автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Исследование опасных факторов и разработка средств защиты персонала при обслуживании высоковольтного электрооборудования под напряжением

На правах рукописи

ФРОЛКИН ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ И РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ПЕРСОНАЛА ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ

Специальность 05.14.02 - Электрические станции и электроэнергетические системы

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Новосибирск — 2013

005537757

005537757

Работа выполнена в ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (ФБОУ ВПО «НГАВТ»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Горелов Валерий Павлович

Официальные оппоненты: Качесов Владимир Егорович, доктор

технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет»

Полищук Владимир Иосифович,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет, зав. кафедрой «Электрические сети и электротехника»

Ведущая организация: филиал ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» - Сибирский НИИ энергетики

Защита состоится 12 декабря 2013 г. в 10 часов (ауд. 227) на заседании диссертационного совета Д 223.008.01 при ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по адресу: 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФБОУ ВПО «НГАВТ» (тел/факс (383) 222-49-76; E-mail: nsavvt_ese@mail.ru или ese_sovet@mail.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Автореферат разослан 1 ноября 2013 г.

Учёный секретарь yjZ Мщ&.&З Малышева Елена

диссертационного совета, vt ittj,'u'c Павловна

К.Т.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальность темы. Основными элементами связи энергосистем являются воздушные линии электропередачи (BJI) классов напряжения (220 - 750) кВ. Возросшие требования к надёжности межсистемных BJT и экономические потери при плановых и случайных отключениях диктуют необходимость проведения работ по обслуживанию и ремонту BJI без вывода их из работы, т.е. без отключения напряжения. Производство ремонтных работ под напряжением (ПРИ) практикуется уже в течение десятков лет, в том числе в России и в странах ближнего зарубежья.

Центральной проблемой при ПРН была и остаётся проблема обеспечения безопасности персонала. В обеспечении безопасности ПРН кроме общих правил охраны труда особо выделяется проблема исключения перекрытий воздушных промежутков в зоне ПРН. Указанную проблему решают адекватным выбором минимальных изоляционных расстояний в зоне ПРН, обеспечивающих требуемую электрическую прочность не только при воздействии рабочего напряжения BJT, но и при воздействии случайных коммутационных перенапряжений.

Исследования Александрова Г.Н., Базеляна Э.М., Гайворонского A.C., Кадомской К.П., Качесова В.Е., Овсянникова А.Г., Тиходеева H.H. и других отечественных и зарубежных учёных, посвященных проблеме координации внутренних и атмосферных перенапряжений с электрической прочностью изоляции BJ1, послужили базисом работ по обеспечению электробезопасности ПРН. Однако задачи обеспечения безопасности ПРН обширны и продолжают оставаться в поле внимания исследователей многих стран, работающих в СИГРЭ и МЭК.

К таким задачам можно отнести, например, оценку степени риска ПРН при удалённых грозовых воздействиях. Имеет место проблема недостаточных изоляционных расстояний в зоне ПРН на ряде типов опор ВЛ. Отсутствуют защитные аппараты для ограничения амплитуды повышенных напряжений и предотвращения перекрытия изоляционных промежутков в зоне ПРН. Весьма неопределённые аспекты сопровождают подготовительные операции, предшествующие ПРН. Решение перечисленных проблем и вопросов весьма актуально.

Объектом исследования являются ремонтные работы под напряжением на воздушных линиях электропередачи классов напряжения (220 - 750) кВ.

Предметом исследования являются процессы, влияющие на безопасность ремонтного персонала и соответствующие защитные мероприятия.

Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями технического комитета № 78 «Работы под напряжением» Международной электротехнической комиссии (МЭК); с научной целевой комплексной темой «Разработка мероприятий по повышению надёжности работы оборудования в условиях пониженных температур» (гос. регистр. № 0188.0004.137) и планом НИОКР «Электромагнитная совместимость технических средств» (гос. регистр. № 01201180542) ФБОУ ВПО «НГАВТ».

Идея работы заключается в создании и применении защитных аппаратов для ограничения амплитуды волн коммутационных напряжений и предотвращения перекрытия изоляционных промежутков в зоне производства ремонтных работ под напряжением.

Целью работы является разработка научных положений, технических средств и рекомендаций, позволяющих повысить безопасность персонала при выполнении работ под напряжением. Для достижения этой цели в работе ставились и решались следующие взаимосвязанные научно-технические задачи:

— провести расчёты повышенных напряжений, которым могут подвергнуться изоляционные промежутки на ВЛ при атмосферных и коммутационных процессах;

— разработать технические требования к защитным аппаратам, которые можно применить для обеспечения безопасности персонала при проведении работ под напряжением на ВЛ 220, 330 и 500 кВ;

— изготовить опытные образцы защитных аппаратов;

— разработать программу и провести высоковольтные испытания опытных образцов защитных аппаратов;

— совместно с производителем опытных образцов разработать проект технических условий на защитные аппараты;

— разработать технические требования к периодическим испытаниям и эксплуатационному контролю защитных аппаратов;

— разработать рекомендации по предварительному диагностированию оборудования, назначенного к обслуживанию под напряжением;

- усовершенствовать методику оценки риска и разработать общий алгоритм подготовки к производству работ под напряжением.

Методы исследования. В процессе выполнения исследований применялись: анализ и обобщение данных из литературных источников, методы теоретических основ электротехники и теории электрических сетей, методы математической статистики и теории вероятностей, расчёты по универсальным и специализированным компьютерным программам.

На защиту выносятся:

1 Результаты расчётов искажения формы и затухания атмосферных волн повышенных напряжений при их распространении по проводам линии электропередачи классов напряжения (220 - 750) кВ.

2 Результаты расчётов амплитуд повышенных напряжений и их распределения по длине линий классов напряжения 220 и 500 кВ при случайных однофазных коротких замыканиях и автоматических повторных включениях.

3 Определённое расчётным путём интегральное распределение плотности вероятности длительности фронта повышенных напряжений при коммутационных процессах.

4 Технические требования к характеристикам защитных аппаратов ОПН-ПРН, в том числе, к условиям координации комбинированной вольтамперной характеристики ОПН-ПРН с электрической прочностью зоны ПРН.

5 Конструкции защитных аппаратов ОПН-ПРН (220 - 500) кВ и результаты их высоковольтных испытаний.

6 Новые элементы в оценке риска верховых электромонтёров.

7 Рекомендации по периодическим испытаниям и эксплуатационной проверке работоспособности защитных аппаратов.

8 Рекомендации по предварительному диагностированию электрооборудования, подлежащего обслуживанию или ремонту под напряжением.

9 Рекомендации по общему порядку подготовки к производству работ под напряжением.

Достоверность п обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций

Достоверность обеспечена применением в экспериментах сертифицированного испытательного оборудования, поверенных измерительных приборов и стандартных методов высоковольтных испыта-

ний, использованием для расчётов лицензированного программного обеспечения. Особенностью работы являлся консервативный (перестраховочный) сценарий обработки результатов и погрешностей расчётов, оправданный поставленной целью обеспечения безопасности ремонтного персонала.

Обоснованность выводов и рекомендаций работы подтверждена публикациями и обсуждениями результатов исследований на международных и всероссийских научно-технических конференциях и симпозиумах, а также практической реализацией полученных результатов.

Научная новпзна работы характеризуется следующими новыми научными положениями:

— получены новые данные по затуханию волн атмосферных напряжений при распространении их по проводам ВЛ с учётом погонных параметров линии и зависимости активного сопротивления фазных проводов от частоты, удельного электрического сопротивления грунтов, потерь энергии в грозозащитных тросах и на корону;

— расчётным путём обосновано отсутствие влияния на электробезопасность производства ремонтных работ под напряжением дальних прямых ударов молнии в провода ремонтируемой линии;

— в результате статистических исследований определены интегральные функции распределения плотности вероятности длительности фронта и максимальные кратности волн коммутационных напряжений на воздушных линиях электропередачи 220 и 500 кВ;

— на основе полученных данных разработаны основные технические требования к характеристикам защитных аппаратов ОПН-ПРН;

— предложены новые элементы методики расчёта степени риска ремонтного персонала.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии вероятностного подхода оценки степени риска производства ремонтных работ под напряжением, заключающемся в применении расчётных разрядных характеристик зон ПРН и расчётных воздействий, сопровождающих коммутационные процессы, а также повышенных напряжений атмосферного происхождения с формой волны, соответствующей пробегу ею 10 километров линии.

Практическая значимость результатов работы заключается в расширении номенклатуры электроустановок, на намечаемых к об-

служиванию и ремонту под напряжением за счёт применения разработанных защитных аппаратов. В опытных образцах ОПН-ПРН 220 и 500 кВ реализованы условия координации их вольтамперной характеристики и разрядных характеристик зоны ПРН. Разработан способ и устройство для эксплуатационной проверки модулей ОПН-ПРН. Обоснован выбор методов диагностического обследования подлежащего ремонту оборудования. Разработаны рекомендации по порядку подготовки к производству работ под напряжением. Совокупность полученных результатов представляется решением важной научно-технической задачи, имеющей большое хозяйственное значение для электросетевого хозяйства страны.

Реализация работы. Опытные образцы ОПН-ПРН 220, 330 и 500 кВ переданы в опытно-промышленную эксплуатацию в ОАО «Электросетьсервис ЕНЭС» и готовятся к аттестации в ОАО «ФСК ЕЭС». Рекомендации по применению защитных аппаратов ОПН-ПРН 220 и 500 кВ внедрены в МЭС Сибири и МЭС Западной Сибири с суммарным ожидаемым годовым экономическим эффектом 880 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений менее 2 лет.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на второй Российской конференции по молниезащите, Москва, 2010; международной юбилейной научно-технической конференции «Обновление флота — актуальная проблема водного транспорта на современном этапе», Новосибирск, 2011; на семнадцатом международном симпозиуме по технике высоких напряжений, Ганновер, Германия, 2011; пятой Российской научно-практической конференции с международным участием "Линии электропередачи 2012: проектирование, строительство, опыт эксплуатации и научно-технический прогресс", Новосибирск, 2012 г.

Личный вклад. Постановка научно-исследовательских задач и их решения, научные положения, выносимые на защиту, основные выводы и рекомендации диссертации принадлежат автору. Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве, показан в Приложении А диссертации и составляет не менее 55 %.

Публикации. Содержание работы изложено в 17 научных трудах, в том числе, в 2 статьях периодических изданий по перечню ВАК.

Структура п объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 103 наименований и четырёх приложений. Содержание из-

ложено на 176 страницах машинописного текста, который поясняется 61 рисунком и 20 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цели и научные задачи исследования; приведены основные научные результаты, выносимые на защиту; показана научная новизна исследований и оценена их практическая значимость; отражены уровень апробации и личный вклад соискателя в решении научных задач; даны структура и объём диссертационной работы, а также объём публикаций.

В первой главе приведён обзор мировых технологий производства ремонтных работ под напряжением. Критически проанализированы вопросы обеспечения безопасности ремонтного персонала, особенно верховых электромонтёров, работающих на потенциале провода. Выделены вопросы, требующие дальнейших исследований и решения.

Во второй главе рассматривается вопрос о влиянии на безопасность ПРН волн повышенных напряжений атмосферного происхождения. Оно должно учитывать вероятностный характер явления: время ПРН редко совпадает с грозовой обстановкой, прямые удары молнии в ВЛ, а, тем более, прорывы молнии сквозь тросовую защиту, имеют свою невысокую вероятность и т.д. В первом приближении можно ограничиться рассмотрением только тех видов повышенных напряжений, которые возникают вследствие прямых ударов молнии в тросы, опоры и провода ВЛ, а из их числа исключить срезанные волны вследствие большого затухания их амплитуды после прохода отрезка ВЛ длиной 10 км и более, оставив только полные волны с амплитудой, равной выдерживаемому напряжению изоляции ВЛ. В приближённых оценках изоляционных промежутков, необходимых для исключения перекрытия в зоне ПРН, учитывалось затухание амплитуды £4 волны, после пробега участка линии по эмпирическому выражению Фауста-Менжера

иь=-^-, (1)

ь к •/•гу0+1

где Щ - первоначальная амплитуда, кВ; / - длина пробега волны, км; к -коэффициент пропорциональности к = 0,0001, 1/км.

Амплитуду полной волны в точке удара молнии в (1) приравнивали к выдерживаемому напряжению U0 , величина которого определялась как разность t/50% - За. Расчёт минимальных изоляционных расстояний в зоне ПРН производился, исходя из минимального разрядного градиента, равного 500 кВ/м и поправки на За (а ~ 1 %)

Г°3 =1,03--^- • (2)

ми„ ' 500

Параллельно было выполнено моделирование процесса распространения волны в программе для расчёта электромагнитных переходных процессов МАЭС, разработанной в Сибирском научно-исследовательском институте энергетики. Эти расчёты показали значительно меньшее затухание амплитуды перенапряжения, чем по (1), однако необходимые для безопасной работы промежутки, рассчитанные по (2) оказались меньше на (6,5 - 35) %, чем это требует ГОСТ. Иначе говоря, изоляционные промежутки, которые выдерживают напряжения коммутационных процессов, в достаточной мере обеспечивают безопасность и от набегающих атмосферных волн напряжений.

В более строгой постановке задачи моделирование выполнялось в программе для расчёта электромагнитных переходных процессов АТР-ЕМТР (Alternative Transients Program - Electromagnetic Transients Program). В качестве математической модели линии, приведённой на рисунке 1, использовалась частотно-зависимая модель линии J. Marti.

riS* 100«

1J

Рисунок 1 - Схема расчёта деформации и затухания волны при её распространении по линии электропередачи; а - без учёта короны; б — с учётом короны

Входными параметрами для модели являлись геометрические размеры линии. При этом учитывалась не только высота подвеса про-

т

сг ?

в

ЦрМРР

1Щй: 100 №

siptj taite

, '"-и---~

¡«А

-

SfSSfL

ш

10 Km S® ten

Щ8| Ошва

х

вода, но и стрела провеса. Кроме того учитывалась зависимость активного сопротивления провода от частоты, т.е. скин-эффект.

Влияние земли оценивалось по модели Карсона с удельным электрическим сопротивлением грунта р3 = 50, 100, 300, 600 и 1000 Омхм. Грозозащитный трос моделировался вводом в математическую модель дополнительно одного или двух (для BJI 750 кВ) фазных проводов с параметрами троса марки С - 70. Модель опоры состояла из четырёх последовательно соединённых линий с распределёнными параметрами. В каждую часть схемы замещения введены ветви параллельного соединения активного сопротивления, (R), и индуктивности, (£)

Я = AR, -Х-

Ц=2 т-R-

А/г, = AR2 = AR3

2 Z h-xd

■In

1

A*. A-lnf-L

h

(3)

(4)

4 /

где Л - высота опоры; г = к / Со - время распространения волны вдоль опоры, а Со = 300 м/мкс - скорость света в вакууме; щ = а4 = 0,89 - коэффициенты затухания.

Сопротивление заземления опоры, (/?/), моделировалось линейным сопротивлением величиной 10 Ом. Корона на проводах ВЛ моделировалась как ёмкость и проводимость, подключённые параллельно к фазной ёмкости линии. Проводимость рассчитывалась приближённо

G «10"

1-ехр

и..

См

м

(5)

где / - частота, принималась равной 100 кГц, 1/м/С/п — кратность напряжения по отношению к начштьному напряжению короны.

Кратность повышенных напряжений выбиралась путём нескольких итераций. Учитывалась и динамика ёмкости коронирующей линии

ш: " (6)

с„ 3 '

где С0 - геометрическая ёмкость коронирующей линии; В = 0,85 при отрицательной и В = 1,02 при положительной полярности напряжения.

Корона моделировалась как дополнительная ёмкость, подключённая параллельно ёмкости фазы с величиной Сд - Со.

Молния моделировалась импульсом тока с с нулевой производной тока в начальный момент времени и формой волны 1,2/50 мкс.

Числовые значения исходных и расчётных данных для воздушных линий электропередачи (220 - 750) кВ приведены в таблице 1.

На рисунке 2 информация о расчётных данных, приведена в графическом виде: в относительных единицах приведены амплитуда и фронт волны после пробега ею 10 км ВЛ рассматриваемых классов напряжения и с грунтами различного удельного сопротивления. Видно, что амплитуда набегающей волны снижается, а длительность фронта увеличивается при увеличении удельного электрического сопротивления земли, сз, и при увеличении класса напряжения ВЛ.

Таблица 1- Оценки затухания и искажения атмосферных волн напряжения на линиях электропередачи (220 - 750) кВ

Параметр Удельное сопротивление земли, р3, Ом><м

50 100 300 600 1000

ВЛ 220 кВ, одноцепная; /И1Ш|, = 7,5 кА

и0,кВ 998 1002 1009 1014 1019

С// = Ю км + корона + трос, кВ 774 757 732 717 707

^фр 0 = 10 км + кор +тпос) 1 МКС 5,8 7 9,2 10,6 11,8

ВЛ 220 кВ, двухцепная; /М0ПНии = 7,5 кА

С/о, кВ 1022 1025 1030 1035 1038

С// — 10 км 1 корона + трос, ^В 823 802 768 745 730

Тфр (/ = 10 км + ков. +трос15 МКС 4,2 5,1 7 8,5 9,8

ВЛ 330 кВ, одноцепная; /мол„ии = 12 кА

£/о,кВ 1423 1429 1442 1452 1460

= 10 км + корона + трос» 1102 1074 1031 1007 991

"Гфр (/ = 10 км + кор. +трос) *> МКС 6,3 7,7 10,4 12,2 13,7

ВЛ 500 К] В, одноцепная; /молнии = 15 кА

и0, К В 1630 1640 1660 1680 1691

С// = 10 км + корона + трос, К В 1227 1199 1157 1133 1117

(/ = 10 км + кор. +трос1 , МКС 7,6 1 9 11,9 13,6 15,2

ВЛ 750 кВ, одноцепная; /молнии = 21 кА

С/о, кВ 2200 2208 2230 2250 2260

- | о км г короиа + трос? ^В 1629 1593 1531 1495 1467

Тфр (/ = 10 км + кор. +трос! , МКС 5,9 7 9,2 10,9 12,3

Полученные в результате более строгого моделирования амплитуды напряжений превышали значения, полученные при упрощённом подходе, тем не менее, вьгеод о ничтожном влиянии повышенных напряжений при атмосферных процессах по сравнению с коммутационными, остался неизменным.

Технический комитет 78 МЭК счёл возможным отразить предложение автора о безопасности удалённых разрядов молнии в новой редакции стандарта МЭК 61472, точнее, в приложении В2: «Грозовые перенапряжения могут вызвать перекрытие изоляции в точке удара молнии в ВЛ. Тем не менее перенапряжения ослабляются при пробеге участка ВЛ в 10 км и более, так что не влияют на вероятность перекрытия изоляционных промежутков в зоне ПРН».

Рисунок 2 - Распределение амплитуд (а) и длительности фронта волны (б) в o.e. после пробега волной 10 км линии электропередачи различных классов напряжения и удельного сопротивления земли

В третьей главе приведены методика и расчётные оценки и длительностей фронтов повышенных напряжений при коммутационных процессах. Все расчёты производились в программе МАЭС для следующих видов коммутаций: однофазные короткие замыкания (КЗ) на ВЛ 220 и 500 кВ; трёхфазное автоматическое повторное включение (ТАПВ) ВЛ 220 кВ: однофазное автоматической повторное включение (ОАПВ) ВЛ 500 кВ. В результате моделирования определены кратности и форма коммутационных повышенных напряжений (рисунки 3 и

Гном

4).ГТолученные данные могут быть использованы для «перестраховочной» оценки риска ГТРН. Частные выводы состоят в следующем:

- при КЗ на ВЛ 220 кВ высокие кратности напряжений сосредоточены в средней части ВЛ, поэтому на участках линии, прилегающих к подстанциям работать под напряжением более безопасно;

- на ВЛ 500 кВ максимальные напряжения возникают, в основном, при ОА1ТВ крайней фазы. При ОАПВ средней фазы напряжения значительно меньше и сосредоточены только в средней части ВЛ. В любом случае меньшие уровни напряжений следует ожидать в последней четверти ВЛ (счёт от питающей ПС).

Рисунок 4 - Максимальные кратности напряжений при КЗ точках ВЛ 500 кВ с последующим ОАПВ

Рисунок 3 - Максимальные кратности напряжений при ТАПВ ВЛ 220 кВ и при вариации места КЗ и места ПРН

Параллельно статистическими расчётами было получено распределение импульсов повышенных напряжений по длительностям фронтов (рисунок 5).

Их долю важно знать, потому что длительность фронта влияет на электрическую прочность воздушных промежутков. Применительно к реальным формам повышенных напряжений определение длительности фронта весьма затруднительно. В данной работе длительность фронта отсчитывалась с момента достижения напряжения общей короны на проводе ВЛ до максимума напряжения во время переходного процесса. Зависимость напряжения перекрытия воздушного промежутка «провод - стойка опоры» от длительности фронта, описывается эмпирическим выражением

где С/50кр (кВ) - прочность при критической длительности фронта; ТФкр=А5-с1- критическая длительность фронта; с/ - длина воздушного промежутка, м.

и50(тф) = и,

50,кр

(7)

1

Из приведённых зависимостей видно, что доля повышенных напряжений с длительностью фронта близкой к критической не превышает 5

В ряде случаев

Рисунок 5 - Интегральные функции распределения вероятности длительности фронта повышенных напряжений

О

О

500

I ООО

1500

оказывается невозможным обеспечить требуемые по электрической прочности изоляционные промежутки в зоне ПРИ. В таких случаях выручить могут защитные аппараты. Для защиты ремонтного персонала при ПРН подвес-

ные ограничители напряжений предпочтительнее защитных искровых промежутков, потому что срабатывание искровых промежутков приводит к крайне нежелательному явлению - отключению ВЛ из-за сопровождающего тока дугового замыкания. Кроме того, дуговое замыкание вблизи зоны ГТРН чревато серьёзными психологическими воздействиями на членов бригады. Безальтернативным вариантом в этом случае остаётся применение защитных аппаратов на основе ОПН. В третьей редакции стандарта МЭК по минимальным расстояниям приближения отмечается, что для ограничения повышенных напряжений применение ОПН предпочтительнее, чем использование защитных искровых промежутков, т.к. их срабатывание не вызывает срабатывания устройств РЗА и выключателей. Приведённая фраза появилась по предложению Российского национального комитета МЭК, хотя ни одной конструкции специальных защитных аппаратов ОПН-ПРН в мире тогда ещё не было. Их создание впервые было предпринято в ОАО «Электросетьсервис ЕНЭС». Для этого при участии автора были сформулированы основные технические требования к ОПН-ПРН и переданы для изготовления по ним опытных образцов в ЗАО «Феникс-88» (рисунок 6).

А Б В

I

щ

" 3

Рисунок 6 - Эскизы защитных аппаратов типа ОПН-ПРН 220 (А), 330 (Б) и 500 кВ (В). I - искровой промежуток; 2 - модуль ОПН; 3 -шлейф заземления

Опытные образцы были изготовлены и после утверждения технических условий будут заявлены на аттестацию в ОАО «ФСК ЕЭС» в установленном порядке.

Высоковольтные испытания опытных образцов ОПН-ПРН были проведены в испытательном центре ВЭИ. По результатам испытаний была проведена корректировка размеров искрового промежутка ОПН-ПРН-220 кВ и показана необходимость корректировки требований к координации характеристик воздушного промежутка ОПН-ПРН 330 кВ. Некоторые осциллограммы испытательных воздействий приведены на рисунке 7. Итоговые результаты испытаний приведены в таблице 2.

В четвёртой главе рассмотрены вопросы периодических и эксплуатационных испытаний инструментов и оснастки для ПРН. Особо выделены испытания вновь разработанных защитных аппаратов. Разработаны критерии и портативная установка для проверки классификационного напряжения отдельных модулей ОПН-ПРН, опытный образец которой изготовлен компанией «Димрус» (рисунок 8).

а б

Рисунок 7 Форма испытательного коммутационного импульса на ОПН-ПРН - 330 кВ без пробоя (а) и с пробоем (б) искрового промежутка

Показан недостаток методики электрических испытаний изолирующих канатов по стандарту МЭК и предложен способ его преодоления и более жёсткая норма на величину тока утечки.

Предварительная диагностика должна включать внешний осмотр предполагаемого к ПРН участку ВЛ и, при необходимости, дополнительные инструментальные проверки. Реальную механическую прочность проводов действующей ВЛ можно оценить только косвенно,

Таблица 2 - Разрядные характеристики ОПН-ПРН

Класс ОПН, кВ Длина ИП, м Вид испытательного напряжения

Переменное Коммутационный импульс

и50%,кВ, (а, %) и50%.кВ (+) (а, %) ивыд >кВ (-)

220 0,54 240(1,0) 444 (2,8) 455

330 0,72 295 (1,8) 690 (3,4) 695

500 0,94 408 (3,5) 871 (4,0) 920

по стрелам провиса, которые должны соответствовать расчётным для данной температуры воздуха и тока нагрузки, и по отсутствию явных видимых повреждений. Если по условиям ПРН требуется подъём электромонтёров по железобетонным центрифугированным опорам, то в дополнение к визуальному осмотру их механическое состояние можно оценить с помощью термовизионного контроля. Для контроля изоляции рекомендовано совместное применение методов инфракрасного и ультрафиолетового диагностирования.

Предложены дополнения к вероятностной методике оценки степени риска ПРН. Суть предложения состоит в объединении достоинств двух методик: международной (МЭК) и российской. В отсутствие экспериментальных результатов разрядные характеристики промежутков в зоне ПРН рассчитываются сначала по методике МЭК для волн напряжений с критической длительностью фронтов. Затем по (7) вычисляются амплитуды повышенных напряжений с «длинными фронтами». Обе определённые расчётами величины прочности используются в имеющемся программном обеспечении вместо экспериментальных данных. При этом количественные соотношения повышенных напряжений с критическими и длинными фронтами берутся в пропорции, определённой статистическими расчётами (рисунок 5).

V

Рисунок 8 — портативная установка для проверки модулей ОПН

Далее рассчитываются амплитуды повышенных напряжений по любой из программ расчёта переходных процессов (МАЭС, ЕМТР, АТР-ЕМТР, МаЛаЬ и др.) причём в математической модели учитываются характеристики участков энергосистемы, примыкающих к рассматриваемой линии. В первой итерации учитываются только под-станционные защитные аппараты: ОПН или вентильные разрядники. В зависимости от класса напряжения и решения Системного Оператора о возможности (или невозможности) вывода из работы системы автоматического повторного включения проводятся расчёты для случайных коротких замыканий и автоматического повторного включения. Максимальные перенапряжения в зоне ремонта закладываются в программу расчёта, и определяется степень риска электромонтёра. Если она оказывается больше 10"7, то принимается решение об установке защитных аппаратов ОПН-ПРН и расчёты повторяются с учётом их характеристик. Методика иллюстрирована конкретными примерами.

Рекомендуемая последовательность и взаимосвязь действий при подготовке к ПРН в плановом порядке приведена на рисунке 9.

После получения согласованного и утверждённого технического задания исполнитель проводит анализ проектной и эксплуатационной документации для определения зон ПРН. Если в них минимальные расстояния между ремонтником, который будет находиться под потенциалом, и заземлёнными частями оборудования превышает расстояния, указанные в ГОСТе, то исполнитель составляет план производства работ, проводит подготовительные и основные ремонтные работы.

Если расстояния в зоне ПРН меньше указанных в ГОСТ, то проводится расчёт степени риска с использованием расчётных кратностей повышенных напряжений и электрической прочности промежутков. Если расчётная вероятность перекрытия в зоне ПРН (степень риска) превысит некоторый порог, например, 10"7, то принимается решение об установке поблизости от зоны ПРН защитного аппарата ОПН-ПРН и расчёты повторяются с учётом его действия. Если и в этом случае риск оказывается больше выбранной пороговой величины, то ПРН считается невозможным, о чем извещается Заказчик и Системный оператор. Если расчётная степень риска оказывается меньше выбранного порога, то дальнейшие работы проводятся по «благоприятному» сценарию, указанному выше.

Техническое задание на ремонт В Л

Согласованнеусловий ПРН с системным оператором

Анализ конструкции ремонтируемого участка В Л и выбоо технологии ПРН

/

Нет > 10"' ! >10"' 1

Достаточность изоляционных промежутков требованиям ГОСТ

Расчёт степени риска без

ОПН-ПРН

Расчёт степени риска с ОПН-ПРН

] Да -1 : < 10"' ' - <10"

1 Подготовка плана производства работ

Оценка технического состояния ремонтируемого участка ВЛ I

Подготовка трассы и площадки

Производство ремонтных работ под напряжением

Рисунок 9 - Алгоритм подготовки к производству ремонтных работ под напряжением

Основные выводы п рекомендации

1 Из анализа технологий производства ремонтных работ под напряжением сделан вывод о том, что в России доминирующее положение технологии доставки электромонтёра к проводу продолжит занимать метод «маятника».

2 На основе расчётов затухания волн напряжений сделан вывод о безопасности удалённых молниевых разрядов для производства ремонтных работ под напряжением. Также, установлено, что:

- коронирование проводов приводит к снижению амплитуды повышенных напряжений на (3 - 4) %;

- учёт грозозащитных тросов и опор, при ударе молнии в фазный провод, приводит к незначительному уменьшению амплитуды повышенных напряжений; исключение составляет ВЛ 750 кВ, в которой амплитуда волны, снижается почти на 100 кВ, по-видимому, из-за расщепления троса на две составляющие.

3 В результате моделирования переходных процессов в программе МАЭС определены кратности и форма повышенных напряжений при коммутациях ВЛ 220 и 500 кВ. Полученные данные могут быть использованы для «перестраховочной» оценки риска ПРН. Установлено, что:

- при КЗ на ВЛ 220 кВ более высокие кратности напряжений сосредоточены в средней части ВЛ, а по концам ВЛ они имеют меньшие значения; поэтому более безопасно ПРН на участках, примыкающих к подстанциям;

- при ТАГГВ ВЛ 220 кВ наибольшие напряжения сосредоточены во второй половине длины ВЛ, а в первой четверти ВЛ кратности не превышают Кп< 1,75;

- при КЗ на средней фазе повышение напряжения на крайних фазах В Л 500 кВ значительно меньше, чем при КЗ на крайних фазах, и сосредоточены они только в средней части ВЛ;

- на ВЛ 500 кВ максимальные напряжения возникают, в основном, при ОАПВ крайней фазы; при ОАПВ средней фазы напряжения значительно меньше и сосредоточены в средней части ВЛ;

- вероятность возникновения (доля) волн напряжения с длительностью фронта близкой к критической не превышает 5 %.

4 Показано, что для защиты ремонтного персонала подвесные ОПН предпочтительнее защитных искровых промежутков.

5 Разработаны и переданы фирме-изготовителю основные технические требования к подвесным ОПН-ПРН для защиты работающего персонала от повышенных напряжений при коммутационных процессах на ВЛ 220, 330 и 500 кВ.

6 Проведены высоковольтные испытания опытных образцов

ОПН-ПРН. По их результатам откорректирован размер искрового промежутка ОПН-ПРН - 220 кВ и дорабатывается ОПН-ПРН - 330 кВ.

7 Разработаны критерии и портативная установка для эксплуатационных испытаний модулей ОПН-ПРН; опытный образец установки изготовлен компанией «Димрус».

8 Показан недостаток методики электрических испытаний изолирующих канатов по стандарту МЭК, предложен способ его преодоления и более жёсткая норма на величину тока утечки.

9 Разработаны рекомендации по предварительному диагностированию предполагаемого к ремонту участка линии. Оно должно включать внешний осмотр оборудования, предполагаемого к обслуживанию под напряжением и дополнительные инструментальные проверки.

10 Предложены дополнения к вероятностной методике оценки степени риска ПРН, суть которых состоит в объединении достоинств двух методик, международной (МЭК) и российской, и проведении расчётов с применением характеристик конкретной линии, примыкающих к ней участков энергосистемы и защитных аппаратов ОПН-ПРН.

11 Рекомендована общая последовательность и взаимосвязь действий при подготовке к работам под напряжением.

Список научных трудов по теме диссертации Статьи, опубликованные в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК

1 Фролкнн, E.H. Координация разрядных характеристик зоны ремонтных работ под напряжением с атмосферными перенапряжениями /E.H. Фролкин, А.Г. Овсянников // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2011. - №1. - С. 230-232.

2 Фролкин, E.H. Влияние условий эксплуатации на основные характеристики электросетевых конструкций из электроизоляционного и электропроводного бетонов / E.H. Фролкин, В.П. Горелов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2011. - №1. - С. 233 - 237.

Статьи, опубликованные в российских изданиях; материалы международных и всероссийских конференций

3 Фролкин, E.H. Атмосферные перенапряжения и безопасность ремонтных работ под напряжением / E.H. Фролкин, А.Г. Овсянников //Доклады второй Российской конф. по молниезащите, Москва, 22-24 сентября 2010 г. [Электронный ресурс]. - Доклад 2.12.

4 Фролкин, E.H. Международная стандартизация. Ремонтные работы под напряжением / E.H. Фролкин, А.Г. Овсянников // Новости электротехники, 2010. - №5. - С.66- 68.

5 Фролкин, E.H. Опыт экспресс-диагностики электросетевого оборудования / E.H. Фролкин [и др.] // Рынок электротехники. - 2011. -№1 (21).-С. 58-59.

6 Фролкин, E.H. Экспертиза электромагнитной совместимости в электроэнергетических системах /E.H. Фролкин [и др.] / Материалы международной юбилейной н.-т. конференции «Обновление флота — актуальная проблема водного транспорта на современном этапе». Часть 1. - Новосибирск: НГАВТ, 2011. - С. 196 - 202.

7 Фролкин, E.H. Опыт экспресс-диагностики подстанционно-го оборудования / E.H. Фролкин [и др.] / Сб. докладов межд. юбил. н.-т. конф. «Обновление флота - актуальная проблема водного транспорта на современном этапе». Ч. 1. - Новосибирск, 2011. - С. 217 - 219.

8 Frolkin, Е. An influence of far thunderstorm on live working safety / E. Frolkin, A. Ovsyannikov // 17th International Symposium on High Voltage Engineering, Hannover, 22-26 August, 2011: book of abstracts. - P. 472. [Электронный ресурс]. - CD. - Paper G - 019.

9 Фролкин, E.H. Характеристики перенапряжений при коротких замыканиях и повторных включениях BJT 220 и 500 кВ / E.H. Фролкин [и др.] // Линии электропередачи 2012: проектирование, строительство, опыт эксплуатации и научно-технический прогресс: материалы пятой Российской науч.-практ. конф. с междунар. участ., Новосибирск, 11-13 сентября 2012 г. - Новосибирск. - 2012. - С. 203 -210.

10 Фролкип, E.H. Характеристики подвесных ограничителей повышенных напряжений для обеспечения безопасности ремонтных работ под напряжением на BJI 220, 330 и 500 кВ / E.H. Фролкин, С.А. Казакова // Линии электропередачи 2012: проектирование, строительство, опыт эксплуатации и научно-технический прогресс: материалы пятой Российской науч.-практ. конф. с междунар. участ., Новосибирск, 11-13 сентября 2012 г.-Новосибирск.-2012.-С. 159-164.

11 Фролкин, E.H. Деформация волн атмосферных перенапряжений при распространении по проводам воздушных линий электропередачи /E.H. Фролкин, О.Ю. Шиллер А.Г. Овсянников // Материалы 8-го научно-практического семинара общественного совета специалистов Сибири и Дальнего Востока по диагностике электрических установок, Тюмень, 23-24 апреля 2013 г. - Новосибирск. — 2013. - С. 76 — 80.

Отчёты о научно-исследовательских работах

12 Разработка рекомендаций по обеспечению электромагнитной совместимости смежных электрических сетей среднего напряжения: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б -11/ ФБОУ ВПО «Ново-сиб. гос. акад. вод. трансп.»; рук. Горелов В.П.; исполн. Фролкин E.H. [и др.]. - Новосибирск, 2011. - 136 с. - Библиогр.: с. 122-136. -ГР №01.88. 0004137. -Инв. № 02201100473.

13 Парадигма применения технических средств на трансформаторной подстанции со сдвоенным токоограничивающим реактором: отчёт о НИР (промеж.), г/б - 11 / Новосиб. гос. акад. вод. трансп.»; рук. Горелов В.П. - Новосибирск: [б.и.], 2011. - 153 с. - Исполнитель Фролкин E.H. - Библиогр.: с.154-168. - ГР №01.88. 0004137.

14 Устойчивость узлов нагрузки в замкнутых электрических сетях от 6 до 35 кВ: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б - 11 / ФБОУ ВПО «НГАВТ» рук. Горелов В.П. - Новосибирск: [б.и.], 2012. - 142 с. - Исполнитель Фролкин E.H. [и др.]. - Библиогр.: с. 132-140. - ГР №01.88. 0004137. Инв. № 02.201.261576.

15 Исследования нормальных и аварийных режимов в линиях сверхвысокого напряжения с комбинированной поперечной компенсацией: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б - / ФБОУ ВПО «НГАВТ» рук. Горелов В.П.; исполн. Фролкин E.H. [и др.]. - Новосибирск, 2012. - 156 с. - ГР №01.88. 0004137. - Инв. № 02.201.261575.

16 Разработка рекомендаций и средств защиты персонала при обслуживании высоковольтного электрооборудования под напряжением: отчёт о НИР (промеж.), г/б - 11 / ФБОУ ВПО «НГАВТ»; рук. Горелов В.П.; исполн. Фролкин E.H. [и др.]. - Новосибирск, 2013. -141 с. - Библиогр.: с. 130-141. - ГР №01.88. 0004137.-Инв.№02.20.1353915

17 Системный подход в разработке усовершенствованных электросетевых конструкций: отчёт о НИР (промеж.), г/б — 11 / ФБОУ ВПО «НГАВТ»; рук. Горелов В.П.; исполн. Фролкин E.H. [и др.]. - Новосибирск, 2013. - 118 с. - Библиогр.: с. 102-118. - ГР №01.88. 0004137.

Личный вклад в статьях, опубликованных в соавторстве, составляет не менее 50 %.

Подписано в печать 28.10.2013 г. с оригинал-макета.

Бумага офсетная № 1, формат 60 х 84 1/16, печать трафаретная - Riso. Уел печ. л. 1,3. Тираж 130 экз. Заказ №109. Бесплатно.

ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

ФБОУ ВПО («НГАВТ»).

630099, Новосибирск, ул. Щетинкина, 33.

Отпечатано в издательстве ФБОУ ВПО «НГАВТ»

ФБОУ ВПО «НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

На правах рукописи

94201452585

Фролкин Евгений Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ И РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ПЕРСОНАЛА ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ ВЫСОКОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ

Специальность 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы»

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Горелов Валерий Павлович

Новосибирск - 2013

Оглавление

Введение 4

Глава 1 Технологии и охрана труда при производстве ремонтных работ под напряжением на воздушных линиях элекл ронере пчи

1.1 Обзор технологий произволе!ва ремонтных работ под напряжением............................................................... 12

1.2 Основы охраны труда (правил безопасности) производства ремонтных работ под напряжением................................. 27

1.3 Обеспечение элеклробезопасности производства ремонтных рабог под напряжением......................................... 32

1.4 Экономическая привлекательность работ под напряжением 49

1.5 Выводы по главе 1 и постановка задач исследований...... 50

Глава 2 Защита ремонтного персонала от набегающих волн напряжений а I мосферного происхождения

2.1 Упрощенный подход............................................... 51

2.2 Обоснование и расчёт параметров математической модели распространения волны атмосферного напряжения по линии 58

2.3 Выводы по главе 2................................................... 74

Глава 3 Разработка защитных аннара юв для обеспечения электробеюпаснос! и ремонтных рабо! иод напряжением

3.1 Характеристики перенапряжений при коротких замыканиях и автоматических повторных включениях воздушных линий электропередачи 220 и 500 к В....................................... 75

3.2 Необходимость защиты рсмонпюго персонала............... 87

3.3 Защитные искровые промежутки.............................. 92

3.4 Разработка защитных аппаратов для производства ремонтных работ под напряжением.................................... 98

3.5 Высоковольтные испытания защитных аппаратов.......... 106

3.6 Выводы по главе 3 ................................................. 111

Глава 4 Разработка рекомендаций по порядку подготовки к проведению работ под напряжением

4.1 Периодические испьпапи» и цпагностирование защитных аппаратов для ремонтных рабог под напряжением ............... 112

4.2 Предварительное диагностическое обследование оборудования, назначенного к обслуживанию и ремонту под напряжением........................................................................ 123

4.3 Разработка дополнений к программе расчёта степени риска 125

4.4 Рекомендации по порядку подютовки к производству работ под напряжением................................................... 128

4.5 Выводы по главе 4................................................... 131

Основные выводы и рекомендации .................................... 132

Список литературы.......................................................... 135

Приложение А Вклад соискателя в опубликованные научные разработки, принадлежащие соавторам, коллективно с которыми

они были написаны............................................................. 147

Приложение Б Акты о внедрении научных положений и выводов

диссертации....................................................................... 151

Приложение В Протокол испытаний (копия)........................... 153

Приложение Г Проект технических условии па защитные аппараты ОПН-ПРН................................................................... 166

ВВЕДЕНИЕ

Восстановление финансовой структуры после кризиса объективно способствует развитию производства, a poci производства, в свою очередь, жёстко связан с потреблением энергии. Couiacno с i дтистическим данным, уровень электропотребления 1990 года уже достигнут. В дальнейшем прогнозируется период ускоренного роста потребления и необходимого для него ввода новых мощностей и усиления энерготранспортных связей между ними.

Основными элементами связи энергосистем являются воздушные линии электропередачи (BJI) классов напряжения (220 - 1150) кВ. Возросшие требования к надёжности межсистемных ВЛ и экономические потери при плановых и случайных отключениях диктуют необходимость проведения работ по обслуживанию и ремонту В Л без вывода их из работы, т.е. без отключения напряжения. Производство ремонтных работ под напряжением (ПРИ) практикуется уже в течение десятков лет, в том числе в России и в странах СНГ.

Центральной проблемой при 1LP11 была и остается проблема обеспечения безопасности персонала. В обеспечении безопасности ПРН, кроме общих правил охраны труда, выделяют несколько вопросов.

Первый вопрос -- разработка технологий и специальная профессиональная подготовка персонала. Для его решения в (70 80) годы прошлого века были созданы и функционировали специализированные организации по внедрению технологий ПРН и обучению персонала в учебных центрах Украины (Винницаэнер-го) и России "Электросетьсервис" (Белый Рает). Большой вклад в решение этого вопроса внесли коллективы ОРГРЭС, ПО Д'Л1, СибНИИЭ и других организаций, а также ведущие специалисты: С.К Алфёров, И.Г. Барг, A.M. Батраков, B.II. Дикой, В.А. Сибирцев, В.Л. Таловерья, К.И. Удод и др.

Безопасность 1IPH связана с применением падёжных изолирующих приспособлений и оснастки: полимерных и гибких изоляторов, изолирующих канатов, лестниц и др. Надёжность их работы обеспечивают путём ограничений на погодные условия, выбором минимальных длин изолирующих частей и введением

других требований, которые регламентируются в отечественных нормативных документах и стандартах международной электротехнической комиссии (МЭК), а также приёмосдаточными испытаниями новых и периодическими испытаниями эксплуатируемых изделий.

Второй вопрос связан с защитой персонала от воздействия опасных и вредных факторов окружающей среды: электрических и магнитных полей промышленной частоты; связанных с ними токов смещения, индуктированных напряжений и импульсных токов, возникающих в момент выравнивания потенциалов тела человека и токопроводящих предметов. Заметное влияние оказывают вредные факторы коронного разряда: электромагнитное излучение в широкой полосе частот, озон и окислы азота, аэроиопы, слышимый треск и ультразвук.

Определяющую роль в решении вопросов защиты персонала от этой группы вредных факторов играют средства защиты от воздействия электрических полей, а также нормативные документы по санитарно-гш панической регламентации ПРН, разработанные рядом организаций и специалистов: Э.П. Каскевичем, Г.Ф. Плехановым, Н.Б. Рубцовой, Б.М. Савиным, В.В. Смекаловым, АЛО. Токарским, М.Д. Столяровым и др.

Наконец, третий вопрос связан с исключением перекрытий воздушных промежутков в зоне ПРН и изоляции ремонтируемой линии при коммутационных перенапряжениях, амплитуда которых превышает электрическую прочность промежутков. Указанную проблему решают адекватным выбором минимальных изоляционных рассюяний в зоне ПРН, обеспечивающих требуемую электрическую прочность не тлысо при воздействии рабочего напряжения BJI, но и при воздействии случайных коммутационных перенапряжении.

Исследования Г.Н. Александрова, 'J.M. Базеляна, A.C. Гайворонского, К.П. Кадомской, В.Н. Качесова, А.1 . Овсянникова, 1I.H. Тиходеева и других отечественных и зарубежных учёных, посвященных проблеме координации внутренних и атмосферных перенапряжений с электрической прочностью изоляции BJ1, послужили базисом работ по обеспечению безопасности ПРН. Одна-

ко задачи обеспечения безопасности 1ГРП обширны и продолжают оставаться в поле внимания исследователей многих стран, в том числе работающих в рабочих группах СИГР') п МЭК.

К таким задачам можно отнести, например, оценку степени риска ПРИ при удалённых грозовых воздействиях. Имеет место проблема недостаточных изоляционных расстояний в зоне ПР11 на ряде типов опор. Отсутствуют защитные аппараты для ограничения амплшуды возможных перенапряжений и предотвращения перекрытия в зоне ПРИ. Весьма неопределённые аспекты сопровождают подготовительные операции предшествующие ПРИ, в частности, обследование технического состояния ремонтируемого оборудования и т.д.

Решение перечисленных проблем и вопросов весьма актуально.

Объектом исследования являются ремонтные работы под напряжением на воздушных линиях электропередачи классов напряжения (220 - 750) кВ.

Предметом исследования являются процессы, влияющие на безопасность ремонтного персонала и соответствующие защитные мероприятия.

Связь гемы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями технического комитета № 78 «Работы под напряжением» Международной электротехнической комиссии (МЭК); с научной целевой комплексной темой «Разработка мероприятий по повышению надёжности работы оборудования в условиях пониженных температур» (гос. регистр. № 0188.0004.137) и планом 11ИОКР «Электромагнитная совместимость технических средств» (гос. регистр. № 01201 180542) ФБОУ ВПО «НГАВТ».

Идея работы заключается в создании и применении защитных аппаратов для ограничения амплитуды случайно возникающих повышенных напряжений и предот вращения перекрытия в зоне ПРИ.

Целью работы является разработка научных положений, технических средств и рекомендаций, позволяющих повысить безопасность персонала при

выполнении работ под напряжением. Для достижения этой цели в работе ставились и решались следующие взаимосвязанные научно-технические задачи:

- произвесш расчет повышенных напряжений при атмосферных и коммутационных процессах, которым могут подвергнуться изоляционные промежутки, оснастка и такелаж, а также персонал, работающий на BJI;

- разработать технические требования к защитным аппаратам на основе нелинейных ограничителей напряжения (01III), которые можно применить для обеспечения безопасности персонала при проведении работ под напряжением на BJ1220, 330 и 500 кВ;

- изготови ть опытные образцы защитных аппаратов;

- разработать программу и провести высоковольтные испытания опытных образцов защитных аппаратов;

- по результатам испытаний провести корректировку конструкции защитных аппаратов;

- разработать требования к периодическим испытаниям и гжсплуатаци-онпому контролю защитных аппаратов;

- совместно с производителем разработать проект технических условий на защитные аппараты;

- внести коррективы в методики оценки степени риска Г1РН с использованием защитных аппаратов OlIII-IIPI 1;

- разработать общий алгоритм подготовки к производству работ под напряжением.

Методы исследования. В процессе выполнения исследований применялись: научно-техническое обобщение литературных источников по исходным предпосылкам исследований, методы теоретических основ элею ротехники и теории электрических сетей, методы математической статистики и теории вероятностей, расчёты по универсальным и специализированным компьютерным программам.

На защиту выносятся:

1 Результаты расчётов искажения формы и затухания ашосферпых волн повышенных напряжений ири их распространении по проводам линии электропередачи классов напряжения (220 - 750) кВ.

2 Результаты расчётов амплитуд повышенных напряжении и их распределения по длине линий классов напряжения 220 и 500 кВ при случайных однофазных коротких замыканиях и автоматических повторных включениях.

3 Определённое расчётным путём интегральное распределение плотности вероятности длительности фронта повышенных напряжений при коммуiанионных процессах.

4 Технические требования к характеристикам защитных аппаратов ОГШ-ПРН, в том числе, к условиям координации комбинированной вольтамперной характеристики ОПН-ПРН с электрической прочностью зоны 11РН.

5 Конструкции защитных аппаратов ОПН-ПРН (220 - 500) кВ и результаты их высоковольтных испытаний.

6 Новые элементы методики определения степени риска верховых электромонтёров.

7 Рекомендации по периодическим испьпаниям и эксплуакщионной проверке работоспособност и защитных аппаратов.

8 Рекомендации по предварительному диагностированию электрооборудования, подлежащего обслуживанию или рсмош> под напряжением.

9 Рекомендации по порядку подготовки и производству работ под напряжением.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций

Достоверность обеспечена применением и эксперимепiax сертифицированного испытательного оборудования, поверенных пзмершельпых приборов и стандартных меюдов высоковольтных испытании, испольювлнпем д \я расчётов лицензированного программного обеспечения. Особенностью работы являлся консервативный (перестраховочный) сценарий обработки результатов и

погрешностей расчётов, оправданный поставленной целью обеспечения безопасности ремонтного персонала.

Обоснованность выводов и рекомендаций работы подтверждена публикациями и обсуждениями результатов исследований на международных и всероссийских научно-технических конференциях и симпозиумах, а также практической реализацией полученных результатов.

Научная новизна работы характеризуется следующими новыми научными положениями:

- получены новые данные по искажению формы и 3aiyxaimio hoj... атмосферных повышенных напряжений при их распространении по проводам воздушной линии электропередачи сверхвысокого напряжения, с учётом погонных параметров линии электропередачи, удельного электрическою сопротивления грунтов, потерь в грозозащитных тросах, напряжения зажигания общей короны и зависимости активного сопротивления фазных проводов от частоты;

- расчётным путём обосновано отсутствие влияния на электробезопасность производства ремонтных работ под напряжением прямых ударов молнии в провода ремонтируемой линии электропередачи, удалённых за пределы слышимости и видимости грозового фронта;

-в результат статистических исследований определены инил ральные функции распределения плотности вероятности длительности фронта и максимальные кратности коммутационных волн напряжения на BJI 220 п 500 кВ;

- на основе полученных данных разработаны основные технические требования к характеристикам защитных аппаратов OHH-IIPH.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии вероятностного подхода оценки степени риска производства ремонтных paooi под напряжением, заключающемся в применении разрядных характеристик зон ПРН при критических и больших длительноетях фронтов ноли напряжения, сопровождающих коммутационные процессы, а также повышенных напряжений атмо-

сферного происхождения с формой волны, соо тве i с т вующей проба у ею 10 километров линии.

Практическая значимость результатов paöoibi заключается в расширении номенклатуры линий электропередачи, на которых можно будет проводить ремонтные работы под напряжением за счёт применения разработанных защит ных аппаратов. В опытных образцах ОПН-ПРН 220 и 500 кВ реализованы условия координации разрядных характеристик искрового промежутка и вольтам-перной характеристики нелинейного элемента. Обоснован выбор необходимых и достаточных методов диагностического обследования подлежащего ремонту оборудования на подготовительном к Г1РН этапе. Разработаны рекомендации по порядку подготовки к производству работ под напряжением. Совокупность полученных результатов представляется решением важной научно- технической задачи, имеющей большое хозяйственное значение для электросетевого хозяйства страны.

Реализация работы. Опытные образцы 011Н-ПРН 220, 330 и 500 кВ переданы в опытно-промышленную эксплуатацию в ОАО «Электросстьсервис ЕНЭС» и готовятся к аттестации в ОАО «ФСК БЭС». Рекомендации по применению защитных аппаратов ОПН-ПРН 220 и 500 кВ внедрены в МО С Сибири и МЭС Западной Сибири с суммарным ожидаемым годовым экопоги.г-кским эффектом 880 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложении менее двух лет.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на второй Российской конференции по молниезащите, Москва, 2010; международной юбилейной научно-юхнической конференции «Обновление флота - актуальная проблема водного фанспорта на современном этапе», Новосибирск, 2011; на семнадцатом международном симпозиуме, по технике высоких напряжений, Ганновер, Германия, 2011; пятой Российской научно-практической конференции с международным участием

"Линии электропередачи 2012: проектирование, сфоителъс'1 во, ош.п эксплуатации и научно-технический прогресс", Новосибирск, 2012 г.

Личный вклад. Постановка научно-исслсдова^льскпх *адач п п\ решения, научные положения, выносимые на защиту, основные выводы и рекомендации диссертации принадлежат автору. Личный вклад в рабо!ах, опубликованных в соавторстве, показан в Приложении А диссертации и составляет не менее 55 %.

Публикации. Содержание работы изложено в 15 научных трудах, в том числе, в 2 статьях периодических изданий по перечню ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка лшера:\ры из 100 наи�