Выбор концепций развития воздушных линий электропередачи 110-220 кв, подверженных экстремальным метеорологическим воздействиям

На правах рукописи

ЛЕБЕДЕВА Юлия Витальевна

ВЫБОР концепций развития воздушных линий
электропередачи 110-220 кВ, подверженных
экстремальным метеорологическим
воздействиям

Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов – 2011

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель:	доктор технических наук, профессор
	Угаров Геннадий Григорьевич
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор
	Ерошенко Геннадий Петрович
	кандидат технических наук, профессор
	Сатаров Александр Анатольевич
Ведущая организация:	ООО Многоотраслевое производственное предприятие «Энерготехника», г. Саратов

Защита состоится «09» июня 2011 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет», корп. 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Автореферат разослан « 26 » апреля 2011 г.

Автореферат размещен на сайте www.sstu.ru « 4 » мая 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Томашевский Ю.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Развитие электроэнергетики России носит стратегический характер. Важнейший показатель уровня электроэнергетики – развитие электрических сетей. Наиболее ответственным и в то же время наиболее уязвимым звеном электрической сети являются воздушные линии электропередачи (ВЛ). Протяженность ВЛ напряжением 110-220 кВ составляет 420,7 тыс. км на начало 2010 года.

С 1990 года происходило резкое снижение объемов строительства электрических сетей (1-2 тыс. км в год). Происходит масштабное старение систем передачи и распределения электроэнергии, износ ВЛ составляет около 60%. Положение усугубляется влиянием окружающей среды на воздушные линии электропередачи, в особенности гололедно-ветровых воздействий, которые приводят к массовым отключениям ВЛ всех классов напряжения и нарушениям энергоснабжения потребителей в особо крупных масштабах с соответствующим ущербом во всех отраслях народного хозяйства. Например, экономический ущерб ОАО «Саратовэнерго» в гололедный период 1993-1994 года составил более 10 млрд. руб.

Гололедно-ветровые аварии происходят и за рубежом, в странах с климатом, близким к российскому.

Для предотвращения снижения надежности ВЛ из-за воздействия гололедно-ветровых нагрузок в нашей стране и за рубежом уже давно ведутся интенсивные разработки и внедряются различные системы предотвращения гололедно-ветровых аварий на воздушных линиях электропередачи. Значительный вклад внесли многие известные ученые и инженеры:
Абжанов Р.С., Аллилуев А.А., Будзко И.А., Бургсдорф В.В., Дьяков А.Ф., Засыпкин А.С., Каверина Р.С., Левченко И.И., Лещинская Т.Б.,
Яковлев Л.В. и др.

Одним из путей поддержания воздушных линий электропередачи в работоспособном состоянии является их модернизация и реконструкция, однако дальнейшее развитие электросетевого хозяйства связано со строительством новых ВЛ. Планом ФСК ЕЭС развития электрических сетей в ближайшие 10 лет предусмотрено строительство около 50 тыс. км ВЛ напряжением 110 кВ и выше. главное при этом – обеспечение надежности и экономической эффективности работы электрических сетей.

Диссертационная работа посвящена обоснованию выбора концепций развития воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ, работающих в сложных метеоусловиях.

Актуальность работы подтверждается потребностью в разработке концепций, которые могут стать основой для предупреждения или исключения аварий на воздушных линиях электропередачи в период экстремальных метеорологических воздействий.

Для выбора оптимального варианта концепций развития воздушных линий электропередачи, работающих в гололедно-ветровых условиях, необходимо решить многокритериальную задачу. Такая задача оптимизации ранее не решалась.

Разработкой многокритериальных методов принятия решений занимались известные зарубежные и российские ученые. Среди российских ученых значительный вклад в исследование данной проблемы внесли:
Лещинская Т.Б., Березнев Ю.И., Брахман Т.Р. и др.

Объект исследований – воздушные линии электропередачи напряжением 110-220 кВ, расположенные в гололедных районах.

Предмет исследования – концепции развития воздушных линий электропередачи.

Цель работы: провести анализ концепций развития воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ, подверженных экстремальным метеорологическим воздействиям, и выбрать оптимальную для российской экономики.

В соответствии с целью в работе были поставлены следующие
основные задачи:

1. Провести анализ характера воздействия критических метеорологических условий на конструктивные элементы воздушных линий и определить технические решения повышения надежности ВЛ.

2. Выбрать и проанализировать концепции развития воздушных линий электропередачи, работающих в сложных метеорологических условиях, и составить их математические модели.

3. Разработать варианты концепций развития и провести расчет механических нагрузок на провода ВЛ с целью выбора линии, наиболее устойчивой к экстремальным метеовоздействиям.

4. Разработать методику многокритериальной оптимизации вариантов концепций развития ВЛ и составить алгоритм их решений.

5. Провести технико-экономическую оценку концепций развития воздушных линий электропередачи и определить оптимальный вариант развития ВЛ на время переходного периода российской экономики.

Методы и средства исследований

В работе использованы методы системного анализа, механического расчета ВЛ, многокритериальной оптимизации и методы расчета экономической эффективности инвестиционных проектов.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается применением для теоретических исследований научных положений теории вероятности, теории надежности, теоретических основ электротехники и корректным использованием статистических материалов и подтверждается результатами эксплуатации ВЛ энергосистем развитых стран.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Концепции развития ВЛ в сложных метеорологических условиях и их математические модели.

2. Варианты развития воздушных линий электропередачи в соответствии с предложенными концепциями и результаты анализа прогнозируемых механических нагрузок на провода линии электропередачи 110кВ.

3. Система частных критериев надежности и экономической эффективности, позволяющая учитывать проектную и эксплуатационную надежность и оценивать варианты развития ВЛ.

4. Методика и алгоритм решения многокритериальной задачи оптимизации вариантов развития ВЛ, использование которых позволит управлять надежностью экономическими методами.

5. Результаты решения многокритериальной задачи и технико-экономические показатели вариантов развития ВЛ.

Научная новизна:

1. Проанализированы концепции развития воздушных линий электропередачи 110-220 кВ, работающих в сложных метеоусловиях, и предложена методология их выбора.
2. Разработаны математические модели показателей надежности и экономической эффективности для трех концепций развития ВЛ в экстремальных метеорологических условиях.

3. Разработана методика решения многокритериальной задачи развития ВЛ в сложных метеоусловиях, отличающаяся от известных учетом климатических нагрузок, выбором тарифов и удельной стоимости электроэнергии с учетом уровня надежности ВЛ.

Практическая ценность работы

1. Предложена альтернативная концепция построения воздушных линий электропередачи, позволяющая повысить эффективность инвестиций в строительство ВЛ, работающих в сложных метеорологических условиях.

2. Составлен программный модуль для расчета климатических нагрузок, который может быть использован в учебном процессе для студентов электротехнических специальностей.

Реализация и внедрение результатов исследований

Приведенные в диссертационной работе результаты исследований внедрены в ПО филиала ОАО «МРСК Юга»-«Волгоградэнерго». Теоретические положения диссертационной работы нашли применение в учебном процессе КТИ (филиал) ВолгГТУ по специальности «Электроснабжение».

Апробация работы

Основные положения и теоретические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских научно-практических конференциях:

1. V Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2008).

2. VI Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2009).

3. VII Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2010).

Публикации. Результаты, обобщенные в диссертации, опубликованы в 20 печатных работах, в том числе 2 публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованных источников и шести приложений. Работа изложена на 147 страницах. Основная часть содержит 127 страниц машинописного текста, в том числе 35 рисунков и 24 таблицы. Список использованных источников включает 133 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении на основе существующей статистики об аварийности на ВЛ в гололедно-ветровой период обоснована актуальность проводимой работы, сформулированы цель и задачи работы. Дается краткая аннотация содержания работы по разделам. Сформулированы научная новизна основных результатов и практическая ценность исследований. Приведены основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе приводится анализ характера воздействия критических метеорологических условий на конструктивные элементы воздушных линий. Показано, что техническое перевооружение является приоритетным направлением инвестиционной политики в электросетевом строительстве.

Произведен анализ причин отказов ВЛ и приводится комплекс факторов для повышения надежности ВЛ.

Вторая глава диссертационной работы посвящена анализу тенденций развития ВЛ 110-220 кВ. Рассмотрен отечественный и зарубежный подход к строительству воздушных линий электропередач, сформулированы концепции создания ВЛ, выделены их отличительные особенности.

Проанализирован мировой опыт использования новых марок проводов, опор и изоляторов для увеличения механической прочности воздушной линии.

Разработаны математические модели показателей надежности и экономической эффективности для трех концепций развития ВЛ в экстремальных метеорологических условиях. Рассмотрены задачи, решаемые в рамках каждой концепции. Обосновывается необходимость разработки оптимального сочетания механической прочности линии и затрат на предотвращение аварийных ситуаций.

Первая концепция характерна для стран с развитой экономикой.

Основные особенности первой концепции развития ВЛ:

– Имеется нормативно-правовая база, позволяющая управлять надежностью экономическими методами.

– В зависимости от категории потребителей установлены уровни надежности, определяемые периодом повторяемости Т, равным прочности с пределом исключения 10% (табл. 1).

Таблица 1

Рекомендуемые СИГРЕ периоды повторяемости для первой концепции

i-уровень надежности	Период повторяемости Т, лет	Вероятность непревышения климатических нагрузок Р	Срок службы ВЛ n, лет	Напряжение ВЛ, кВ	Надежность принятых расч. нагрузок Рпроек
1	50	0,98	50	110-220	0,36
2	150	0,9933	50	330 и выше	0,72
3	500	0,998	50	330 и выше	0,9

– Разным уровням надежности соответствует различная стоимость электроэнергии (дифференцированные тарифы).

– На величину ущерба влияет удельная стоимость электроэнергии ууд, которая определяется в зависимости от числа отключений n и длительности перерывов электроснабжения tпер.

– Все конструктивные элементы линии закладываются с высокой механической прочностью, при этом максимально сокращаются пролеты между опорами. Используется оборудование с повышенной устойчивостью к гололедно-ветровым воздействиям. Отсутствует плавка гололеда.

Вторая концепция характерна для стран с переходной экономикой, где экономические особенности не позволяют иметь механически надежные конструктивные элементы ВЛ, способные противостоять гололедно-ветровым нагрузкам без применения плавки гололеда.

Основные особенности второй концепции развития ВЛ:

– Из-за несовершенства правовой базы нет возможности регулировать надежность экономическими методами. Не учитывается уровень надежности потребителей различных категорий. Нормативными документами не регламентируется число отключений.

– Период определения расчетных нагрузок, равный T=25 годам, не связан со сроком службы основного оборудования, поэтому не отражает истинного уровня надежности.

– Плавка гололеда негативно влияет на экологию окружающей среды и повышает себестоимость передачи электроэнергии в зимний период за счет увеличения потерь электроэнергии ().

Третья концепция – альтернативная двум первым. Она предполагает компромисс между затратами на создание линии и издержками на её эксплуатацию. Это подход, согласно которому механическая прочность ВЛ и её элементов закладывается выше, чем во второй концепции, но и необходимость в плавке гололеда в процессе эксплуатации возникает реже.

Представляется возможным управление надежностью экономическими методами. Уровень надежности должен определяться категорийностью потребителей.

Основные особенности третьей концепции развития ВЛ:

1. Для управления надежностью экономическими методами необходимо усовершенствовать нормативно-правовую базу, в том числе разработать дифференцированные тарифы на электроэнергию для потребителей разной категории надежности, утвердить номинальное число отключений и длительность перерывов электроснабжения для потребителей разной категории надежности.

2. Поставщики и потребители строят свои отношения на договорной основе. Оценка затрат позволяет обосновать отпускную стоимость электроэнергии при установленном в договоре уровне надежности, а оценка ущерба – точку отсчета для определения размера штрафа. Правильно установленный уровень надежности минимизирует убытки как поставщика, так и потребителя электроэнергии.

3. Механическая прочность ВЛ увеличивается за счет применения высокотехнологичного оборудования, способного противостоять гололедно-ветровым ситуациям.

4. В период эксплуатации может частично применяться плавка гололеда как дополнительное средство повышения надежности работы ВЛ с использованием автоматизированной системы наблюдения за гололедной нагрузкой.

Третья концепция предлагается в качестве основной в переходный период российской экономики.

Надежность ВЛ с учетом принятых расчетных механических нагрузок на их элементы определяется по выражению

Рпроек=(1-1/Т)n, (1)

где n – срок службы ВЛ, Т – период повторяемости, лет.

Вероятность безотказной работы в течение года:

, (2)

где j – параметр потока отказов для разных j-вариантов повышения надежности ВЛ.

Механическая прочность проводов ВЛЭП оценивается эксплуатационным коэффициентом запаса прочности nэ., который показывает, во сколько раз максимальная удельная нагрузка на провод меньше допустимой:

(3)

где 1 и 7 – удельные нагрузки на провод от массы самого провода и массы провода, покрытого гололедом, с ветром соответственно, Н/м3, в – удельная нагрузка на провод, при которой он разрушается, Н/ммм2.

Оптимальный уровень надежности достигается при минимальной сумме затрат на комплекс мероприятий по увеличению надежности и покрытию ущерба , где – системный ущерб, – ущерб от аварийных ограничений потребителя электроэнергии.

(4)

где i – уровень надежности; Иэij – издержки на эксплуатацию; Цдиф.ij – дифференцированный тариф; =З/Нп – коэффициент коррекции тарифа, где З – приращение удельных эксплуатационных затрат у поставщика, Нп – приращение удельных значений недополученной прибыли у потребителя, при > 1 – надбавка к тарифу, < 1 – скидка, = 1 – тариф неизменный; Wнj, Wххj – нагрузочные потери электроэнергии и потери холостого хода; Wплав.гол.j – потери электроэнергии на плавку гололеда, кВтч/год; Е – норма дисконтирования; д=1/(1+Е)t – коэффициент дисконтирования; Трасч – горизонт расчета, лет.

В третьей главе на основании целей развития ВЛ (бесперебойное обеспечение потребителей электроэнергией и минимальная себестоимость передачи электроэнергии) выбраны локальные критерии надежности и экономичности. В качестве критерия надежности Кн принят комплексный показатель Nкомп, объединяющий надежность при эксплуатации Рэксп, проектировании Рпроект и механическую прочность ВЛ – nэ:

. (5)

При мультипликативной свертке критерий надежности примет вид

, (6)

где q – частный критерий надежности; m – количество критериев.

В качестве критерия экономичности принят чистый дисконтированный доход:

(7)

где Вij – выручка от реализации электроэнергии, достигаемая на t-м шаге расчета; – капитальные вложения в j-вариант развития ВЛ; – издержки на обслуживание ВЛ; – тариф на электроэнергию; Т – горизонт расчета; 3tj – затраты, осуществляемые на t-м шаге с учетом ущерба от недоотпуска электроэнергии; рез – коэффициент, учитывающий возможности электроэнергетической системы по резервированию ВЛ; Рср – средняя мощность, передаваемая по ВЛ; tвосст – среднее время восстановления поврежденного участка, сут 24, ч; yуд – удельный ущерб от аварийного недоотпуска электроэнергии, руб./(кВтч); W – годовая выработка электроэнергии; – коэффициент коррекции тарифа; cк – поправочный коэффициент удорожания капиталовложений; cэ – коэффициент удорожания тарифа по годам; Wj – потери электроэнергии; i – уровень надежности ВЛ.

Разработаны 8 вариантов развития ВЛ в сложных метеорологических условиях в соответствии с предложенными концепциями (табл. 2).

Таблица 2

Варианты развития ВЛ

№ вари-анта	Тип провода	Тип опоры	Сокращение расстояний между опорами	Повторяемость гололедных нагрузок Т, лет	Наличие плавки	Наличие мониторинга
Первая концепция
1	AERO-Z 301-2Z	ПС35/110ПУ-9	50 %	50 лет	нет	есть
2	GTACSR 240/40	ПС35/110ПУ-9	50 %	50 лет	нет	есть
3	TACSR ACS 240/40	ПС35/110ПУ-9	50 %	50 лет	нет	есть
Вторая концепция
1	АС 240/39	ПБ 110-5	0 %	25 лет	есть	есть
Третья концепция
1	AERO-Z 301-2Z	ПБ 110-5	0 %	35 лет	нет	есть
2	GTACSR 240/40	ПБ 110-5	0 %	35 лет	нет	есть
3	TACSR ACS 240/40	П-110-5	30 %	35 лет	нет	есть
4	АС 240/39	ПС35/110ПУ-9	50 %	35 лет	есть	есть

На примере участка ВЛ 110 кВ, расположенного в IV районе по гололеду и III по ветру, рассчитаны ожидаемые механические нагрузки на провода ВЛ (рис. 2-8) с целью выбора линии, устойчивой к экстремальным метеовоздействиям.

Анализ показал, что для первого варианта первой концепции (рис. 1) при достижении температуры – 40 °С тяжения проводов приближаются к критическим значениям. Это объясняется большими значениями горизонтальных тяжений проводов при малых величинах стрел провеса. Данный недостаток первой концепции может быть легко устранен путем увеличения стрел провеса при монтаже и соответствующем уменьшении горизонтальных тяжений.

Температурные воздействия на провода в рассматриваемом диапазоне температур от -50 до +50 С для вариантов второй и третьей концепции не являются аварийноопасными (рис. 2, 3).

1 – Тдоп (TACSR 240/40); 2 – Тдоп (GTACSR 240/40); 3 – Тдоп (Aero-Z 301-2Z); 4 – Tt (TACSR ACS 240/40, опоры МРО); 5 – Tt (Aero-Z 301-2Z, опоры ЖБО); 6 – Tt (GTACSR 240/40)	1 – Tдоп (АС-240/39, опоры ЖБО); 2 – Tt (АС-240/39, опоры ЖБО)
Рис. 1. Зависимость полных тяжений в проводах от изменения температуры для вариантов I концепции	Рис. 2. Зависимость полных тяжений в проводах от изменения температуры для вариантов II концепции

1 – Тдоп (TACSR 240/40); 2 – Тдоп (GTACSR 240/40); 3 – Тдоп (Aero-Z 301-2Z); 4 – Тдоп (АС 240/39); 5 – Tt (АС 240/39, опоры ЖБО, пролет уменьшен на 50%); 6 – Tt (Aero-Z 301-2Z, опоры ЖБО); 7 – Tt (TACSR ACS 240/40, опоры МРО, пролет уменьшен на 50%); 8 – Tt (GTACSR 240/40, опоры ЖБО)	1 – Тдоп (GTACSR 240/40); 2 – Тдоп (TACSR 240/40); 3 – Тдоп (Aero-Z 301-2Z); 4 – Тг (GTACSR 240/40); 5 – Тг (TACSR ACS 240/40, опоры МРО); 6 – Тг (Aero-Z 301-2Z, опоры ЖБО)
Рис. 3. Зависимость полных тяжений в проводах от изменения температуры для вариантов III концепции	Рис. 4. Зависимость полных тяжений проводов от толщины стенки гололедных отложений плотностью 900 кг/м2 для вариантов I концепции

Во всех рассмотренных концепциях ветровая нагрузка на провода без отложений неопасна, так как тяжения не превышают допустимых значений, а стрелы провеса находятся в пределах габарита линии.

Анализ ожидаемых нагрузок в виде чистого гололеда показал, что наибольшая толщина стенки гололеда (53 мм), которую может выдержать провод ВЛ, наблюдается в первом варианте первой концепции развития ВЛ (рис. 4), при этом стрела провеса провода не превосходит допустимого значения. Следовательно, этот вариант является наиболее механически прочным по сравнению с другими, что в дальнейшем при эксплуатации линии может обеспечить высокую степень надежности работы ВЛ. Ожидаемые гололедно-ветровые нагрузки представлены на рис. 5-7.

1 – Тдоп (GTACSR 240/40); 2 – Тдоп (TACSR 240/40); 3 – Тдоп (Aero-Z 301-2Z); 4 – Т.г. (GTACSR 240/40); 5 – Т.г. (TACSR ACS 240/40); 6 – Т.г. (Aero-Z 301-2Z)	1 – Тдоп (AC 240/39); 2 – Т.г. (AC 240/39)
Рис. 5. Зависимость полных тяжений проводов от толщины стенки гололедных отложений плотностью 00 кг/м2 при воздействии ветра со скоростью = 8 м/с для вариантов I концепции	Рис. 6. Зависимость полных тяжений проводов от толщины стенки гололедных отложений плотностью 900 кг/м2 при воздействии ветра со скоростью = 8 м/с для вариантов II концепции

1 – Тдоп (TACSR ACS 240/40); 2 – Тдоп (GTACSR 240/40); 3 – Тдоп (Aero-Z 301-2Z, опоры ЖБО); 4 – Тдоп (AC 240/40, уменьшенный пролет); 5 – Т.г. (AC 240/40, уменьшенный пролет); 6 – Т.г. (GTACSR 240/40); 7 – Т.г. (TACSR ACS 240/40); 8 – Т.г. (Aero-Z 301-2Z, опоры ЖБО)

Рис. 7. Зависимость полных тяжений проводов от толщины стенки гололедных отложений плотностью 900 кг/м2 при воздействии ветра со скоростью = 8 м/с для вариантов III концепции

Из графиков 5-7 следует, что нагрузки на провода практически не изменились, а в некоторых случаях тяжения при гололедно-ветровой нагрузке оказались меньше тяжений при гололедной нагрузке, что объясняется уменьшенными значениями начальных стрел провеса провода и, следовательно, увеличенным начальным горизонтальным тяжением провода при гололедной нагрузке. В целом же характер нагрузок повторяет случай с чисто гололедным воздействием и, следовательно, наиболее механически устойчивым вариантом строительства участка ВЛ является первый вариант первой концепции (провод Aero-Z, опоры ММО, пролет уменьшен в два раза).

Для сравнительного анализа капиталовложений Кj и комплексного показателя надежности Nкомпл j, их значения нормированы по формулам:

, (о.е.); , (8)

где j – вариант строительства ВЛ.

Произведена оценка вариантов предложенных концепций по комплексному показателю надежности и капиталовложениям (рис. 8).

Рис. 8. Сравнительная оценка вариантов развития ВЛ

по трем концепциям по капиталовложениям и надежности

Сравнительный анализ показал, что наиболее надежными и капиталоемкими являются варианты первой концепции. Наибольшей надежностью обладает первый вариант первой концепции; наименьшей надежностью и наименьшими капиталовложениями – вариант второй концепции. Среди вариантов третьей концепции наибольшей надежностью и наименьшими капиталовложениями обладает четвертый вариант (табл. 2). Следовательно, оптимальное решение должно принадлежать зоне компромисса.

В четвертой главе показано, что проектирование ВЛ следует проводить на базе системного подхода, учитывающего взаимосвязь технических и экономических параметров. Для определения оптимального варианта необходимо решить многокритериальную задачу.

Разработан алгоритм решения многокритериальных задач оптимизации на примере выбора оптимального варианта развития воздушной линии электропередачи напряжением 110-220 кВ, работающих в экстремальных метеоусловиях (рис. 9).

Рис. 9. Блок-схема разработанного алгоритма

Выбор оптимального варианта произведен методами Парето и аддитивной свертки.

В состав паретовских решений не вошли варианты второй концепции, а также второй и третий варианты третьей концепции (рис. 10).

Сведение многокритериальной задачи к однокритериальной было произведено также путем введения «суперкритерия – К0»:

(9)

где 1 – вклад критерия надежности в суперкритерий; Кн – значение критерия надежности, отн. ед.; 2 – вклад критерия экономичности в суперкритерий; Кэ – значение критерия экономичности, отн. ед; j – число вариантов развития ВЛ.

Рис. 10. Нахождение паретовских решений

Рассмотрены три случая:

1случай. Вклады частных критериев равнозначны: 1 = 2 = 0,5 –
оптимальным оказывается 1 вариант первой концепции.

2 случай. Наиболее важным критерием является ЧДД: 1 = 0,2;
2 = 0,8 – оптимальным становится 4 вариант третьей концепции.

3 случай. Приоритет отдается надежности: 1 = 0,8; 2 = 0,2 – оптимальным становится первый вариант первой концепции.

Анализ показал, что решения многокритериальной задачи методами Парето и аддитивной свертки дали одинаковые результаты. Оптимальными становятся первый вариант первой концепции и четвертый вариант третьей концепции, но из-за 4-кратного превышения капиталовложений в первый вариант первой концепции наиболее предпочтительным в условиях переходного периода российской экономики является четвертый вариант 3 концепции, который уступает ему по надежности в 2,3 раза. Экономические показатели вариантов развития ВЛ представлены в табл. 3.

Таблица 3

Экономические показатели вариантов развития ВЛ

Показатели	Ед. изм.	Концепции
		I			II	III
		Варианты
		1	2	3	1	1	2	3	4
Интегральный эффект	млн. руб.	326,78	319,65	327,76	384,99	368,25	376,96	341,34	391,36
Индекс доходности	руб./руб.	3,82	3,49	3,87	15,42	8,45	10,45	5,17	17,69
Срок окупаемости	лет	3,2	3,3	3,25	1,7	2,2	1,8	2,6	1,5
Рентабельность	%	38,36	38,25	38,36	38,05	38,3	38,41	37,92	38,44
Системный эффект	млн. руб.	15,646	14,092	14,58	6,14	9,6	7,5	14,1	11,5

ЗАКЛЮЧЕНИЯ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что до 40% всех аварий ВЛ составляют воздействия сверхрасчетных гололедно-ветровых нагрузок на провода, тросы и опоры. для увеличения механической прочности воздушной линии электропередачи рекомендованы металлические многогранные опоры, композитные провода марки Aero-Z и высокотемпературные провода GTACSR и TACSR ACS, а также полимерные изоляторы.
2. Выбраны концепции развития ВЛ 110-220 кВ, подверженных экстремальным метеовоздействиям, и составлены их математические модели. Предложена стратегия развития воздушных линий электропередач для переходного периода российской экономики. Показано, что варианты первой и третьей концепций могут управляться экономическими методами, но варианты первой концепции требуют больших (в 1,4-4 раза) капитальных вложений, что затруднительно для российской экономики в переходном периоде её развития.

3. Разработаны варианты с разной степенью надежности для выбранных концепций развития воздушных линий электропередач. Составлен программно-вычислительный комплекс для расчета механических нагрузок на провода ВЛ. Анализ ожидаемых метеорологических нагрузок показал, что наибольшей механической прочностью обладает первый вариант первой концепции (опоры ММО, провод Аero-Z, пролет сокращен в 2 раза, Т = 50 лет), но он и наиболее капиталоемкий. Среди вариантов третьей концепции наибольшей надежностью и наименьшими капиталовложениями обладает четвертый вариант (опоры ММО, провод АС, пролет сокращен в 2 раза, Т = 35 лет). Следовательно, оптимальное решение должно принадлежать зоне компромисса.

4. Разработана методика решения многокритериальной задачи определения оптимального варианта развития ВЛ в сложных метеоусловиях, в алгоритм которой включены этапы определения расчетно-климатических нагрузок, выбора тарифов и удельной стоимости электроэнергии с учетом уровня надежности ВЛ.

Сформулирована система частных критериев: надежности и экономической эффективности, позволяющих учитывать проектную и эксплуатационную надежность ВЛ и оценивать конкурентоспособность вариантов развития ВЛ.

5. Установлено, что оптимальным вариантом развития ВЛ в переходный период развития российской экономики может быть вариант с многогранными опорами, проводом марки АС при сокращении пролета в два раза, периоде повторяемости климатических нагрузок Т = 35 лет и частичной плавке гололеда (4 вариант третьей концепции). Системный эффект от внедрения составляет 11,5 млн. руб. в год, срок окупаемости 1,5 года (участок линии 12 км).

Список опубликованных работ по теме диссертации:

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Лебедева, Ю.В. Анализ концепций развития воздушных линий электропередачи 110-500 кВ, работающих в сложных метеоусловиях / Н.Ю. Шевченко, Ю.В. Лебедева, Г.Г. Угаров, А.Г. Сошинов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2010. – Декабрь. – С. 8-12.

2. Лебедева, Ю.В. Совершенствование системы тарифообразования на электрическую энергию / Н.В. Гусева, Н.Ю. Шевченко, А.Г. Сошинов, Ю.В. Лебедева // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2010. – №5(1). – С. 277-280.

В центральных научных периодических изданиях

3. Лебедева, Ю.В. Оптимизационная модель реконструкции ВЛЭП в экстремальных метеорологических условиях / Ю.В. Лебедева, Н.Ю. Шевченко, А.Г. Сошинов // Современные проблемы науки и образования. – 2010. – №6 – С. 68-71.

4. Лебедева, Ю.В. Методика выбора технических мероприятий по повышению надежности ВЛЭП в экстремальных метеоусловиях / Н.Ю. Шевченко, Ю.В. Лебедева, А.Г. Сошинов // Известия ВолгГТУ. Сер. Процессы преобразования энергии и энергетические установки. Вып. 2: межвуз. сб. науч. статей / ВолгГТУ. – Волгоград, 2009. – №7(55). – С. 77-80.

5. Лебедева, Ю.В. Внедрение автоматизированной системы наблюдения за гололедом в Камышинских электрических сетях / Н.Ю. Шевченко, А.Г. Сошинов, Ю.В. Лебедева, Н.П. Хромов // Современные проблемы науки и образования. – 2009. – №5. – С. 127-132.

Прочие публикации

6. Лебедева, Ю.В. Экономическая эффективность инвестиций, направляемых на повышение надежности ВЛЭП в экстремальных метеоусловиях / Ю.В. Лебедева, Н.Ю. Шевченко, А.Г. Сошинов // Проблемы электроэнергетики: сб. науч. тр. – Саратов, 2009. – С. 110-114.

7. Лебедева, Ю.В. Новые технологии в производстве проводов ВЛЭП / Н.Ю. Шевченко, Ю.В. Лебедева // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы V Всерос. науч.-практ. конф. : в 3 т., 4-6 декабря 2008 г. – Волгоград, 2008. – Т 1.– С. 230-232. (Представлены технические мероприятия, повышающие эффективность работы ВЛЭП).

8. Лебедева, Ю.В. Концепции безаварийной работы воздушных линий электропередачи при экстремальных метеовоздействиях / Ю.В. Лебедева, Н.Ю. Шевченко // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы V Всерос. науч.-практ. конф. : в 3 т., 4-6 декабря 2008 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ. – Волгоград, 2008. – Т. 1. – С. 191-194.

9. Лебедева, Ю.В. Технико-экономическое сравнение вариантов строительства ВЛЭП / Ю.В. Лебедева, Н.Ю. Шевченко // Энергетика в современном мире: материалы VI Всерос. науч.-практ. конф. – Чита: ЧитГУ, 2009, – Ч. 1. – С. 258-264.

10. Лебедева, Ю.В. Сравнительные характеристики изоляторов напряжением 110 кВ / Ю.В. Лебедева, Н.Ю. Шевченко // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы V Всерос. науч.-техн. конф., г. Камышин, 4-6 декабря 2008 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ. – Волгоград, 2009. – Т. 1. – С. 223-227.

11. Лебедева, Ю.В. Применение многогранных металлических опор для повышения надежности линий электропередачи / Ю.В. Лебедева,
Н.Ю. Шевченко // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы конф., 4-6 декабря 2008 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ. – Камышин, 2008. – Т. 1. – С. 194-198.

12. Лебедева, Ю.В. Эффективные конструкции элементов ВЛЭП, противодействующие экстремальным метеоусловиям / Н.Ю. Шевченко, Ю.В. Лебедева // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы V Всерос. науч.-практ. конф.: в 3 т., 4-6 декабря 2008 г. – Волгоград, 2008. – Т. 1. – С. 232-236.

13. Лебедева, Ю.В. Выбор критериев сравнительной технико-экономической эффективности проектирования и строительства электрической сети / Н.Ю. Шевченко, Ю.В. Лебедева // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы V Всерос. науч.-практ. конф.: в 3 т., 4-6 декабря 2008 г.– Волгоград, 2008. – Т 1. – С. 227-230.

14. Лебедева, Ю.В. Новые технологии для улучшения физико-механических свойств проводов линий электропередач / Н.Ю. Шевченко,
Ю.В. Лебедева // Материалы и технологии ХХI века: материалы VII Междунар. науч.-техн. конф. / Приволжский дом знаний. – Пенза, 2009. – С. 155-156.

15. Лебедева, Ю.В. Анализ применения интегральных критериев экономической эффективности инвестиционных проектов в электроэнергетику / Н.В. Гусева, Н.Ю. Шевченко, Ю.В. Лебедева // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы конф., 15-16 декабря 2009 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ. – Камышин, 2009. – Т. 2. – с. 45-46.

16. Лебедева Ю.В. Основные пути повышения надежности и эффективности воздушной линии электропередачи / Ю.В. Лебедева, Н.Ю. Шевченко, Г.Г. Угаров, А.Г. Сошинов // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы конф., 15-16 декабря 2009 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ. – Камышин, 2009. – Т. 2. – С. 61-66.

17. Лебедева, Ю.В. Системный подход к повышению надежности и эффективности работы ВЛЭП / Н.Ю. Шевченко, Ю.В. Лебедева,
А.Г. Сошинов // Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов: сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. студентов, магистров, аспирантов, 10-12 ноября 2009 г./ Тольяттинск. гос. ун-т, Электротехн.
фак-т. – Тольятти, 2009. – С. 374-376.

18. Лебедева, Ю.В. Повышение надежности работы ВЛЭП путем внедрения автоматизированной системы наблюдения за гололедом /
Н.Ю. Шевченко, Ю.В. Лебедева, А.Г. Сошинов // Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий: материалы Межрегион. науч.-практ. конф., г. Волжский, 22-25 сентября 2009 г. / Филиал ГОУВПО «МЭИ (ТУ)». – Волжский, 2010. – С. 88-90.

19. Лебедева, Ю.В. Многокритериальная оценка опор линий электропередачи / Ю.В. Лебедева, Н.Ю. Шевченко // Проблемы электроэнергетики: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2009. – С. 46-49.

20. Лебедева, Ю.В. Повышение сетевой надежности путем применения современных типов изоляторов / Ю.В. Лебедева, Н.Ю. Шевченко // Тинчуринские чтения: материалы докл. IV Междунар. молодежн. науч. конф., 22-24 апреля 2009 г. / Казанск. гос. энергетич. ун-т. – Казань, 2009. – Т. 1. – С. 37-39.

Подписано в печать 22.04.11 Формат 6084 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,16 (1,25) Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 71 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Тел.: 24-95-70; 99-87-39, е-mail: [email protected]