться на влиянии кумулятивного эффекта со временем развития мест повреждения гораздо больше 2 – 3 месяцев. То есть воздействия перенапряжений в течение пикового года, по сути, производят эффект отбраковки слабой изоляции, и в следующем году следует ожидать некоторого снижения аварийности, что и подтверждают статистические данные. При отсутствии влияния других факторов, эти колебания происходят вокруг некоторого среднего значения, постоянного по величине в течение достаточно длительного времени.

Кроме того, по полученным данным можно судить о влиянии и других, ранее не отмечаемых, факторов. Так, зависимость повреждаемости от общей нагрузки, разветвленности, наличия релейной защиты от замыканий на землю (РЗЗЗ), работающей на отключение, и качества компенсации емкостных токов сети явно прослеживается для всех подстанций.

Например, аварийность по подстанции «Восточная-городская» заметно выше средней по другим подстанциям из-за невозможности обеспечения нормативной настройки компенсации на первой секции потому, что на этой секции отсутствует измерение настройки, а характеристики ДГР не позволяют обеспечить острую настройку во всех эксплуатационных режимах. Релейная защита от замыканий на землю на обеих секциях неселективна и работает только на сигнал. Кроме того, электрическая сеть 10 кВ подстанции «Восточная-городская» смешанная, воздушно-кабельная, со значительной долей воздушных линий, с соответствующим увеличением количества аварийных отключений.

На подстанции «Северная-городская» повышение аварийности также может быть объяснено невозможностью обеспечения острой настройки компенсации и отсутствием РЗЗЗ, работающей на отключение. По этой подстанции можно отметить период, начиная с 2002 г., когда на первой секции была обнаружена и устранена неисправность присоединительного трансформатора ДГР, из-за которой в течение ряда лет почти постоянно секция находилась в режиме недопустимо большой расстройки компенсации. После устранения неисправности аварийность заметно уменьшилась.

По подстанции «Заводская» прослеживается явная зависимость количества аварийных отключений от нагрузки подстанции, начиная с 2004 г., когда произошло резкое увеличение нагрузки ряда потребителей этой подстанции.

Начиная с 2003 года на питающих подстанциях городской сети, проводилась реконструкция компенсации емкостных токов и организации РЗЗЗ за счет внедрения управляемого резистивного заземления нейтрали [2]. Наложение активного тока осуществлялось с помощью силового однофазного трансформатора, включенного параллельно ДГР, обмотка низкого напряжения которого замыкалась на резистор мощностью около 300 кВт. Выбранная величина мощности резистора соответствовала среднему уровню мощности устройств компенсации секции – 300 кВАр. Коммутация силового резистора осуществлялась с помощью серийных пускателей, снабженных специальной автоматикой. Алгоритм функционирования автоматики предполагал выявление режима, при котором самоустранение замыкания становилось маловероятным, и обеспечивал наложение активного тока, достаточного по величине и длительности для перехода дуги в режим устойчивого горения и надежного срабатывания РЗЗЗ. На фидерах с малыми собственными емкостными токами земляная защита была организована на ранее установленных реле РТ-40, ЭТ-520 и УСЗ-2, где коэффициент чувствительности защиты легко обеспечивался на уровне не ниже 2 – 2,5. На фидерах с большими емкостными токами эти реле были заменены на реле типа РТЗ-51 с входным фильтром 50Гц, что несколько облегчало отстройку. Однако необходимо отметить, что ввиду относительно низкой частоты свободных колебаний емкостного тока в компенсированных сетях (до 500-700Гц) эффективность фильтрации невелика.

Существующие токовые защиты от замыканий на землю при этом перестраивались на новые уставки с учетом активного тока. Поэтому величина приведенного к стороне ВН накладываемого тока составляла 60 – 70 А.

В 2004 г. была закончена реконструкция компенсации и введена земляная защита на 4 секциях подстанции «Центральная-городская», а к началу 2006 это же было проделано еще на 6 секциях других подстанций.

Необходимо особо отметить динамику аварийных отключений по подстанции «Центральная-городская», т. к. на ней гораздо раньше, чем на других были проведены вышеописанные мероприятия, и поэтому накоплен достаточный материал. На трех других подстанциях наработка после реконструкции еще недостаточна, РЗЗЗ функционирует не на всех отходящих фидерах, и поэтому статистика пока малорепрезентативна.

Анализ повреждаемости по подстанции «Центральная-городская» с 2004 г. (см. рис. 1) показывает высокую эффективность проведенных мероприятий: после ввода в эксплуатацию контроля настройки компенсации и РЗЗЗ, работающей на отключение, количество повреждений снизилось примерно в 2,5 раза и стабилизировалось на уровне около 30 отключений в год. По-видимому, с учетом естественной колебательности годовой аварийности это значение отвечает новому равновесному состоянию сети.

Рис. 1

Выводы

1. Анализ повреждаемости городских кабельных сетей показывает, что преобладающий вид повреждений – однополюсные замыкания на землю, основной причиной которых, в свою очередь, является естественное старение изоляции и дуговые перенапряжения. Имеет место циклический характер изменения числа аварийных отключений, как сезонный, так и годовой.

2. Значительное снижение аварийности может быть достигнуто путем внедрения управляемого резистивного заземления нейтрали, в том числе, в компенсированных сетях, позволяющего не только снизить кратность дуговых перенапряжении, но и организовать селективную защиту от замыканий на землю.

Литература

1 Мусин продолжительности жизни дефектов изоляции кабелей 6 – 10 кВ городской электрической сети / // Промышленная энергетика. – 1998. – №6. – С. 28 – 33.

2 О возможностях управляемого резистивного заземления нейтрали в сетях с малыми токами замыкания на землю. / , // Электрика. – 2007. – №5. – С. 30 – 33

, д. т.н., профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Национального исследовательского университета «МЭИ», , 89251895152, e-mail *****@***ru, почтовый адрес: 112250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14