The main reasons for the decline in the reliability of power lines in the power supply systems of the Irkutsk region are considered, and ways to improve the reliability and efficiency of power supply to consumers in the East Siberian region are identified
high-voltage line, power supply system, electric network, reliability of the power supply system, failures of overhead lines
Иркутская область - крупная энергетическая база РФ, дающая более 6% [1, 2] вырабатываемой в России электроэнергии, и является областью-донором, как поставщик самолётов, ядерного топлива, слюды, поваренной соли, золота, алюминия и других металлов, древесины, химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной продукции, пушно-мехового сырья, пищевой продукции. А также Иркутская область поставляет электрическую энергию в республики Бурятия и Тыва в Восточной Сибири.
Основной задачей разработки системы и программы развития (СиПР) Иркутской области с 2022 по 2026 является обеспечение надежного функционирования энергосистемы. СиПР Иркутской области предполагает: развитие электрических сетей номинальным классом напряжения 110 кВ и выше (по объемам и срокам реконструкции действующих и вводам новых электросетевых объектов) для обеспечения надёжного функционирования в долгосрочной перспективе. Одним из направлений развития электрических сетей является применение новых конструкций и материалов, позволяющих довести срок службы вновь строящихся и реконструируемых линий до 70 и более лет. Износ электросетевого хозяйства Иркутской области составляет более 60 %, что существенно влияет на надёжность электроснабжения.
Анализ причин технологических нарушений в работе энергосистемы позволил классифицировать отказы воздушных линий (ВЛ), и, в частности, аварий, вызванных нарушением работоспособности отдельных элементов ВЛ. Линии электропередачи подвержены старению и износу от коррозии и знакопеременных нагрузок, а также от влияния внешней среды. Количество отказов составляет от 3 до 5% в год [3, 4]. Этот анализ показывает, что значительное число отказов ВЛ является следствием повреждения проводов, изоляторов, а также отключений из-за грозовых перенапряжений. По тяжести отказов, приводящих к авариям для ВЛ, на первом месте стоят опоры, затем провода, арматура, изоляция. Опоры являются достаточно надежным элементом линий электропередачи, однако разрушения опор создают наиболее тяжелые последствия и приводят к большим затратам, связанным с восстановлением ВЛ и недоотпуском электроэнергии. В таблице 1 представлено распределение отказов по элементам воздушной линии, без учёта и с учётом грозовых перенапряжений в сети.
Таблица 1 – Распределение отказов по элементам воздушной линии
|
Элементы воздушных линий |
Число отказов в % от общего количества |
|
|
Без учёта грозовых перенапряжений |
С учётом грозовых перенапряжений |
|
|
Опоры |
9 |
13 |
|
Провода и тросы |
37 |
52 |
|
Изоляторы |
23 |
31 |
|
Арматура |
3 |
4 |
На рисунке 1 а), представлено повреждение опоры ВЛ (трещины в опоре), которые привели к наклону железобетонной опоры. На рисунке 1 б) представлено оголение арматуры железобетонной опоры. Такие повреждения снижают надёжность ВЛ.
Основными факторами, разрушающими железобетонные опоры, являются: действие коррозии, протекающей под действием внешнего агрессивного воздействия окружающей среды, и внутренней деградации железобетонной стойки от ветровой или гололёдной механической нагрузки, температурных перепадов. Для металлических конструкций ВЛ основным фактором, повреждающим металлическую опору, является коррозия металла, которая зависит от внешней среды, температурных перепадов, ветровой и гололёдной нагрузки.
В Иркутской области ещё местами используются деревянные опоры для сетей 0,4; 6 и 10 кВ. Основное повреждение деревянных опор – это гниение древесины под действием внешних факторов: осадки, температурные перепады, ветровая и гололёдная механические нагрузки. Для деревянных опор долговечность определяется от 30 до 40 лет (при обработке опоры антисептиком). Срок службы железобетонных опор достигает от 50 до 70 лет при эксплуатации в нормальных климатических условиях и перепадах температур от минус 55 градуса Цельсия до плюс 55 градусов Цельсия. Срок эксплуатации металлических опор ВЛ устанавливается с учётом климатической зоны, условий эксплуатации и типа конструкции. Для оцинкованных стальных опор в средней полосе он составляет от 40 до 60 лет, в северных регионах с агрессивной атмосферой – может сокращаться до 25 лет [4, 5]. На долю ВЛ районных, питающих, системообразующих приходится значительная часть отказов и отключений электрического оборудования системы электроснабжения, и достигают до 50 % от всех повреждений. Все виды повреждения опор ВЛ существенно влияют на предельное состояние линий электропередачи. Предельное состояние ВЛ характеризуется износом электрооборудования, которое зависит от:
- физического износа ВЛ, это основной износ, который оказывает самое сильное влияние на надёжность электрооборудования;
- технического износа ВЛ, когда состояние электрооборудования не обеспечивает, определённое ГОСТом качество электрической энергии;
- экологического износа ВЛ, когда электрооборудование может оказать негативное влияние на окружающую среду;
- социального износа ВЛ, когда требования к электрооборудованию перестают соответствовать стандартам по обеспечению безопасности обслуживающего персонала, людям, животным и т.д.;
- экономического (морального) износа ВЛ, когда с появлением нового более эффективного электрооборудования необходимо выполнить модернизацию электрооборудования ВЛ с целью повышения эффективности и надёжности работы электросети.
а) б)
Рисунок 1 – Наклон железобетонной опоры из-за трещин в опоре – а); оголение арматуры железобетонной опоры – б)
Каждый элемент ВЛ оказывает определённое воздействие на надёжность электросети. Их отказы приводят к существенным ущербам в системе электроснабжения.
Отказы проводов и грозозащитных тросов ВЛ по статистике составляет от 40 до 55% от общего количества всех повреждений ВЛ. Основные причины повреждения проводов и грозозащитных тросов – грозы, превышение гололедных нагрузок, износ от действия вибрации, пляски и коррозии. Основной причиной нарушения работоспособности арматуры являются дефекты изготовления, монтажа, ремонта, которые составляют 50% от общего числа повреждений. Второе место среди причин повреждений занимают знакопеременные нагрузки – 33,4%. Пляска является одной из наиболее опасных разновидностей колебаний для арматуры. Анализ пляски проводов на ВЛ показывает, что до 90% случаев пляски приводят к повреждению арматуры ВЛ, причем только в 30% случаев ВЛ отключаются кратковременно, а в остальных случаях отключения длятся от нескольких часов до нескольких суток. В процессе пляски провода и линейная арматура испытывают действия поперечных и продольных нагрузок, величина которых достигает от 1 до 4 тонн. Это приводит к разрушению подвесной, сцепной арматуры, защитной арматуры, проводов и грозозащитных тросов. По статистике повреждение изоляторов на ВЛ составляет от 23 до 31% от общего количества нарушений. Основными причинами повреждения изоляции являются атмосферные перенапряжения – около 60% от всех отказов, связанных с повреждением изоляции [5].
В таблице 2 показано распределение отказов опор воздушных линий от различных факторов, которые снижают их надёжность. Среди новых конструкций для ВЛ рассматривается применение стальных многогранных оцинкованных опор закрытого профиля, устанавливаемых на буронабивных, а в пучинистых грунтах – на шпунтозабивных фундаментах.
Испытание таких опор проводилось на БАМе, которые показали хорошие результаты при эксплуатации. Многогранные опоры имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с другими металлическими и железобетонными конструкциями.
К достоинству этих опор можно отнести то, что они технологичны при изготовлении и монтаже, позволяют в короткие сроки строить и восстанавливать ВЛ; а также долговечны за счет обтекаемой формы, отсутствия мест скопления влаги.
Таблица 2 – Распределение отказов в зависимости от вида опор (в %)
|
Причина отказов |
Металлические |
Железобетонные |
Деревянные |
|
Нагрузки и воздействия: -ветер выше расчётного; -ветер и гололед выше расчётного. Итого: |
33,7 13,2 46,9 |
21,7 24,8 46,5 |
52,2 5 57,2 |
|
Качество проектирования и строительства |
9,2 |
35,5 |
1,5 |
|
Качество эксплуатации |
26,9 |
18 |
41 |
|
Разбор конструкции посторонними лицами |
16,9 |
– |
0,3 |
Многогранные опоры на базе одного модуля позволяют собирать портальные опоры для районных, питающих и системообразующих ВЛ. Их использование снижает расход металла до 20%, по сравнению с другими типами опор ВЛ, и уменьшает стоимость новых ВЛ на 5-10% по сравнению с другими опорами ВЛ.
Защита металлических опор от коррозии путем применения метода горячего оцинкования при сооружении новых линий и при ремонте старых, существенно увеличивает срок службы опор ВЛ [6]. В последнее время в нашей стране и за рубежом нашли применение композиционные опоры. Композитные опоры изготавливаются из армированных полимерных материалов – чаще всего это стекло или угле волокно, связанное с эпоксидной, полиэфирной или винил эфирной матрицей. Они обладают высокой устойчивостью к коррозии, не боятся ультрафиолета, не накапливают влагу и не подвержены разрушению от кислот, щелочей или солей. Однако, как и любые инженерные изделия, они подвержены естественному старению, особенно под действием климатических факторов. Композитные материалы не подвержены линейному старению – разрушение происходит лавинообразно после достижения критического порога. Поэтому композиционные опоры требуют регулярного мониторинга. Срок службы композиционных опор от 60 до 100 лет.
1. Territorial'nyy organ Federal'noy sluzhby gosudarstvennoy statistiki po Irkutskoy oblasti. // Razvitie elektroenergetiki Irkutskoy oblasti. URL:https:38.rosstat.gov.ru/storage/media-bank/2024.pdf. (data obrascheniya: 09.10.2025).
2. Konovalov, Yu.V. Analiz kachestva elektroenergii na predpriyatii / Yu.V. Konovalov, I.I. Vorob'ev // Vestnik Angarskoy gosudarstvennoy tehnicheskoy akademii. 2014. № 8. – S. 57-60
3. Kaverina R., Kogan F., Yakovlev L. Povyshenie nadezhnosti vozdushnyh liniy 35–750 kV // Kompleks rabot i predlozheniy. URL: http://news.elteh.ru/arh/2007/47/12.php. (data obrascheniya: 09.10.2025).
4. Konovalov, Y.V. Optimization of power supply system reactive power com-pensation at the oil field electrical substation / Y.V. Konovalov, D.N. Nurbosynov // 2017 International Conference on Industrial Engi-neering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2017 - Proceedings. electronic edi-tion. 2017. – S. 8076228.
5. Povrezhdeniya opor vysokovol'tnyh liniy elektroperedachi // Primery povrezhdeniya LEP. URL: https://stroystandart.info/index.php?name=pages&op=view&id=1195. (Data obrascheniya 09.10.2025 g.)
6. Sravnenie harakteristik vysokovol'tnyh opor // Derevyannye, zhelezobetonye i metallicheskie opory. URL: https://omek.ru/index.php?route=octemplates/blog_article&oct_blog_article_id=117. (data obrascheniya 09.10.2025 g.).
