WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |

«КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ В УСЛОВИЯХ КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ ...»

-- [ Страница 1 ] --

Министерство энергетики Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение дополнительного

профессионального образования

«Петербургский энергетический институт повышения квалификации»

На правах рукописи

Соловьев Юрий Владимирович

КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ В УСЛОВИЯХ КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ



ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ

Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Назарычев Александр Николаевич Санкт-Петербург – 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СОСТОЯНИЕ

ЗАЩИЩЕННЫХ ПРОВОДОВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

1.1 Анализ повреждаемости проводов воздушных линий электропередачи 6-35 кВ............. 17

1.2 Учет особенностей конструкций и материалов защищенных проводов при оценке их технического состояния в условиях эксплуатации

1.3 Влияние особенностей конструкций, материалов и способа монтажа линейной арматуры на состояние защищенных проводов в условиях эксплуатации

1.4 Учет географического фактора в задачах контроля и оценки состояния защищенных проводов при воздействии климатических нагрузок

1.5 Влияние микроструктуры поверхности защищенных проводов на механизмы увлажнения и гололедообразования

1.6 Влияние эксплуатационных факторов на тепловой режим защищенных проводов......... 85

1.7 Выводы по главе

ГЛАВА 2 КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ ПРОВОДОВ ПРИ

КОМПЛЕКСНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЕТРОВЫХ И ГОЛОЛЕДНЫХ НАГРУЗОК................. 96

2.1 Контроль и оценка состояния защищенных проводов на основе определения изгибных деформаций вблизи узлов крепления к опорам

2.2 Разработка усовершенствованной модели для контроля состояния защищенного провода при вибрации в ветровом потоке

2.3 Алгоритм реализации инженерной методики контроля состояния защищенных проводов при вибрациях в ветровом потоке

2.4 Модель квазижидкого слоя льда на поверхности защищенного провода

2.5 Уточненная модель для определения ресурсных показателей оболочковых материалов защищенных проводов при воздействии механических и температурных нагрузок.............. 128

2.6 Связь ресурсных показателей оболочковых материалов защищенных проводов с динамическими свойствами дефектов

2.7 Экспериментальные исследования состояния защищенных проводов в полевых условиях при комплексном воздействии климатических нагрузок

2.8 Выводы по главе

ГЛАВА 3 КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ ПРОВОДОВ ПРИ ТЕПЛОВОМ

СТАРЕНИИ С УЧЕТОМ КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ

3.1 Усовершенствованная модель для анализа распределения температур внутри защищенного провода

3.2 Тепловое старение защищенных проводов при комплексном воздействии повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений

3.3 Методика контроля состояния защищенных проводов при комплексном воздействии эксплуатационных факторов

3.4 Методика определения предельной наработки на отказ оболочковых материалов защищенных проводов при тепловом старении

3.5 Выводы по главе

ГЛАВА 4 КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ ПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ

КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ, УВЛАЖНЕНИЙ И

ЗАГРЯЗНЕНИЙ

4.1 Математическая модель механизма проникновения влаги в защищенные провода с учетом наличия дефектов в защитной оболочке

4.2 Влияние микрорельефа и загрязнений поверхности на характер смачивания защищенных проводов при электрическом старении

4.3 Контроль состояния поверхности защищенных проводов при увлажнениях на основе измерения угла смачивания

4.4 Исследование стойкости поверхности защищенных проводов к росту микроскопических грибов





4.5 Методика контроля состояния защищенных проводов при электрическом старении в условиях повышенных увлажнений и загрязнений поверхности

4.6 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время характерной особенностью электрических сетей 6-35 кВ является всевозрастающая тенденция к переходу от традиционных технических решений оборудования к инновационным с применением новых технологий, конструкций и материалов. В частности, в последние годы при строительстве и реконструкции воздушных линий электропередачи (ВЛЭП) 6-35 кВ широкое распространение получили защищенные провода, обладающие рядом эксплуатационных преимуществ по сравнению с неизолированными проводами. Протяженность ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами с каждым годом увеличивается. При этом их общая протяженность в российских сетях составляет более 150 тыс. км. Широкое применение ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами наблюдается, в том числе, в системах электроснабжения предприятий горной и нефтеперерабатывающей отрасли, а также при строительстве ответственных энергетических объектов, протяженных межгосударственных систем транспорта нефти и газа, которые реализуются в рамках программы «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года».

Среди таких объектов, в частности, но не ограничиваясь, следует выделить следующие:

нефтепровод «Восточная Сибирь – Тихий океан», газопроводы «Россия – Турция», «Ямал – Европа», «СРТО – Торжок», «Северный поток», «Южный поток», «Сила Сибири» и др.

Необходимость обеспечения высоких показателей надежности и безопасности электроснабжения таких объектов с учетом крайне неоднородных и сложных условий эксплуатации неразрывно связаны со своевременным решением задач по обеспечению надежного функционирования оборудования воздушных линий электропередачи при комплексном воздействии эксплуатационных факторов. Важность и необходимость решения этих задач неоднократно отмечались на профильных научно-технических конференциях, форумах и семинарах как в России, так и за рубежом, в отраслевых и правительственных решениях, технической политике российских электросетевых и энергетических компаний.

В то же время анализ состояния ВЛЭП 6-35 кВ, находящихся в эксплуатации ОАО «Россети», по состоянию на 2014 г. показал, что более половины технологических нарушений на ВЛЭП связано с повреждениями проводов, большая часть которых вызвана действием климатических факторов: ледяной дождь, мокрый снег, ветер, гололед. В этих условиях провода вместе с узлами их крепления к опорам являются наиболее уязвимыми элементами, определяющими состояние ВЛЭП, а также надежность электроснабжения конечных потребителей. Помимо дефектов на срок службы проводов влияют необратимые процессы старения материалов проводов в условиях эксплуатации. По этой причине своевременные контроль и оценка состояния проводов позволяют выявлять дефекты на ранних стадиях их развития с принятием соответствующих мер по устранению. При этом определение динамических свойств дефектов вместе со скоростью протекания процессов старения материалов позволяет прогнозировать остаточный ресурс проводов. Однако высокие показатели отказов, связанных с повреждениями проводов, позволяют обоснованно считать, что задачи контроля и оценки технического состояния проводов до конца не решены и являются актуальными. При этом следует отметить, что работы в области обеспечения надежности ВЛЭП с неизолированными проводами уже проводились как российскими, так и зарубежными учеными, но применительно к ВЛЭП с защищенными проводами их недостаточно и исследования повреждаемости показывают, что вместе с ростом их протяженности растет число отказов и повреждений по неустановленным причинам. Это связано с недостаточной изученностью проблем возникновения и развития дефектов в защищенных проводах. Кроме этого ранние рекомендации, разработки и решения в области оценки состояния неизолированных проводов не позволяют адекватно учесть всех особенностей, связанных с применением в конструкциях защищенных проводов полимерных материалов с до конца неизученными свойствами, особенностями технологических режимов изготовления защищенных проводов, режимами функционирования сети, конструкциями применяемой линейной арматуры и другого смежного электрооборудования. Ранее разработанные модели не учитывают дефекты, возникающие в защищенных проводах при комплексном воздействии эксплуатационных факторов и нехарактерные для неизолированных проводов. Ситуация осложняется отсутствием полноценной нормативно-технической документации как на защищенные провода, так и на линейную арматуру. Применение производителями различных рецептур оболочковых материалов, а также технологий изготовления, существенно влияет не только на эксплуатационные характеристики, но и на качество, а также ресурсные показатели защищенных проводов в условиях эксплуатации, что до настоящего времени не учитывается при оценке их технического состояния. В связи с вышеобозначенным отсутствуют методики контроля состояния защищенных проводов в условиях эксплуатации.

Для успешной эксплуатации ВЛЭП с защищенными проводами с учетом обозначенных особенностей требуется проведение отдельных исследований, направленных на совершенствование существующих и разработку новых моделей и методик контроля состояния защищенных проводов. Это определило характер направленности диссертационного исследования, а также перечень решаемых научно-технических задач.

Степень проработанности темы исследования. Вопросам исследования надежности функционирования ВЛЭП с защищенными проводами посвящены работы ученых В.А. Канискина, М.А. Шабада, Б.И. Сажина, Б.Н. Абрамовича, А.И. Таджибаева, А.М. Боева, С.В. Клименко, Т.Б. Лещинской, С.В. Серебрянникова, А.Г. Овсянникова, К.П. Кадомской, Ф.Х. Халилова, Г.В. Подпоркина, Г.В. Грешнякова, Т.Н. Муравьевой, М.В. Дмитриева, Г.А.

Евдокунина, В.М. Куприенко, Г.Г. Ковалева, И.Б. Пешкова, Г.И. Мещанова, М.К. Каменского и др. Большая часть работ авторов исследует влияние отдельно взятых эксплуатационных факторов на состояние оборудования, а также анализ режимных особенностей сетей. В то же время уделяется неоправданно мало внимания проблемам контроля и оценки состояния защищенных проводов в условиях одновременного воздействия различных по природе эксплуатационных нагрузок. Остаются до конца неисследованными процессы старения материалов защищенных проводов вместе с условиями возникновения и развития в них дефектов. Отсутствуют закономерности, позволяющие установить связь между динамическими свойствами дефектов и изменением ресурсных показателей защищенных проводов в условиях эксплуатации. В целом в настоящее время имеется дефицит объективной информации об особенностях эксплуатации защищенных проводов, учитывающих их отличия от неизолированных проводов в части конструкций и применяемых материалов. Это создает трудности при решении задач эксплуатации ВЛЭП с защищенными проводами, связанных с контролем и оценкой их технического состояния. Существующее состояние вопросов определяет слабую проработанность выбранной тематики диссертационного исследования.

Среди зарубежных исследований по выбранной тематике следует выделить работы ученых J.B.Wareing, K.Mattsson, D.T.Hughes, S.Hnninen, Y.Rantanen, T.Leskinen, K.Kantola, P.Pakonen, M.Hashmi, D.Wald, A.Hinkkuri, K.Schngrunduer, M.Kokkonen, Z.Toros и др.

Накопленный за рубежом многолетний опыт эксплуатации ВЛЭП с защищенными проводами в различных климатических зонах позволил выявить существенное количество отказов вследствие развития дефектов, нехарактерных для традиционных неизолированных проводов и потому до конца неисследованных. Проведенный анализ зарубежных работ выявил отсутствие в них закономерностей между временными свойствами дефектов и ресурсными показателями защищенных проводов при комплексном воздействии эксплуатационных факторов.

В работах зарубежных авторов не обнаружено полной информации о влиянии установленного смежного оборудования на состояние защищенных проводов в условиях эксплуатации. Зарубежная нормативно-техническая документация, в т.ч. на линейную арматуру, не отражает всех технических требований с учетом эксплуатации в различных климатических условиях. В частности, отсутствуют требования к испытаниям элементов линейной арматуры на трекингостойкость, что не учитывает возможное изменение их состояния при комплексном воздействии повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений, что влияет на состояние защищенных проводов.

Объектом исследования в диссертационной работе являются защищенные провода воздушных линий электропередачи.

Предметом исследования является техническое состояние защищенных проводов воздушных линий электропередачи, определяющее остаточный ресурс проводов при комплексном воздействии эксплуатационных факторов.

Целью диссертационной работы является разработка новых и совершенствование существующих моделей и методик контроля и оценки состояния защищенных проводов с учетом комплексного воздействия эксплуатационных факторов.

Идея диссертационной работы заключается в исследовании процессов необратимого старения материалов и условий возникновения дефектов в защищенных проводах воздушных линий электропередачи при комплексном воздействии эксплуатационных и других факторов, связанных с рецептурами материалов, технологией изготовления, конструкциями защищенных проводов и смежного оборудования с целью разработки соответствующих методик контроля.

Поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Провести анализ влияния особенностей конструкций и свойств материалов защищенных проводов и линейной арматуры на условия зарождения и развития дефектов при воздействии эксплуатационных факторов.

2. Разработать усовершенствованную модель вместе с инженерной методикой контроля состояния защищенных проводов при вибрациях в ветровом потоке.

3. Установить зависимости между динамическими свойствами трещин и предельной наработкой на отказ полимерных оболочковых материалов проводов при комплексном воздействии эксплуатационных нагрузок.

4. Разработать методику неразрушающего контроля состояния защищенных проводов с учетом комплексного воздействия эксплуатационных факторов на основе определения диагностического показателя, чувствительного к изменениям структуры полимерных материалов проводов.

5. Разработать математическую модель для описания механизма проникновения влаги внутрь защищенного провода с учетом наличия дефектов в полимерном материале защитной оболочки при увлажнениях.

6. Исследовать стойкость поверхности защищенных проводов к росту микроскопических грибов в условиях комплексного воздействия повышенных увлажнений и загрязнений.

7. Разработать высоковольтную установку для проведения ускоренных испытаний вместе с методикой контроля состояния защищенных проводов при электрическом старении в условиях комплексного воздействия повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. При разработке моделей и методик контроля состояния защищенных проводов применен комплексный подход, учитывающий как процессы необратимого старения материалов проводов, так и развитие дефектов при одновременном воздействии различных по природе эксплуатационных факторов. Это позволило учесть в разработанных моделях взаимосвязь процессов электрического, механического и теплового старения защищенных проводов.

2. Впервые разработана усовершенствованная модель для оценки изменения состояния защищенных проводов при колебаниях в ветровом потоке, связывающая ряд ранее неучтенных условий и параметров, что учтено введением соответствующих коэффициентов:

- жесткость элементов линейной арматуры для крепления защищенного провода;

- вес элементов линейной арматуры, устанавливаемых на провод (дугозащитные рога, скобы для подключения переносных заземлений, прокалывающие зажимы и т.д.);

- коэффициент самодемпфирования, зависящий от конструкции защищенного провода, скорости ветра, частоты вибрации провода, амплитуды вибрации, погонной массы провода, тяжения, степени турбулентности ветрового потока, рельефа местности, высоты подвеса провода относительно земли;

- коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности на ветровую нагрузку;

- коэффициент сопротивления формы сечения защищенного провода, определяемый формой и размерами сечения провода;

- коэффициент трения, определяемый шероховатостью поверхности защищенного провода;

- переменное аэродинамическое сопротивление защищенного провода при вибрациях в ветровом потоке.

3. На основе усовершенствованной модели разработана инженерная методика контроля состояния защищенных проводов, позволяющая определить предельную наработку на отказ проводов при вибрациях в ветровом потоке. Методика предполагает выполнение расчета амплитуд вибраций и деформаций изгиба защищенного провода на усовершенствованной модели с последующим определением его предельной наработки на отказ, выраженной в количестве циклов нагружения до разрушения с учетом результатов заводских усталостных испытаний.

4. Расчет амплитуд вибраций защищенных проводов на усовершенствованной модели позволил определить изгибные и растягивающие деформации материала защитной оболочки вблизи узлов крепления проводов к опорам ВЛЭП.

5. Предложена усовершенствованная модель для определения предельной наработки на отказ оболочковых материалов при вибрациях защищенных проводов в ветровом потоке путем:

- введения в модель структурно-чувствительного коэффициента, зависящего от технологических факторов при изготовлении, молекулярной и надмолекулярной структуры, ориентации цепей макромолекул полимерного материала защитной оболочки, наличия пластификаторов, антиоксидантов, красителей, технического углерода и других наполнителей и добавок, определяющих исходную рецептуру материала защитной оболочки провода;

- учета многослойности конструкции защищенного провода с применением разных материалов, что реализовано введением в модель коэффициента, характеризующего степень адгезии полимерного материала защитной оболочки к алюминиевой жиле провода, изменяющейся вследствие необратимого старения и развития дефектов в материалах при длительной эксплуатации. Введенный коэффициент характеризует снижение величины адгезии материала защитной оболочки за время наработки провода с учетом предыстории нагружения материала, процессов старения и развития дефектов. Значение коэффициента определяется как отношение сопротивления отрыву материала защитной оболочки с поверхности жилы за время наработки к значению сопротивления отрыву материала защитной оболочки, полученному по результатам заводских испытаний. Данный коэффициент позволяет дополнительно учесть образование дефектов на стадиях хранения, транспортировки и монтажа защищенных проводов;

- учета остаточного напряжения на границе адгезионного слоя между защитной оболочкой и жилой провода, возникающего вследствие незавершенности процессов кристаллизации на этапе нанесения защитной оболочки при изготовлении защищенных проводов. Остаточное напряжение обусловлено различием температурных коэффициентов линейного расширения материалов защитной оболочки и жилы провода.

6. С учетом введения новых коэффициентов в ресурсной модели получены зависимости, позволяющие определить скорость роста трещин в материале защитной оболочки при растяжениях и циклических деформациях провода в условиях вибраций.

7. Установлены зависимости между предельной наработкой на отказ материала защитной оболочки и скоростью роста трещин для различных видов механического нагружения проводов.

Загрузка...

Разработана усовершенствованная модель для определения температуры в 8.

защищенных проводах, что позволяет учесть следующие факторы:

- многослойность защитной оболочки провода (для общего случая);

- частотную зависимость тангенса угла диэлектрических потерь в материале защитной оболочки проводов при изменении режимов работы сети;

- вытеснение высокочастотного тока к границе адгезионного слоя между жилой и защитной оболочкой провода при протекании переходных процессов при коммутациях в сети;

- наличие переходного электрического сопротивления в местах контактных соединений при установке прокалывающих зажимов для создания ответвлений на ВЛЭП;

9. Установлен критерий, характеризующий способность материала защитной оболочки провода поглощать тепло, выделяемое при развитии поверхностных частичных разрядов в условиях комплексного воздействия повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений. Математическое описание критерия для оценки трекингостойкости защищенных проводов позволяет учесть рецептуру материала защитной оболочки.

10. Разработана методика для оценки предельной наработки на отказ оболочковых материалов защищенных проводов при тепловом старении.

11. Разработана методика неразрушающего контроля состояния защищенного провода в условиях комплексного воздействия эксплуатационных факторов на основе измерения тангенса угла диэлектрических потерь на двух частотах.

12. Получены соотношения, позволяющие учесть влияние структурных свойств и микрорельефа поверхности защищенных проводов на смачиваемость поверхности при увлажнениях.

13. Разработана высоковольтная установка для проведения ускоренных испытаний на электрическое старение вместе с методикой контроля состояния защищенных проводов при электрическом старении в условиях комплексного воздействия неравномерного электрического поля, увлажнений и загрязнений. Определен безразмерный диагностический показатель, частота появления которого в установленных диапазонах позволяет идентифицировать ранние признаки электрической эрозии поверхности защищенных проводов.

Соответствие паспорту специальности: работа соответствует паспорту специальности 05.11.13 – «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»:

1) в части формулы специальности – «…созданием научных основ методов аналитического и неразрушающего контроля… веществ, материалов и изделий… в повышении качества продукции…увеличении…срока их службы…»;

2) в части области исследования – п. 1: «Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля….веществ, материалов и изделий».

Теоретическая и практическая значимость работы:

Теоретическая значимость работы состоит в получении зависимостей, позволяющих более точно описать физические процессы старения материалов вместе с условиями развития дефектов в защищенных проводах при комплексном воздействии эксплуатационных факторов.

Практическая значимость работы состоит в разработке верифицированных моделей и методик контроля состояния защищенных проводов, позволяющих учесть особенности рецептур материалов, технологии изготовления, конструкций защищенных проводов и элементов линейной арматуры на техническое состояние проводов в условиях комплексного воздействия эксплуатационных факторов, в частности:

1. Разработана инженерная методика определения предельной наработки на отказ защищенных проводов при вибрациях в ветровом потоке.

2. Обосновано влияние технологических факторов (в т.ч. температурных режимов экструзии при нанесении защитных оболочек) на формирование незавершенных процессов кристаллизации, что приводит к возникновению остаточных внутренних напряжений на границе адгезионного слоя между защитной оболочкой и жилой провода. Это учтено введением в разработанные модели новых коэффициентов, позволяющих более точно определять предельную наработку на отказ оболочковых материалов проводов, а также динамические свойства дефектов в виде трещин.

3. Получены соотношения, позволяющие обосновать увеличение ветровых нагрузок на защищенный провод в раза (где – толщина защитной оболочки провода, dж – диаметр токопроводящей жилы провода) по сравнению с неизолированным проводом с диаметром жилы, равным dж при одинаковых внешних условиях среды.

4. Обоснована необходимость учитывать влияние процентного содержания технического углерода в материале защитной оболочки на трекингостойкость проводов при эксплуатации в условиях комплексного воздействия повышенных электрических полей, загрязнений и увлажнений.

5. Установлено влияние структурных свойств и микрорельефа поверхности проводов на условия увлажнения. Показано, что структура поверхностных слоев защитной оболочки изначально определяется технологическими факторами и непрерывно изменяется при воздействии эксплуатационных факторов из-за процессов необратимого старения полимерного материала в процессе длительной эксплуатации.

6. Экспериментально обосновано влияние химического состава загрязнений на гистерезис смачивания поверхности защищенных проводов при увлажнениях, что представляет практическую важность при оценке трекингостойкости проводов.

7. Экспериментально установлено влияние микрорельефа поверхности защитной оболочки (шероховатости) на подверженность защищенных проводов смачиванию и трекингообразованию в условиях воздействий повышенных увлажнений и электрических полей. В качестве рекомендации предлагается нормировать параметр шероховатости поверхности защищенных проводов.

8. Обоснована необходимость учитывать влияние конструкций элементов линейной арматуры на состояние защищенных проводов при комплексном воздействии механических, температурных и электрических нагрузок на этапе выбора оборудования при проектировании.

9. Установлено влияние способа установки элементов линейной арматуры на состояние защищенных проводов при электрическом старении проводов в условиях комплексного воздействия повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений.

10. Обоснована практическая целесообразность применять в качестве изоляционных конструкций ВЛЭП полимерные изоляторы вместо традиционных фарфоровых изоляторов при эксплуатации защищенных проводов в условиях комплексного воздействия повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений.

11. Установлено влияние географических факторов, определяющих характеристики рельефа местности при прохождении трассы ВЛЭП, на величину гололедно-ветровых нагрузок на защищенные провода.

12. Обоснована необходимость использовать актуальные метеорологические данные метеостанций в районах прохождения трассы ВЛЭП при расчете действительных гололедноветровых нагрузок на провода как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации при контроле состояния проводов в связи с изменением климата.

13. Определены зависимости между динамическими свойствами трещин в защитной оболочке провода и предельной наработкой на отказ оболочкового материала при комплексном воздействии эксплуатационных нагрузок на защищенные провода.

14. Установлено влияние загрязнений поверхности, исходной рецептуры материала защитной оболочки и микрорельефа поверхности защищенных проводов на грибостойкость при комплексном воздействии повышенных увлажнений и загрязнений. Даны практические рекомендации по повышению грибостойкости защищенных проводов.

15. Разработана методика контроля состояния защищенных проводов при комплексном воздействии эксплуатационных факторов на основе измерения параметра, чувствительного к структурным изменениям полимерного материала.

16. Разработана высоковольтная установка для проведения ускоренных электрических испытаний защищенных проводов с учетом установки элементов линейной арматуры для оценки трекингостойкости проводов при комплексном воздействии повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений.

17. Разработана методика контроля состояния защищенных проводов при электрическом старении в условиях комплексного воздействия повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений. Методика основана на определении основной и третьей гармонической составляющей измеряемого тока утечки и позволяет своевременно идентифицировать первые признаки электрической эрозии поверхности защищенных проводов.

Реализация выводов и рекомендаций работы Результаты диссертационной работы вместе с ее выводами и рекомендациями используются в производственной деятельности ряда проектных, монтажных и эксплуатирующих организаций, что подтверждается соответствующими актами о внедрении:

1) в ООО «Новые системы» при выполнении проектных и монтажных работ в рамках строительства линейных объектов электроснабжений 6-10 кВ промышленных предприятий, а также при испытаниях и техническом обследовании оборудования воздушных линий электропередачи 6-10 кВ с защищенными проводами (исх.№ 44 от 23.03.2015 г.);

2) в ООО «Энергопро» при выполнении проектных работ по строительству и реконструкции воздушных линий электропередачи 6-35 кВ (исх.№ 113-ЭП/15 от 20.03.15);

3) в ООО «Компания АЛСИБ» при разработке проектной документации для строительства ВЛ 6-35 кВ с защищенными проводами, а также при разработке методических рекомендаций по контролю и оценке технического состояния оборудования ВЛ с защищенными проводами электросетевых предприятий (исх.№ 01/ЭП/2015 от 25.03.15);

4) в ООО «Квадро Электрик» при выполнении работ по диагностике и оценке состояния оборудования воздушных линий электропередачи 6-35 кВ с защищенными проводами (исх.

№ 953-2015 от 25.03.15)

5) на кафедре «Диагностика и управление техническим состоянием энергетического оборудования» федерального государственного автономного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «Петербургский энергетический институт повышения квалификации» Министерства энергетики Российской Федерации в учебном процессе при проведении курсов повышения квалификации специалистов по направлениям «Испытания, измерения и диагностика электроустановок до 35 кВ», «Диагностика и мониторинг состояния высоковольтных воздушных линий электропередачи». По материалам диссертации выпущено 4 учебно-методических пособия, включенных в библиотеку специалиста по технической диагностике и неразрушающему контролю объектов энергетики. В международном инженерном центре при федеральном государственном автономном образовательном учреждении дополнительного профессионального образования «Петербургский энергетический институт повышения квалификации» Министерства энергетики Российской Федерации в рамках выполнения работ по техническому обследованию электроустановок 6-35 кВ с защищенными проводами промышленных предприятий (исх. №.08а от 20.03.2015);

на кафедре «Электроэнергетическое оборудование электрических станций, 6) подстанций и промышленных предприятий» федерального государственного автономного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «Петербургский энергетический институт повышения квалификации» Министерства энергетики Российской Федерации в учебном процессе при проведении курсов повышения квалификации специалистов по направлениям «Конструкция и эксплуатация кабелей с пластмассовой изоляцией и СИП», «Монтаж и эксплуатация воздушных линий электропередачи с самонесущими изолированными проводами» (исх. № 05-14/173а от 20.03.2015).

Разработанные методики контроля состояния защищенных проводов представляют практическую ценность для эксплуатационных служб электросетевых предприятий при решении задач оценки технического состояния защищенных проводов с учетом условий эксплуатации.

Полученные результаты о влиянии технологических факторов, рецептур применяемых материалов и конструкций оборудования на состояние защищенных проводов в эксплуатации могут представлять интерес для предприятий-изготовителей защищенных проводов и линейной арматуры с целью:

- улучшения технологии изготовления и снижения влияния технологических факторов на эксплуатационные свойства изделий;

- разработки рецептур материалов, повышающих стойкость изделий к воздействиям эксплуатационных факторов;

- разработки конструкций, снижающих величину гололедно-ветровых нагрузок на защищенные провода;

- разработки усовершенствованных методик заводских испытаний материалов и защищенных проводов для повышения качества изделий.

Результаты работы могут представлять практическую ценность для разработчиков нормативно-технической документации на защищенные провода и линейную арматуру.

Личный вклад автора:

1. Анализ условий и характера развития дефектов в защищенных проводах на основе обобщения российского и зарубежного опыта эксплуатации ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами. На основе результатов анализа обоснована актуальность, сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

2. Разработка усовершенствованных моделей с выполнением необходимых расчетов.

3. Обоснование разработанных моделей путем постановки и участия в проведении экспериментальных исследований в рамках зарубежных стажировок.

4. Разработка на основе усовершенствованной модели контроля состояния защищенных проводов при вибрациях в условиях гололедно-ветровых воздействий инженерной методики определения предельной наработки на отказ защищенных проводов.

5. Разработка методики контроля состояния защищенных проводов на основе определения смещения спектров диэлектрических потерь в частотной области при комплексном воздействии эксплуатационных факторов.

6. Разработка высоковольтной установки для проведения ускоренных испытаний защищенных проводов вместе с установленными элементами линейной арматуры на электрическое старение в условиях комплексного воздействия электрических полей, увлажнений и загрязнений.

7. Сформулированы научные положения, выводы и рекомендации.

Методология и методы исследования При решении поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические методы опираются на базовые положения теории вибрации проводов и кабелей, молекулярно-кинетической теории разрушения полимеров, технической диагностики, измерений. Для обоснования методик проводились экспериментальные исследования как на лабораторных образцах, так и непосредственно при испытаниях защищенных проводов на специальных опытных площадках.

Положения, выносимые на защиту:

1. На основе усовершенствованной модели контроля состояния защищенных проводов при вибрациях в ветровом потоке, впервые учитывающей особенности конструкций и свойств материалов защищенных проводов и линейной арматуры, а также условия прохождения трассы воздушной линии электропередачи, разработана инженерная методика определения предельной наработки на отказ защищенных проводов.

2. На основе исследования спектров диэлектрических и механических потерь материала защитной оболочки в частотной области разработана универсальная методика неразрушающего контроля состояния защищенного провода при комплексном воздействии эксплуатационных нагрузок, позволяющая определить остаточный ресурс провода в условиях эксплуатации.

3. С целью своевременного выявления признаков электрической эрозии защищенных проводов при эксплуатации в условиях комплексного воздействия электрических полей, увлажнений и загрязнений разработана методика контроля состояния защищенных проводов на основе применения диагностического показателя, определяемого отношением основной гармонической к третьей гармонической измеряемого тока утечки по поверхности защищенного провода вблизи узлов его крепления к опоре воздушной линии электропередачи.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается апробацией разработанных расчетных моделей, результатами проведенных экспериментальных исследований и натурных испытаний с использованием сертифицированных измерительных приборов высокого класса точности, обработкой результатов с учетом требований отраслевых нормативных документов, государственных и международных стандартов.

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 9-ой международной научно-технической конференции «Электроэнергетикав 2008 г. (Брно, Чехия); международном научном семинаре им. Ю.Н. Руденко «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики» в 2008 г.

(Иркутск), 2009 г. (Санкт-Петербург), 2010 г. (Ялта); на Политехническом симпозиуме «Молодые ученые – промышленности Северо-Западного региона» в 2008 и 2009 гг. (СанктПетербург); на XVII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Неразрушающий контроль и техническая диагностика» в 2008 г. (Нижний Новгород); на международной научно-технической конференции «Power Quality and Supply Reliability» в 2008 и 2014 гг. (Эстония); на международной научно-технической конференции «Полимерные изоляторы и изоляционные конструкции высокого напряжения» в 2008 и 2010 гг.

(Санкт-Петербург); на международном научно-техническом семинаре «Современное состояние вопросов эксплуатации, проектирования и строительства ВЛ» (МЭС-4) в 2009 г. (Москва); на 20-й международной конференции по распределительным сетям и системам CIRED в 2009 г.

(Прага, Чехия); на 5-ой международном научном симпозиуме «Электроэнергетика» в 2009 г.

(Старая Лесна, Словакия); на международной конференции «Проблемы повышения энергоэффективности и надежности электрических сетей и систем электроснабжения предприятий нефти и газа» в 2010 г. (Самара); на международной конференции «Дни неразрушающего контроля» в 2008, 2009, 2010 гг. (Созопол, Болгария); на международном семинаре «Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования» в 2009 г.

(Казань), в 2010 г. (Санкт-Петербург); на конференции Кластера энергоэффективных технологий Фонда «Сколково» в 2011 г. (Москва).

Публикации По теме диссертации опубликовано 24 печатные работы, в том числе 5 в изданиях, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения общим объемом страницы машинописного текста, содержит 27 таблиц и 176 рисунков, список литературы из 165 наименований.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СОСТОЯНИЕ

ЗАЩИЩЕННЫХ ПРОВОДОВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

1.1 Анализ повреждаемости проводов воздушных линий электропередачи 6-35 кВ Протяженность воздушных линий электропередачи (ВЛЭП) 6-35 кВ с защищенными проводами с каждым годом увеличивается в разы. Переход на использование защищенных проводов при строительстве ВЛЭП 6-35 кВ отражен в технической политике ОАО «Россети»

[1]. Накопленный опыт эксплуатации ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами в России и за рубежом показывает снижение количества однофазных и межфазных коротких замыканий, повышение безопасности при эксплуатации [2-18]. Среди отличительных преимуществ защищенных проводов от неизолированных проводов следует выделить снижение числа отключений на ВЛЭП по причине схлестывания фазных проводов. Полимерная защитная оболочка в этих условиях препятствует возникновению коротких замыканий при взаимном кратковременном касании фазных проводов, а также траверс, стоек опор, деревьев и т.д.

Применение полимерной оболочки в конструкции защищенных проводов позволяет изолировать находящиеся под потенциалом токоведущие части электроустановки, что существенно повышает безопасность эксплуатации ВЛЭП по сравнению с неизолированными проводами [6,19]. При использовании защищенных проводов снижаются затраты на строительство ВЛЭП за счет вырубки более узкой просеки, тем самым сохраняется природный ландшафт, снижается негативное воздействия на окружающую среду. При строительстве ВЛЭП в лесопарковой зоне уменьшается количество низовых пожаров. Повышаются показатели качества электроэнергии за счет снижения электрических потерь в линии из-за уменьшения более чем в 3 раза реактивного сопротивления по сравнению с неизолированными проводами.

По состоянию на 2014 г. в России общая протяженность ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами составляет более 150 тыс. км. Важно отметить широкое применение ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами в системах электроснабжения предприятий горной и нефтеперерабатывающей отрасли, а также при строительстве ответственных энергетических объектов, протяженных межгосударственных систем транспорта нефти и газа в рамках реализации программы «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года» [20-21], в частности, но не ограничиваясь: нефтепровод «Восточная Сибирь – Тихий океан», газопроводы «Россия - Турция», «Ямал – Европа», «СРТО – Торжок», «Северный поток», «Сила Сибири».

Высокие показатели надежности и безопасности таких объектов с учетом крайне неоднородных географических и климатических условий эксплуатации требуют обеспечения соответствующих показателей надежности работы оборудования ВЛЭП кВ с 6-35 защищенными проводами в условиях комплексного воздействия эксплуатационных факторов.

При этом эффективность решения задач эксплуатации, в значительной мере определяющих надежность функционирования оборудования ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами, будет определяться эффективностью применяемых моделей и методик контроля состояния защищенных проводов в условиях эксплуатации.

Анализ технического состояния ВЛЭП 6-35 кВ, находящихся в эксплуатации ОАО «Россети», показал, что по состоянию на 2014 г. больше половины технологических нарушений связано с повреждениями проводов (рисунок 1.1). Более половины повреждений проводов является следствием необратимого старения материалов и возникновения дефектов в них при комплексном воздействии климатических нагрузок из-за выпадения ледяного дождя, налипания мокрого снега, сильного ветра и гололеда (рисунок 1.2) [22].

Рисунок 1.1 – Распределение повреждений оборудования ВЛЭП 6-35 кВ в сетях ОАО «Россети», % [22] Рисунок 1.

2 – Распределение повреждений ВЛЭП 6-35 кВ по видам эксплуатационных воздействий, % [22] В этих условиях провода вместе с узлами их крепления к опорам ВЛЭП являются наиболее уязвимыми элементами, определяющими техническое состояние ВЛЭП и надежность электроснабжения конечных потребителей. Статистика по состоянию на 2014 г. показывает, что ежегодные потери от недоотпуска электроэнергии, связанные с отказами на ВЛЭП по причине повышенных климатических нагрузок, составляет 30 млрд. руб./год.

Своевременный контроль и оценка состояния проводов позволяют выявлять дефекты на ранних стадиях развития, прогнозировать ресурсные показатели как самих проводов, так и ВЛЭП в целом. При этом существующая статистика аварий на ВЛЭП 6-35 кВ позволяет сделать вывод о том, что задачи обеспечения надежности, связанные с оценкой технического состояния проводов и ранним обнаружением развивающихся в них дефектов, до конца не решены и являются актуальными. Одновременно с этим работы в области обеспечения надежности ВЛЭП уже проводились как российскими, так и зарубежными учеными, но применительно к ВЛЭП 6кВ с защищенными проводами их недостаточно и исследования повреждаемости показывают, что вместе с ростом их протяженности пропорционально растет число отказов и повреждений по неустановленным причинам (рисунки 1.3–1.4). Это связано с недостаточной изученностью вопросов, связанных как со старением материалов проводов, так и возникновением дефектов в защищенных проводах и установленном смежном оборудовании.

При этом ранние рекомендации, разработки и решения в области контроля и оценки состояния неизолированных проводов [23-27] не позволяют их эффективно использовать для случая защищенных проводов ввиду различий в применяемых конструкциях и материалах.

Рисунок 1.3 – Динамика изменения протяженности ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами за период 1996-2014 гг.

В частности, существующие модели не учитывают наличие полимерной защитной оболочки провода, структуры полимерного материала и изменения его эксплуатационных свойств в результате старения и образования дефектов в результате действия внешних нагрузок.

Рисунок 1.4 – Доля отказов на ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами по неустановленным причинам за период 1996-2014 гг.

Кроме этого существующие модели для ВЛЭП 6-35 кВ не учитывают наблюдаемые изменения климата, а также влияние рельефа местности вдоль трассы прохождения ВЛЭП на величину климатических нагрузок, зачастую превышающих расчетные проектные значения [28Это приводит к отказам проводов уже на ранних этапах эксплуатации. В условиях изменения климата [31-33] длительные циклические воздействия сверхнормативных гололедноветровых нагрузок приводят к возникновению трещин в защитной оболочке провода вблизи узла крепления провода к опоре (рисунок 1.5). Для учета этих факторов при расчете нагрузок на провода необходимо использовать актуальные метеорологические данные, которые могут быть получены с помощью метеостанций, установленных в районах прохождения трассы ВЛЭП [34].

Рисунок 1.5 – Трещины в защитной оболочке провода С ростом трещин разрушения в защитной оболочке происходит нарушение ее адгезии к жиле провода, что обусловлено неоднородностью пространственной сетки при сшивании полиэтилена на границе раздела «полимер-металл».

При этом объем возможных структурных неоднородностей и трещинообразования в полимерном материале проводов может составлять до 40% толщины оболочки. Это обстоятельство приобретает особую значимость при закреплении защищенного провода в зажимах, в которых оболочка провода испытывает наибольшие деформации при гололедно-ветровых нагрузках в результате растяжений, изгибов, кручений провода. В результате действия этих нагрузок возможны продавливания, утонения и отслоения и другие дефекты оболочки, способные нарушить целостность защищенного провода (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 – Дефекты защищенных проводов:

а) срез защитной оболочки; б) неоднородности в структуре; в, г, д) местные разрывы и вздутия оболочки; е) нарушение адгезионного слоя; ж) утонение защитной оболочки вследствие местной деформации; з) наплывы на поверхности, неравномерность наружного диаметра защитной оболочки По данным [35] плотность прилегания защитной оболочки к жиле провода проверяется путем приложения усилий сдвига, которые должны быть не менее 180 Н – для сечений жил 25– 54,6 мм2 и 200 Н – для сечений 70–95 мм2. Данные уровни незначительны по сравнению с величиной и характером приложения механических нагрузок, которые испытывает защитная оболочка в местах крепления провода при эксплуатационных воздействиях. Местные деформации защитной оболочки способны снижать электрическую прочность проводов при воздействии повышенных загрязнений и увлажнений. Полная потеря адгезии материала защитной оболочки сопровождается частичным отрывом защитной оболочки с поверхности жилы провода с нарушением защитных функций и снижением остаточного ресурса провода [36-38]. Для повышения коррозионной стойкости жил защищенных проводов может использоваться специальная смазка, которая при возникновении трещин и очагов напряженного состояния материала защитной оболочки способна дополнительно снизить адгезию защитной оболочки к жиле провода. При механических воздействиях на провод важным является установление связи между параметрами, описывающими динамику роста трещин в защитной оболочке провода, и ресурсными показателями оболочкового материала, чему в диссертационной работе посвящено отдельное исследование.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |
Похожие работы:

«Валеев Рустам Галимянович ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В ПРИ ОДНОФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ Специальность 05.26.01 «Охрана труда (электроэнергетика)» Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор...»

«Валеев Рустам Галимянович ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В ПРИ ОДНОФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ Специальность 05.26.01 «Охрана труда (электроэнергетика)» Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор...»

«ТАВАРОВ САИДЖОН ШИРАЛИЕВИЧ ЗАЩИТА ЛИНЕЙНОГО ПЕРСОНАЛА, ОБСЛУЖИВАЮЩЕГО ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НАПРЯЖЕНИЕМ 500 кВ В РЕСПУБЛИКЕ ТАДЖИКИСТАН Специальность 05.26.01 – «Охрана труда (электроэнергетика)» ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель –...»

«Зайцев Павел Александрович Средства температурного контроля для современных ЯЭУ Специальность – 05.14.03«Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации» Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.