Основы теории надежности

           Содержание 

Введение…………………………………………………………………….…3

1. Общие вопросы состояния ВЛ………………………………………………4
2. Надежность опор и фундаментов ВЛ………………………………………..6
3. Надежность проводов, грозозащитных тросов ВЛ………………………..15
4. Надежность изоляторов ВЛ…………………………………………………20

Заключение…………………………………………………………………23

Список  используемой литературы…………………………………………25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      ВВЕДЕНИЕ.

   Рассмотрены причины повреждения различных  элементов ВЛ (опор, линейной изоляции, фундаментов опор, проводов, линейной арматуры, грозозащитных тросов). Предложены основные мероприятия по повышению эксплуатационной надежности ВЛ, которые необходимо предусмотреть как на стадии проектирования воздушной линии электропередачи, так и на стадии эксплуатации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1.ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СОСТОЯНИЯ ВЛ. 

   Надежность  работы ВЛ обусловлена совокупностью ряда факторов. Выявить истинные причины отказов ВЛ и наметить пути их совершенствования можно только на основании статистических данных о повреждаемости элементов ВЛ. Отказы являются единственным критерием проверки правильности практических решений и теоретических предпосылок.

   Анализ  возникших проблем с передачей  электроэнергии в России показывает, что имеющиеся в последнее  время массовые повреждения ВЛ, вызваны в определяющей мере старением основных фондов. В настоящее время в эксплуатации находится около 500 тыс. км линий 35-500кВ на металлических, железобетонных и деревянных опорах. Основная масса этих линий была построена в 60-70 годах прошлого столетия. При их проектировании исходили из срока службы 30 лет. На основе этого они проектировались на нормативные нагрузки с повторяемостью 10-15 лет (расчетные 25-50 лет). Долговременность защиты от коррозии, износа от знакопеременных нагрузок, старение материалов, были рассчитаны на эти же сроки. Доля линий со сроком эксплуатации более 30 лет неуклонно растет, так как нового строительства и реконструкции ВЛ с 1991 года практически не ведется.

   Протяженность ВЛ на металлических опорах составляет 25%, на железобетонных -57% и на деревянных -18% от общей протяженности линий.

   Протяженность ВЛ 35-500 кВ по напряжениям и количеству цепей приведена в табл.1 

   Таблица 1.  

   Высоковольтные  линии имеют средний срок эксплуатации на 01.01.2001 г. на опорах: металлических - 36,6 лет; железобетонных - 25,1 года; деревянных - 41,4 года.

   Приведенные данные по срокам эксплуатации указывают  на масштабное старение высоковольтных линий, что ведет к недопустимому  их износу. Например, по данным «Института Энергосетьпроект» износ ВЛ составляет 36%, что привело к увеличению числа отказов. В настоящее время количество отказов по всем элементам ВЛ продолжает возрастать, и за последние 10 лет оно увеличилось в 1,6 раза. Состояние ВЛ 35-500 кВ за период с 1996 г. характеризуется данными, приведенными табл.2. 

      Таблица 2.  

1996 г.	1997 г.	1998 г.	1999 г.	2000 г.	2001-2003 гг.
2344	2694	3797	3750	3687	3000-4000

 

   Данные, приведенные в этой таблице показывают:

   - с 1996 года по 2000 год наблюдался значительный рост отказов (в 1,6 раза);

   - в последующие годы, в результате активизации ремонтных работ, темп роста отказов начал постепенно снижаться, но достигнутый уровень снижения отказов недостаточен.

   Фирма ОРГРЭС с 50-х годов ведет анализ причин технологических нарушений  в работе энергосистем, который позволил классифицировать отказы ВЛ., и в  частности отказы, вызванные нарушением работоспособности отдельных элементов  ВЛ.

   Анализ  отказов элементов ВЛ показывает, что опоры являются достаточно надежным элементом линий электропередачи. Значительное число отказов ВЛ является следствием повреждения проводов, изоляторов, и отключения от грозовых перенапряжений. Только 913% случаев отказов связано с повреждением элементов опор. Однако разрушения опор имеют наиболее тяжелые последствия для линий электропередачи и приводят к большим затратам, связанным с восстановлением ВЛ и недоотпуском электроэнергии. Распределение отказов по элементам ВЛ приведены в табл.3. 

     Таблица 3. 

Наименование  элемента  ВЛ     Поток отказов в % от общего количества   С учетом грозовых пере напряжений Без учета грозовых перенапряжений     Опоры     9     13     Провода и тросы     37     52     Изоляторы     23     31     Арматура     3     4     Грозовые  перенапряжения     28     0

 
 

   2.НАДЕЖНОСТЬ  ОПОР И ФУНДАМЕНТОВ ВЛ.

    

   Анализ  причин отказов ВЛ, проведенный Донбасской Академией Строительства и Архитектуры и другими исследовательскими учреждениями показывают, что интенсивность отказов зависит от срока их службы. Эта зависимость для ВЛ 35-330 кВ на металлических опорах, которые в основном были сооружены в 60-70 годы в южной части СССР иллюстрируется графиком, приведенным на рис.1.

   Опоры ВЛ этого периода (до введения СНиП 11-В, 3-62, который в настоящее время отменен) характеризуются следующими техническими данными: конструкции опор выполнялись в основном сварными из кипящей стали, имеющую повышенную склонность к трещинообразованию и хрупкому разрушению при отрицательной температуре. Имелся и ряд других недостатков, например, в конструктивном решении стыков между сварными секциями в виде односторонних накладок, защита от коррозии выполнялась лакокрасочными покрытиями.

   Параметр  потока отказов для таких конструкций  за первые 4 года эксплуатации понижался, а между 4-12 годами (8 лет) повышался (период приработки конструкций ВЛ), а затем между 12-25 годами (13 лет) стабилизировался. В дальнейшем параметр потока отказов из-за износа и старения элементов ВЛ возрастал, вплоть до момента проведения капитального ремонта или реконструкции ВЛ. 
 
 

      

    Рис. 1.  Изменение потока откате во времени ВЛ на металлических опорах 

   После введения СНиП 11-В,3-62 и применения унификации опор, прежняя их конструкция была пересмотрена на основе применения сталей повышенного качества (спокойной  плавки), применения болтовых опор и  цинкования, изменения конструкции стыка (двойные накладки) и т. д.

   Распределение количества отказов опор ВЛ в СССР по данным ОРГРЭС, с учетом проведенных усовершенствований на стадии проектирования, приведено на рис.2. 
 

    Рис.2. Распределение числа отказов  электросетевых конструкций по годам (в знаменателе - параметры потока отказов). 

   На  период c 1981 по 1983 г. средний срок эксплуатации ВЛ составил примерно 20 лет, количество отказов строительных конструкций ВЛ на этот срок минимальный, в пределах 50-90 отказов, далее количество отказов увеличилось, и к 1990-1991 годам составило 170-175 отказов в год. К этому времени средний срок службы опор ВЛ составлял более 30 лет.

   На  период с 1958 по 1976 год средний срок эксплуатации не превышал 25 лет, и поэтому  в этом интервале не наблюдалось  характерного повышения потока отказов. В период с 1976 по 1982 год (6 лет) поток  отказов резко понижается. Эти  годы характеризуются массовым вводом в эксплуатацию новых линий (до 15 тыс. км в год против 1,5-2,0 тыс. км в  год в прежние годы). Затем с 1982 по 1992 год (10 лет) повышается до уровня периода начала приработки (1976 год), а затем продолжает постепенно расти  вплоть до 2000 года. В классическом графике (рис.1) он стабилизируется, так как  в этот период практически не проводились  капитальные ремонты и реконструкции. С 2000 года поток отказов начал  стабилизироваться, так как с  этого времени оживился процесс  ремонта и реконструкции ВЛ. Параметр потока отказов на начало 2000 г. от сверхрасчетных нагрузок составляет:

   для железобетонных опор со сроком службы 50-60лет - 0,0105:

   для металлических опор со сроком службы 30-35лет - 0, 0129

   для деревянных опор со сроком службы 10-15 лет - 0,11.

   Исходя  из графика, приведенном на рис.2, можно сделать следующие выводы:

   - повреждаемость опор носит износовый характер, ее величина определяется нормами проектирования, материалом из которого изготовлены опоры, уровнем обслуживания при эксплуатации (качеством оценки технического состояния и проведения необходимых ремонтов);

   - период до капитального ремонта металлических опор запроектированных по действующим СНиП и ПУЭ составляет порядка 30-35 лет;

   - уровень отказов очень высок, еще не стабилизировался и превышает установившийся уровень 60-70 годов в 1,9-2,0 раза.

   Результаты  анализа надежности опор на основе статистических данных, полученных за период с 1958 года по 1989 г. в зависимости  от материала, из которого они изготавливаются, приведены на рис.4 и 5. 
 
 
 

   Из  рис.4 видно, что железобетонные опоры  находятся в периоде стабильного  состояния, и повреждаемость в течение  последних 16 лет находится примерно на одном уровне. Металлические опоры (рис.5) к этому периоду находятся  под влиянием износового фактора. Повреждаемость их, начиная с 1974 года, постоянно увеличивается, и практически сравнялась с железобетонными опорами. В начальном периоде эксплуатации повреждаемость металлических опор в 1,5 раза ниже железобетонных опор.

   Основная  причина значительной разницы в  повреждаемости между металлическими и железобетонными опорами заключается  в сильной зависимости несущей  способности последних от качества заделки их в грунте. Часто железобетонные опоры под действием внешних  нагрузок приобретают крен. Это создает  дополнительный изгибающий момент в  стойке опоры, вызванный значительной собственной массой конструкции, способствующий дальнейшему увеличению наклона. В результате этого, несущая способность железобетонных опор резко снижается, что приводит к их разрушению. Доля изгибающего момента от вертикальных нагрузок достигает в гололедных районах порядка 35%, а при слабой заделке опор 50% и более. Влияние гололедных нагрузок на надежность железобетонных опор иллюстрируется табл.4, в которой отказы от гололедно - ветровых нагрузок превышают значения для металлических опор в 1,9 раза. К сожалению, эксплуатирующие организации мало уделяют внимание этому фактору. 

   

   Другая  причина пониженной надежности железобетонных опор в период приработки - большое число скрытых дефектов. К таким дефектам, в первую очередь, следует отнести обрывы арматуры, отклонения от проектного армирования, несоответствие классов бетона и стали расчетным, пустоты и раковины в теле бетона и др. Влияние этих дефектов показано в таблице 4, где отказы по этим причинам составляют 35,5%.

   Наличие трещин в стойках опор на надежность в настоящее время не сказывается, так как процесс коррозии арматуры не достиг критического значения. Судя по опыту применения железобетонных опор в Калининградской области (начало применения 1932 г.) влияние коррозии арматуры начнет сказываться после 50-60 лет эксплуатации. Поэтому ремонт по закрытию трещин является актуальным, так как в дальнейшем это скажется на надежности.