Электронный научно-практический журнал «Современная техника и технологии» » электроэнергетика

Степень надежности электротехнического оборудования Волгоградской области: обзор силовых трансформаторов 110 кВ и 35 кВ

dst-11 — Fri, 16 Jun 2017 10:43:47 +0000

В сфере энергетики современной России наблюдается тенденция дефицита вырабатываемой мощности в связи с недостатком нового и подавляющим количеством старого оборудования. Так, по некоторым данным, изношенность основных фондов в электроэнергетике России составляет 50-70% [2, с. 109]. Особенно остро проблема изношенности оборудования стоит в Волгоградской области [1], где подавляющий процент эксплуатируемого оборудования требует скорой замены. Тем не менее, очевидно, что произвести замену всего устаревшего оборудования сразу – невозможно. В этой связи, необходимо произвести оценку технического состояния электротехнического оборудования Волгоградской области, чтобы выявить объекты, требующие замены в первую очередь. В этом вопросе нам может помочь теория надежности.
Вопросам надежности в энергетике уделяется большое внимание, так как любое электротехническое оборудование должно обладать высокой надежностью и безопасностью в эксплуатации. В противном же случае, если эти условия не будут соблюдаться, существует вероятность возникновения аварийных повреждений, которые могут приводить к полному разрушению оборудования, нарушению энергоснабжения и пр., что всегда связано с серьезным экономическим ущербом.
Ситуации, при которых происходит нарушение работы оборудования, называются отказами [3, с. 8]. Зачастую причинами отказов являются дефекты, полученные путем конструктивных, производственных и ремонтных, нарушений норм и правил эксплуатации. По периоду течения изменений параметров электрооборудования до отказа можно сказать о характере данного отказа. Так, выделяются два вида отказов: внезапный и постепенный. Внезапным отказом называют резкое ухудшение одного или нескольких показателей электрооборудования. В свою очередь, постепенным отказом называют длительное ухудшение параметров электрооборудования, связанных, в основном, со старением изоляции.
Теория надежности повествует о необходимости сохранения определенной степени надежности оборудования в период его эксплуатации, что достигается посредством систематического технического обслуживания и ремонта. Понятие надежности оборудования конструируется из совокупности нескольких характеристик: ресурс бесперебойной работы, возможность ремонта и долговечность. Для определения высоковольтного оборудования, требующего первостепенной замены, необходимо одновременно учитывать описанные выше характеристики.
Автором данной статьи была произведена попытка определить требующее первостепенной замены оборудование, находящееся на территории, подконтрольной ПАО «МРСК-Юга» – «Волгоградэнерго». Для достижения данной цели было проведено небольшое исследование[1], направленное на изучение качественной оценки технического состояния силовых трансформаторов номиналам 110 и 35 кВ в ПАО «МРСК-Юга» – «Волгоградэнерго». Полученные в результате исследования данные дают возможность выполнить следующие расчеты:

1. Определить наработку на отказ:

2. Определить среднее время восстановления отказа:

3. Определить коэффициент готовности:

4.Определить вероятность безотказной работы за один год эксплуатации применяя экспоненциальный закон распределения отказа:

Таблица 1 – Результат расчетов показателей надежности

Тип трансформатора
110 кВ	43.53	0.026	0.999	0.977
35 кВ	33	0.127	0.996	0.97

Таким образом, расчеты продемонстрировали, что силовые трансформаторы 35 кВ имеют примерно те же самые причины отказов, как и силовые трансформаторы 110 кВ. Вместе с тем, во время расчета показателей надежности была выявлена более высокая надежность силовых трансформаторов 110 кВ по отношению к силовым трансформаторам 35 кВ.
Результаты данного исследования дают возможность сделать вывод, что начинать замену оборудования необходимо от меньшего класса напряжения к большему, так как оно имеет большую вероятность отказа. Решение о замене или продлении срока эксплуатации любого электротехнического оборудования должно производиться по показаниям надежности данного оборудования.

[1] Сбор данных по отказам силовых трансформантов производился в ПАО «МРСК-ЮГА» – «Волгоградэнерго», а именно в службах изоляции и защиты от перенапряжений (СИЗП) в ПО «ЛЭС» и ПО «ПЭС» в 2016 г.

Сравнение и анализ устройств компенсации реактивной мощности

Жиляев Денис Александрович — Mon, 24 Jul 2017 12:06:21 +0000

В Российской Федерации, имеющей развитую промышленность, наиболее распространёнными потребителями электроэнергии являются электрические машины (асинхронные двигатели, трансформаторы, дуговая сварка, индукционные печи и т.д.) с постоянной нелинейной и резко переменной нагрузкой. В электрических машинах магнитный поток связан с обмотками. При протекании переменного тока по обмотке, в ней индуцируется реактивная ЭДС, обуславливающая сдвиг по фазе между напряжением и током. Такие потребители кроме активной потребляют и реактивную мощность, что вызывает дисбаланс во всей энергосети.

Реактивная мощность в энергосистеме ухудшает её работу, повышает потери в сетях, увеличивает падение напряжения. Так же увеличивается расход топлива на электростанциях при загрузке генераторов реактивными токами. Реактивный ток дополнительно нагружает линии электропередач, что приводит к необходимости увеличения сечения проводов. Поэтому компенсация реактивной мощности необходима на всех предприятиях для улучшения энергосбережения. В связи с этим 23 ноября 2009 года Государственной думой РФ принят федеральный закон №261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности», который подразумевает повышение энергоэффективности всех потребителей.

На практике, для компенсации реактивной мощности используются различные устройства. К ним относятся: конденсаторные батареи, синхронные компенсаторы, шунтирующие реакторы, статические тиристорные компенсаторы, фильтры высших гармоник.

Конденсаторные батареи выдают реактивную мощность в систему. Так как снижаются перетоки мощности в самой сети, это приводит к уменьшению потерь активной мощности, снижению потерь напряжения. Снижается нагрузка на ЛЭП и трансформаторы.

Синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель облегчённой конструкции, предназначенный для работы на холостом ходу. При работе в режиме перевозбуждения он генерирует реактивную мощность.

Шунтирующие реакторы, потребляющие реактивную мощность, компенсируют избыток реактивной мощности, снижают её переток, и как следствие – уменьшается ток в линиях и трансформаторах, снижаются активные потери.

Фильтры высших гармоник – устройства, предназначенные для снижения гармонических искажений напряжения и компенсации реактивной мощности нагрузок потребителей в электрических сетях.

Статические тиристорные компенсаторы как выдают, так и потребляют реактивную мощность. Они позволяют плавно и быстро регулировать реактивную энергию. Статические тиристорные компенсаторы в электрических сетях предназначены для повышения пропускной способности и устойчивости линий электропередачи, стабилизации напряжения в узлах нагрузки, уменьшения потерь электроэнергии и повышения ее качества.

При выборе устройств компенсации реактивной мощности следует учитывать сложность ремонта и эксплуатации, их стоимость и эффективность. Например, статические тиристорные компенсаторы имеют сложную конструкцию, высокую стоимость. Синхронные компенсаторы для эффективной работы должны устанавливаться как можно ближе к потребителю, чтобы не нагружать сеть реактивными токами. Фильтрокомпенсирующие устройства дорогие, и их рационально применять только для стационарных нагрузок. Недостатком шунтирующих реакторов является вызываемое ими падение напряжения сети.

Наиболее конструктивно простыми и экономичными устройствами являются конденсаторные батареи. Они имеют длительный срок службы, обладают возможностью подключения непосредственно к шинам как низкого, так и высокого напряжения, имеют малые потери активной мощности. Статические батареи конденсаторов просты в эксплуатации, имеют сравнительную легкость операций монтажа, возможна их как внутренняя, так и наружная установка.

Батарея статических конденсаторов (БСК) состоит из конденсаторной батареи, токоограничивающего реактора, шкафа коммутации и защит БСК с измерительными трансформаторами тока. Основной элемент БСК – косинусные конденсаторы для каждой фазы. Конструкция конденсаторной батареи представляет собой сборку из блоков силовых высоковольтных конденсаторов, размещенных в сварных металлических рамах. Блоки соединяются между собой параллельно и последовательно, устанавливаются вертикально в несколько уровней на опорных изоляторах. Трехфазная батарея, состоит из трех однофазных конструкций, которые соединяются в звезду или треугольник в зависимости от режима работы нейтрали.

Трансформаторы тока (ТТ) подключаются при помощи первичной обмотки в разрыв двух параллельных групп. ТТ предназначены для подачи в устройство РЗА значения величины тока. При нарушениях режима работы устройства РЗА подают сигнал на отключение головного выключателя. Токоограничивающие реакторы предназначены для ограничения пускового тока при включении БСК. Батареи конденсаторов выполненяются мощность от 5 до 200 МВар, на напряжения – 6, 10, 35, 110, 220 кВ.

Таким образом, для промышленных предприятий, основными электропотребителями которых являются асинхронные двигатели, то есть для предприятий с практически постоянной нагрузкой, для компенсации реактивной мощности наиболее целесообразно использовать батареи статических конденсаторов. Это позволит повысить коэффициент мощности с 0,7-0,75 до 0,93-0,99 и существенно повысить энергоэффективность предприятия.