Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Физико-математические и научно-технические проблемы повышения надежности эксплуатации оборудования высоковольтных сетей


Б.В.Ефимов Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦРАН


Конференция "Темпы и пропорции социально-экономических процессов в регионах Севера. Лузинские чтения - 2007". ИЭП, 12-14 апреля 2007 года в г. Апатиты Мурманской области.


Проблема обеспечения надежной работы высоковольтной (ВВ) сети включает в себя как задачи, связанные с устойчивым функционированием энергосистемы в целом, так и вопросы снижения вероятности отказа отдельных элементов при длительном воздействии внешних природно-климатических факторов, рабочего напряжения, а также кратковременных механических и электрических перегрузок. Первая задача решается на уровне управления режимами энергосистемы. Вторая является основной для электротехнических служб, занятых эксплуатацией ВВ оборудования.

Как правило, все оборудование, постепенно старея, функционирует нормально несколько десятков лет, т.е. в течение периода, значительно превышающего директивные сроки эксплуатации. При этом основными толчками для возникновения отказов являются внешние и внутренние кратковременные (импульсные) воздействия, приложенные к оборудованию с ослабленными старением характеристиками, имеющему различные конструктивные недостатки и не приспособленному к специфике местных условий.

Разработке алгоритмов решения отдельных вопросов в этой области посвящена обширная литература, библиография которой содержит тысячи наименований. В настоящей статье делается попытка описать комплекс программно-алгоритмического обеспечения расчетов надежности работы высоковольтных электроэнергетических установок, разрабатываемого в ЦФТПЭС КНЦ РАН уже более 20 лет. Структура комплекса во многом определилась практическими запросами проектных и эксплуатирующих организаций.

С этой точки зрения задача анализа эксплуатационной надежности оборудования распадается на пять, в известной мере самостоятельных, подзаданий:

а) создание баз данных и информационно-аналитических систем для накопления, анализа и обобщения многолетнего опыта эксплуатации;

б) разработка математических моделей, алгоритмов и программ для исследования электромагнитных переходных процессов в отдельных ВВ устройствах и участках сети;

в) аналитический и численный анализ физики явлений, разработка рекомендаций по областям применения разработанных методов и анализ погрешностей применения моделей с различной степенью детализации схем замещения высоковольтного оборудования;

г) проведение лабораторных и натурных экспериментальных исследований, которые по специфике электроэнергетических задач в основном служат целям обоснования применимости теоретических моделей;

д) исследование электромагнитных воздействий на конкретные объекты энергетики и разработка мер по повышению надежности их эксплуатации.

Первые четыре пункта являются этапами решения фундаментальной проблемы инженерных наук, связанных с развитием теоретической электротехники, физики и техники высоких напряжений в электроэнергетике. Практика исследований показывает, что наилучшие условия для выполнения этой части работы в нашей стране созданы в научных организациях РАН и в технических университетах в рамках госбюджетных тематик. Последний пункт носит прикладной, инновационный характер. В решении таких задач заинтересованы проектные и производственные организации и должны ими финансироваться.

Вопрос о разработке информационно-аналитических систем становится особенно актуальным в последние годы в связи с резким уменьшением объемов плановых ремонтов оборудования, его реконструкции и замены. Значительная часть ВВ установок включалась в эксплуатацию практически одновременно в период бурного освоения классов напряжения 330 кВ и выше в 60-х и 70-х годах, и сейчас они физически и морально устаревают. В то же время в ближайшей перспективе не следует ожидать существенного расширения объемов финансирования ремонтов и реконструкции ВВ сетей, что остро ставит задачу максимального продления сроков службы существующей, резко подорожавшей (в том числе и относительно) ВВ техники. Тема допустимого износа оборудования из научно-технической и экономической задачи в значительной степени стала политической, служащей для обоснования срочности вложения огромных финансов. При этом не учитывается тот факт, что массовая замена вполне работоспособного оборудования даже на самую современную технику в условиях непрерывного производства электроэнергии неизбежно приведет (и уже приводит) к временному снижению надежности электроснабжения с одновременным повышением стоимости электроэнергии. Простое копирование зарубежного опыта здесь не допустимо.

В нашей стране до сих пор отсутствует координация работ в области автоматизации анализа опыта эксплуатации. Наши попытки в 90-х годах прошлого века объединить работы в этом направлении хотя бы для последовательности: АО "Колэнерго"- АО «Карелэнерго"- АО "Ленэнерго" оказались неудачными в основном из-за отсутствия практики привлечения информации о состоянии аварийности в текущей работе электротехнических служб.

На данном этапе созданы две информационно-аналитические системы. Первая - для обработки всех автоматических отключений линий классов напряжений 35, 110, 150 и 330 кВ. Вторая - для фиксации и анализа всех нарушений и дефектов этих линий, обнаруженных при обходах и осмотрах.

 В первую базу данных записаны все случаи срабатывания релейной защиты ВЛ за последние 20 лет. Общий объем регистрации составил около 60000 км·лет, что сравнимо с объемом данных, приводимым в литературе по аварийности ЛЭП. За это время произошло около 2500 автоматических отключений, анализ которых позволил сделать ряд общих выводов.

В целом удельное число отказов - nуд (т.е. всех автоматических отключений, в том числе и с успешным автоматическим повторным включением) - составляет около 4 на 100 км линии в что находится на уровне других энергосистем страны (при большом разбросе литературных данных по ним). Значение nуд в среднем почти в два раза снижается при повышении класса напряжения со 110 до 330 кВ, что естественным образом объясняется системообразующей функцией линий, которая учитывается и при проектировании сетей и в процессе эксплуатации. Достаточно новым является четкий вывод об отсутствии роста nуд с увеличением числа лет эксплуатации линии. Это говорит о том, что, по крайней мере, до последних лет планомерная работа по текущему ремонту линий всех классов напряжений являлась достаточной. Нет также резкой зависимости от длины линий, т.е. отключения в основном вызываются процессами в самой линии, а не на отключенных подстанциях. Значения nуд резко колеблются в течение года с зимним (климатическим) и летним (грозовым) максимумами, а также в течение ряда последовательных лет с периодом в 3-5 лет. Последнее обстоятельство объясняется цикличностью природно-климатических факторов. Различие в nуд для наиболее благоприятных и наихудших месяцев эксплуатации могут достигать 10 и более. Поэтому ориентирование на средние цифры при оценке экономической эффективности мероприятий по повышению надежности эксплуатации ВВ сетей, вообще говоря, не правомерно, т.к. не может отражать характер работы энергосистемы в критические (достаточно длительные) периоды времени. Необходима разработка более точного, научно обоснованного подхода.

При относительно невысокой удельной аварийности ВВ сетей ОАО "Колэнерго" резко выделяется большая доля грозовых отключений. Причем эта доля не снижается, что характерно для более южных районов, а наоборот, растет с повышением класса напряжения, достигая 50% для системообразующих линий 330 кВ. Положение с недостаточной грозоупорностью линий на Крайнем Севере страны известно давно, однако подробный анализ данных эксплуатации впервые позволил дать сравнительные количественные оценки влияния этого фактора. Для изучения физики процессов, приводящих к повышенным nуд из-за ударов молнии, необходимо привлечение алгоритмов, описанных ниже.

Можно продолжить перечисление выводов, которые следуют из анализа данных по аварийности, но даже приведенные краткие данные показывают их значение не только для решения текущих задач в энергосистеме, но и об их научном значении. Второй прикладной системой управления базой данных, разработанной в ИФТПЭС по заказу АО "Колэнерго", является комплекс программ для фиксации и обработки текущих дефектов и нарушений на линиях, а также регистрации фактов их устранения. Такая система позволяет распространить функции оперативного контроля за состоянием линий с собственно сетевых участков на службы линий энергосистем или отдельных их предприятий, что в значительной степени снижает влияние субъективных факторов при отборе информации и принятии решений по срочной ликвидации нарушений или допустимости дальнейшей эксплуатации линий. В сочетании со статистическими данными по отказам информация по нарушениям и дефектам дает достаточно полную и объективную информацию о текущем состоянии линий, а в комплексе с такими же данными по оборудованию подстанций и всей высоковольтной сети в целом. Полное развитие информационно-аналитических систем такого типа, включающих подробную информацию обо всех ремонтах и реконструкциях оборудования после ввода в эксплуатацию, уже в ближайшее время позволит выйти на современный уровень анализа состояния сетей. Безусловно, для этого необходимо привлечение ГИС технологий.

Выяснение причин отказов, физики процессов, приводящих к ним, и мер по их предотвращению во многом определяется уровнем развития программно-алгоритмического обеспечения для исследования электромагнитных переходных процессов в высоковольтных сетях, расчету импульсных и квазистационарных перенапряжений в самих высоковольтных устройствах и цепях управления ими. Комплекс таких задач применительно к ЭВМ решается с начала 60-х годов, т.е. с момента появления первых серийных вычислительных машин в промышленных и научных организациях. Можно проследить ряд характерных этапов разработки алгоритмов. Эти этапы соответствуют смене поколений ЭВМ. Были предложены разнообразные способы решения однотипных задач, причем выбор численного метода (и доказательство его преимуществ) часто определялся не столько требованием задачи, сколько вкусом и квалификацией авторов программ. За редкими исключениями, до последнего времени общими ограничениями на все алгоритмы являлись следующие: объем оперативной памяти ЭВМ и время расчета одного варианта. Как показала практика алгоритмирования задач, для рассматриваемой проблемы это были очень жесткие рамки при применении всех серийных ЭВМ, выпускавшихся вплоть до 90-х годов. Эти ограничения потребовали тщательной проработки всех стадий алгоритмов и высокой квалификации их разработчиков, что признано в мировой научной литературе.

С широким внедрением в 90-х годах мощных персональных ЭВМ верхние пределы доступной оперативной памяти и наличие практически неограниченной памяти на жестком диске сняло первое ограничение, а потенциальная возможность выполнять расчеты в течение нескольких часов на быстродействующем компьютере открыло новые качественные возможности. Кратко рассмотрим основные направления развития программно-алгоритмическогого обеспечения для исследования перенапряжений и мер их ограничения в ВВ устройствах.

Подробные схемы замещения высоковольтных устройств в общем случае содержат сотни и тысячи элементов с сосредоточенными и распределенными параметрами, зависящими от напряжения, токов, времени и частоты. Последнее обстоятельство является специфической чертой описываемых задач и существенно для анализа большинства нестационарных процессов с широким спектром частот. Прямое интегрирование соответствующих систем нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений очень высокого порядка и систем нелинейных уравнений в частных производных невозможно даже с учетом оптимистических прогнозов развития возможностей персональных ЭВМ. Поэтому необходимо вводить промежуточные алгоритмы для упрощения исходной схемы.

В линейной постановке задачи учет частотных зависимостей параметров (обычно вследствие поверхностного эффекта в проводниках и грунте) наиболее естественным путем производится с помощью применения одного из методов интегральных преобразований. По ряду практических соображений, не обсуждаемых в данной статье, в наших работах за основу принято интегральное прямое и обратное преобразование Фурье. Последовательность расчетов следующая.

Для схем с сосредоточенными параметрами система обыкновенных дифференциальных уравнении n-го порядка с помощью прямого интегрального преобразования сводится к алгебраической системе уравнений того же порядка, в которой вместо времени t параметром входит круговая частота ω.

При заданных внешних воздействиях находятся их частотные характеристики. Эта задача обычно решается относительно легко путем замены исходных импульсов суммой экспонент и затухающих синусоид (т.е. в общем случае экспонент с комплексными показателями), для которых известны аналитические выражения. Далее, многократно для заданного диапазона частот ωmin÷ωmax решается система алгебраических уравнений вида A(jω)·X(jω)=XВН(jω), где XВН(jω) – вектор частотных характеристик известных внешних импульсов токов и напряжений; A(jω) - квадратная матрица, коэффициенты которой определяются комплексными собственными и взаимными сопротивлениями и проводимостями, а также структурой схемы; X(jω) - вектор неизвестных токов и напряжений в схеме.

В характерной схеме с преобладанием реактивной составляющей сопротивлений и проводимостей и с колебательным процессом в ней (часто с малым затуханием) кривые X(jω) имеют в областях, близких к собственным частотам колебаний схем, острые пики, которые необходимо найти и подробно описать при продвижении по частоте ωmin до ωmax

Многолетняя практика вычисления переходных процессов частотным методом позволяет говорить об эффективности следующего подхода. Задается начальное количество точек ∆ωн на декаду изменения частоты. Обычно достаточно ∆ωн принять равным 10. Далее по грубым оценкам первой и второй производной искомых функций, уже вычисленных на предыдущих шагах, текущее значение ∆ω уменьшается. Критерием удовлетворительной работы программы служит оценка возможности аппроксимации кривых отрезками прямых линий, соединяющих ближайшие расчетные точки Y=(jω) в резонансных областях. Такой подход позволяет задавать очень широкий диапазон ωmin÷ωmax, быстро проходить декады с гладкими участками частотных характеристик и подробно описывать резонансные пики.

Третья задача при использовании интегрального преобразования Фурье состоит в переходе от X(jω) к токам и напряжениям в функции времени. Оптимальный алгоритм такого перехода, т.е. многократного вычисления интегралов Фурье для всех искомых функций (до 100 и более) во все расчетные моменты времени (до 1000 и более) изложен в /1/. Общее число интегралов от сложных, быстро осциллирующих функций может достигать 100000 и более на один вариант расчета. Здесь отметим лишь, что все эти интегралы вычисляются и накапливаются в двумерном массиве параллельно, непосредственно в ходе продвижения по частоте при расчете X(jω). При применении такого алгоритма и числе исходных дифференциальных уравнений более 100 основная трудоемкость расчета определяется необходимостью многократного решения системы алгебраических уравнений с комплексной матрицей А(jω). Это ранее определяло границы практической применимости метода Фурье для анализа переходных процессов в схемах с частотнозависимыми параметрами. Даже при тщательном подборе шкалы частот, для которой решается система, практически не удавалось производить многовариантные расчеты в схемах с числом узлов (nузл) более 30.

С появлением процессоров типа Pentium 4, а также персональных компьютеров с оперативной памятью в гигабайт может быть увеличено по крайней мере на порядок. В настоящее время в литературе и документации по современным ПЭВМ приводятся цифры сравнительного быстродействия процессоров, но отсутствуют данные по их производительности при решении типичных математических задач, что, вообще говоря, неэквивалентно. Поэтому сделаем следующие оценки. Время обращения комплексной матрицы 100-го порядка составляет на PS AT 486DX-100 МГц -21 с, а на ПЭВМ Celeron 2200 МГц ~1с. Решение системы методом Гаусса с симметричной матрицей может быть выполнено в 6 раз быстрее, т.е. за 0.15 с. При увеличении числа узлов nузл трудозатраты возрастают пропорционально (nузл)3. Примем, что время разового расчета даже в исключительных случаях не может быть более рабочего дня - 8 ч, т.е. примерно 30000 с.

Далее будем считать, что частотный спектр искомых функций укладывается в пять декад по частоте (например, для грозовых воздействий 100 Гц-10 МГц, для коммутационных и резонансных перенапряжений 1 Гц-100 кГц). На каждую декаду необходимо до 100 точек по частоте (всего -500). Тогда на каждый шаг можно затратить 30000/500=60 с, что дает допустимый порядок системы уравнений до 740. При таком числе уравнений можно описать как отдельный элемент каждую катушку обмотки высокого напряжения силовых трансформаторов и учесть взаимные электромагнитные связи, можно подробно описать каждый элемент сложной подстанции (для сравнения: рабочая схема замещения АО "Колэнерго" и АО "Карелэнерго" для расчетов электрических режимов содержит 240 узлов и 360 ветвей). Практически такое число узлов в задачах анализа надежности ВВ устройств не нужно. При меньшем nузл (но все же около 100) можно отказаться от дополнительного уменьшения шага по частоте и просто вычислять с малым шагом всю частотную характеристику. Заметим, что оперативной памяти в 256-512 Мбайт, характерной для современных ПЭВМ, вполне достаточно для решения любой из этих задач.

Основным требованием к системам программирования при создании программ, использующих методы интегральных преобразований, является возможность автоматизации работы с комплексными числами, часто удвоенной длины. Из распространенных на ПЭВМ алгоритмических языков, отвечающих этому требованию, является только Visual Fortran 90 c развитой и библиотекой стандартных программ для решения технических задач.

Для анализа линейных процессов в многопроводных ЛЭП общий подход остается таким же, как и для схем с сосредоточенными параметрами. Основное отличие состоит в том, что решение системы алгебраических уравнений, заменяется на задачу нахождения собственных значений (СЗ) и собственных векторов (СВ) характеристической матрицы линии. Порядок такой матрицы обычно не очень высок (до 10 -двухцепная ЛЭП с двумя тросами) и современные алгоритмы позволяют устойчиво и быстро вычислять СЗ и СВ для характеристических матриц воздушных линий всех типов и классов напряжения. Все остальное полностью аналогично случаю элементов с сосредоточенными параметрами.

Таким образом, класс линейных задач расчета переходных процессов в схемах замещения ВВ устройств с учетом поверхностного эффекта в проводниках охватывается алгоритмами решения, использующими интегральное преобразование Фурье. Авторами разработаны программные модули (на уровне стандартных), позволяющие легко переходить от одной задачи к другой.

Для анализа процессов в нелинейных схемах с сосредоточенными параметрами применяются как явные, так и неявные методы интегрирования систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Для задач с резкими нелинейностями (например, при исследовании феррорезонансных перенапряжений с сильным насыщением стали трансформаторов) целесообразнее применять стандартные методы решения жестких систем уравнений типа метода Гира. При этом предварительно, в случае необходимости, частотно зависимые элементы должны быть заменены одно- и многозвенным RL- и RC-цепочками, моделирующими зависимости от частоты исходных сопротивлений. Алгоритм такой замены применительно к моделированию матрицы продольных сопротивлений многопроводной линии разработан в ЦФТПЭС. Практика расчетов показывает, что при использовании методов интегральных преобразований в качестве эталонных такой подход всегда дает достаточную для инженерных целей точность.

Типичной задачей с плавным изменением параметров уравнений является процесс расчета распространения волн в линии с произвольным числом коронирующих и заземленных проводов. Методика расчета деформации фронтов грозовых перенапряжений, разработанная в ЦФТПЭС, подробно описана в /2/.

Типичной задачей со скачкообразными изменениями параметров является расчет высоковольтных перенапряжений в схеме замещения подстанций при коммутации ее оборудования разъединителями и возникновением повторных зажиганий дуги между расходящимися линейными ножами. В этой схеме из-за влияния остаточных зарядов на относительно коротких участках ошиновки подстанций возникают слабозатухающие колебания с частотами сотни килогерц, которые создают перенапряжения, опасные как для высоковольтного оборудования, так и для цепей управления и сигнализации. Моделирование всех отрезков проводов П-образными RLC-звеньями (с шагом по длине 2.5-5 м), остального оборудования входными емкостями, а также разрядников их вольт-секундными характеристиками приводит к схеме замещения, содержащей до ста реактивных элементов и соответственно к системе, состоящей из ста обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений. Численные значения ряда параметров для такой схемы крайне трудно определить в условиях действующей подстанции. Поэтому целесообразно их находить путем последовательного приближения расчетных кривых переходного процесса к данным предварительных контрольных опытов на подстанции. Дальнейший анализ состоит в моделировании наиболее неблагоприятных сочетаний начальных условий и моментов коммутаций. Хотя такая работа требует расчетов многих десятков вариантов, только этот путь позволяет получить обоснованные рекомендации по выбору эффективных средств снижения перенапряжений.

Для систем уравнений, содержащих одновременно как нелинейные, так частотнозависимые параметры, течение ряда лет развивается метод бегущих волн, реализующий путь замены всех нелинейностей и частотных зависимостей сосредоточенными схемами в промежуточных и оконечных узлах схем замещения многопроводной линии без потерь. На этой основе в ЦФТПЭС и Санкт-Петербургском политехническом университете созданы комплексы программ для анализа грозозащиты подстанций и линий /3,4/. Методы основаны на итерационном поиске границ областей, определяющих опасные сочетания параметров молнии и мест поражения оборудования. На каждой итерации необходим полный расчет переходного процесса в участке линий или системе подстанция-подход высоковольтной линии к ней. Суммарная длина соединительных линий на подстанции и подходе может достигать 10 и более километров. При этом расчетный шаг по длине из-за необходимости воспроизводить наиболее крутые фронты молнии не может быть выбран более 10-20 м. Общее число узлов, между которыми включаются участки линий без потерь, может достигать 1000. Общее число итераций достигает 100. Ранее приходилось применять искусственные приемы для сокращения трудоемкости счета. Применение современных ПЭВМ снимает все практические ограничения на сложность схемы замещения, минимальный шаг и число итераций в разработанных программах. Следует отметить, что это стало возможно только благодаря выполненной ранее тщательной проработке всех стадий алгоритма. В настоящее время алгоритмы и программы по анализу грозостойкости линий и подстанций доведены до стадии практического использования, переданы в СЗИ "Энергосетьпроект" и широко применяются при проектировании и реконструкции ВВ сетей. Характерным примером такой реконструкции является работа по повышению надежности выдачи мощности Кольской АЭС. В течение ряда лет из-за атмосферных перенапряжений одновременно отключались обе линии 330 кВ, идущие от нее в северном направлении, что вызывало остановку блоков КАЭС. Расчеты по разработанным программам позволили предложить варианты реконструкции линий не только повышающие надежность выдачи мощности, но и являющиеся оптимальными с технико-экономической точки зрения. Дальнейшая эксплуатация станции подтвердила правильность рекомендаций, выработанных в результате численного анализа.

Подводя итог сказанному выше, можно отметить, что хотя существующее в ЦФТПЭС программно-алгоритмическое обеспечение, разработанное для анализа надежности работы высоковольтного оборудования электроэнергосистем на единой методической базе, не может претендовать на исчерпывающую полноту, оно позволило решить многие задачи, возникшие в процессе эксплуатации Кольской энергосистемы в последние годы. К наиболее характерным из них можно отнести следующие результаты.

1. В области грозозашиты. Повышена грозоупорность ЛЭП, в частности ответственных ЛЭП 330 кВ за счет оптимизации конструкций грозозащитных заземлений, обоснования необходимости защиты ЛЭП тросами, разделения цепей двухцепных ЛЭП, целесообразности объединения заземлителей параллельных линий. Разработаны рекомендации по совершенствованию грозозащиты подстанций путем замены вентильных разрядников на нелинейные ограничители перенапряжений, использования каскадных схем грозозащиты и как следствие такого усиления - возможность частичного отказа от грозотросов на подходах линий к подстанциям, что устраняет их обрывы из-за недопустимо высоких токов коротких замыканий. Выполняется комплексная работа по экспериментальному и теоретическому обоснованию продления сроков службы грозозащитных разрядников после их длительной эксплуатации.

2. В области защиты высоковольтных сетей от внутренних перенапряжений. На основе анализа опыта эксплуатации и расчетов определены уровни (кратности) внутренних перенапряжении и сетях 6-220 кВ ОАО "Колэнерго" и ОАО "Карелэнерго" и выбраны оптимальные точки установки нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) для снижения уровня перенапряжений до допустимых величин. Сформулированы необходимые технические требования к ОПН. Исследованы уровни грозовых и коммутационных перенапряжений для изолированных нейтралей силовых трансформаторов 35-150 кВ этих энергосистем и разработаны рекомендации по установке конкретных защитных аппаратов (комбинаций вентильных разрядников и ОПН).

Выполнена экспериментально-теоретическая работа по исследованию развития высокочастотных перенапряжений при коммутациях разъединителями оборудования подстанций. Определены меры по снижению амплитуд таких воздействий путем включения продольных индуктивных защитных устройств и высоковольтных емкостей на землю.

Выполнено численное моделирование процессов возникновения устойчивых резонансных перенапряжений и даны рекомендации по их ограничению путем установки защитных высоковольтных сопротивлений на трансформаторах напряжения, к которым не предъявляются жесткие требования по классу точности.

3. В области защиты цепей вторичной коммутации, измерений и сигнализации, проводной связи, ЭВМ от перенапряжений.при коммутациях в высоковольтной сети и от электромагнитных полей. Успешно ведутся экспериментальные и теоретические работы по снижению отказов и аварийности низковольтных цепей подстанций, от надежности работы которых в значительной степени зависит и эксплуатационная надежность всей высоковольтной сети.

4. В области электромагнитной совместимости и повышения безопасности ремонтных работ. Разработана новая теория анализа трехмерного электромагнитного поля неоднородной по длине линии электропередачи, созданы методики, алгоритмы и программы расчета наведенных напряжений на отключенных линиях электропередачи, находящихся в зоне влияния действующей высоковольтной сети. Выполнен анализ распределения таких напряжений по длине всех высоковольтных линий ОАО «Колэнерго» и даны конкретные рекомендации по организации ремонтных работ на отключенных линиях.

5. В области улучшения экологической обстановки. Разработаны методики расчета трехмерных (переменных во времени и каждой точке пространства) электромагнитных полей и предложены меры по снижению их уровней в помещениях управления энергосистемами. Эти помещения по технологическим причинам часто расположены вблизи сильноточных цепей. В тоже время, последние данные показывают на вредное влияние таких полей промышленной частоты, напряженности которых ранее считались заведомо безопасными. Экранирование (в 5-10 раз более дешевое по сравнению с разносом влияющих высоковольтных цепей и рабочих помещений) в ряде случаев может быть единственным способом создания нормальной экологической обстановки, реализуемым на практике.

Проблемы экологии в таком понимании также тесно связаны с надежностью работы высоковольтных сетей, так как относительно слабые магнитные поля влияют на высшую нервную деятельность человека и прежде всего опасны для профессий, которые требуют повышенного внимания (диспетчеров высоковольтных сетей).

К этому же кругу проблем можно отнести и положительный экологический эффект, возникающий при подвеске заземленных, бронированных металлом оптико-волоконных кабелей ниже уровня проводов ЛЭП. Снижение напряженности электрического поля ЛЭП у поверхности земли при этом позволяет заметно сузить санитарно-защитную зону вблизи ЛЭП, а в ряде случаев вообще ее ликвидировать. Это существенно при изменении организации сельскохозяйственных работ и переходе к небольшим фермерским хозяйствам, когда в зоне, непосредственно прилегающей к линии, человек может находиться значительно большее время, чем раньше. Поскольку расчет профилей электрических полей по мере удаления от оси линии полностью аналогичен предыдущей задаче, она также решалась в рамках общего круга проблем электромагнитной совместимости.

В заключение следует отметить, что описанный комплекс научно-исследовательских работ, охватывающий основные проблемы в области развития и повышения надежности работы оборудования высоковольтных сетей выполнен в нашей стране для конкретной энергосистемы впервые. Он позволил найти пути решения широкого круга задач, поставленных практикой эксплуатации высоковольтного оборудования в специфических условиях Севера. При этом определяющим являлось сочетание подробного анализа опыта эксплуатации с проведением глубоких теоретических исследований и уникальных опытов в действующих сетях. Затраты на такие исследования в настоящее время несопоставимо меньше, чем соответствующая реконструкция сетей с массовой заменой устаревшего, но еще вполне работоспособного оборудования. Это относится к вопросам усиления защиты сетей от внешних и внутренних перенапряжений, цепей вторичной коммутации, измерений и сигнализации, проводной связи, а также снижению электромагнитного влияния высоковольтных цепей на население и лиц оперативного персонала. Наряду с этим такие исследования определяют рациональные перспективы модернизации сетей.


Литература

1. Волновые процессы и перенапряжения в подземных линиях / М.В.Костенко, Н.И.Гумерова и др. - СПб.: Энергоиздат, 1991.-232 с.

2. Ефимов Б.В. Грозовые волны в воздушных линиях — Апатиты: изд. КНЦ РАН, 2000.- 134 с.

3. Анализ надежности грозозащиты подстанций / М.В.Костенко, Б.В.Ефимов, И.М.Зархи, Н.И.Гумерова. - Л.: Наука, 1981. -128 с.

4. Расчет надежности линий электропередачи при поражении молнией опор при высоком удельном сопротивлении грунта / А.Н.Данилин, Ю.М.Дергаев, Б.В.Ефимов // Экономия топлива и энергии в народном хозяйстве Мурманской области. - Апатиты, 1983. - С. 103-106.