Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет» Камышинский технологический институт (филиал)

СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

М.В. Панасенко, А.Г. Сошинов, И.А. Золотарев

Аннотация

устройство отложение электропередача провод

Разработанные и внедренные устройства принципиально не позволяют на необходимом уровне решать задачи предотвращения гололёдно-ветровых аварий. Системы мониторинга до сих пор не рассматриваются как средства обнаружения воздействий и распознавания вида отложений. Разработано устройство на основе датчиков крена, которое не только с высокой вероятностью определяет наличие отложений на проводах воздушных линий электропередачи, но определяет и распределение отложений вдоль провода анкерного пролёта, а также не требует внесения изменений в конструкцию траверс воздушных линий. Устройство обнаружения отложений, содержащее датчики крена может быть использовано на вновь устанавливаемых воздушных линиях. Там, где позволяют условия, необходимо применять устройства обнаружения отложений, содержащих Y-образную подвеску силоизмерительных датчиков. Если же точность систем мониторинга, построенных на устройствах по последнему варианту, не удовлетворяет, можно установить датчики крена в эти устройства. Внедрение данных устройств позволит повысить надежность электроснабжения.

Ключевые слова - воздушные линии электропередачи, мониторинг, гололед, устройства контроля гололедообразования, датчики.

Annotation

THE OUTER POWER LINES MONITORING SYSTEMS

М.V. Panasenko, А.G. Soshinov, I.А. Zolotarev

Federal state budget high educational institute «Volgograd state technical university » Kamyshin technological institute (branch) Federal state budget high educational institute «Volgograd state technical university », Kamyshin, Russian Federation

The current devices can't effectively prevent the glaze and wind accidents. Monitoring systems still aren't considered to act effectively in sediments' types and their influence detection. A tilt sensor device which not only defines the sediments' presence at wire and power lines with high accuracy but also marks the sediments' presence along the anchorage wire and doesn't need the change of traverse overhead lines has been worked out. A tilt sensor device can be used at newly installed outer power lines. The sediments recognition devices with Y-shaped force sensors should be used in appropriate meteorological conditions. If the monitoring systems accuracy is not complete, tilt sensors could be installed at these appliances. The mentioned devices' introduction can improve the power supply effectiveness.

Key words - outer power lines, monitoring, ice, glaze formation control appliances, sensors.

Введение

В настоящее время 90% воздушных линий (ВЛ) электропередачи не оборудованы системами мониторинга, поэтому контроль за метеорологическими воздействиями ведется визуальным способом выездными бригадами служб сетевых районов, а передача полученной ориентировочной информации происходит имеющимися средствам связи. В соответствии с этим способом наблюдателем производится оценка: величины диаметра гололедной муфты, распределения отложений по пролетам ВЛ, вида отложений, направления и скорости ветра. Важно заметить, что при использовании такого перечня оцениваемых параметров и визуальной (приблизительной, качественной) оценке этих параметров только до 12-15% всех проводимых в настоящее время плавок проводятся именно тогда, когда отложения на проводах и грозотросах ВЛ, в сочетании с ветром, действительно могут разрушить линию (вероятность разрушения конструкции находится в пределах 0,80…1). Остальные же 75-80% плавок являются, как правило, перестраховочными и упреждающими; даже, несмотря на это, при осуществлении такого большого количества перестраховочных и упреждающих плавок, проводимых чаще обоснованных (потребных) в 10-12 раз, не удается избежать разрушений опор и падений линий [1]. Также следует заметить, что в результате «перегрева» проводов и грозотросов происходит разрушение кристаллической решётки металлов, что приводит либо к необратимой деформации материала провода, либо в конечном итоге к его полному разрушению. Проведение большого количества необоснованных плавок объясняется не только и не столько большими ошибками субъективных визуальных оценок параметров отложений из-за практической не реализуемости принятых инструментальных методик, сколько в неправильном выборе параметров, по которым оценивают отложения.

Из теории механической прочности конструкции ВЛ известно, что разрушение наступает в случае превышения внешней силы, действующей на элемент конструкции, предела прочности этого элемента. При воздействии гололёдно-ветровых нагрузок на провода и грозотросы ВЛ внешней силой является суммарная сила, обусловленная весом отложений и неизменным (ламинарным) потоком ветра - статическая составляющая нагрузки; и обусловленная наличием отложений определенной формы и ветра определенной скорости и направления - динамическая составляющая нагрузки или пляска провода (грозотроса). В силу этого, при научно обоснованном прогнозе силового (разрушительного) воздействия отложений и ветра на ВЛ нужно, по крайней мере, измерять вес отложений, силу и направление ветра. Используя же визуальный способ, по приблизительным диаметрам муфт намерзаний оценивают только объем отложений. Именно такой подход и обуславливает такое большое число необоснованных плавок, т.к. удельный вес отложений в зависимости от условий их формирования отличается в 6-8 раз, а, следовательно, при одном и том же объеме отложений их силовое воздействие на ВЛ будет отличаться также в 6-8 раз [2]. К увеличению ошибок приводит также и то, что оценка объема ведется по разности диаметра провода и отложений на нем (модель отложений в виде полого цилиндра), притом, что фактически отложения не могут быть цилиндрическими и всегда имеют сложную неправильную форму. Кроме того, в принятой методике оценки не учитывается неравномерность толщины слоя отложений по длине пролета.

Таким образом, к главным недостаткам визуального способа можно отнести следующие: во-первых, то, что точность способа из-за визуальной оценки («на глаз») принципиально невысока; во-вторых, он требует непосредственного присутствия наблюдателя в месте контроля, что в условиях зимнего бездорожья, небольшой продолжительности светового дня, труднодоступности большинства участков линий значительно усложняет прогнозирование вида отложений на проводе, основанное на решении многомерной задачи термодинамического обменного процесса; в-третьих, практически не реализуем в условиях плохой видимости.

Аналитический обзор способов и устройств мониторинга промежуточного пролета воздушной линии электропередачи

Анализируя всю известную до настоящего момента информацию об инструментальных параметрических способах и устройствах мониторинга гололедно-ветровых нагрузок на провода и грозотросы ВЛ, ее можно систематизировать по основным способам обнаружения отложений [9], основанным на измерениях:

· Плотности (проводимости) отложений на специальных поверхностях, размещенных рядом с проводом ВЛ (на расстоянии обеспечивающим электробезопасность).

· Веса провода с отложениями на нем.

· Прогнозирования вида отложений на проводе, основанное на решении многомерной задачи термодинамического обменного процесса.

· Электрического потенциала наведенного в приемной антенне (грозотросе) от фазного провода.

· Разности напряженностей электрического поля в точке гололедной муфты и за ее пределами.

· Проводимости промежутка между датчиком и проводом.

· Светового потока, проходящего через отложения.

· Приращения затухания непрерывных зондирующих ВЧ сигналов при прохождении их в проводе ВЛ за счет поглощения поверхностного электромагнитного ВЧ поля в неидеальном диэлектрике отложений.

· Приращения волнового коэффициента затухания в полуволновом вибраторе, образованном короткозамкнутыми проводами расщепленной фазы, за счет отложений на нем.

· Временной задержки импульсных сигналов, отраженных от муфт отложений, относительно зондирующих сигналов и отношение амплитуд этих отраженных импульсов.

· Ёмкости «фаза-земля».

Современные системы мониторинга

При этом, как показывает практика, те линии, которые оборудованы устройствами обнаружения воздействий, объединённых в систему (т.е. системой мониторинга ВЛ), в значительно меньшей степени подвержены разрушениям от «непредвиденных» природных воздействий.

Под мониторингом воздушных линий понимается специально организованное, систематическое наблюдение в реальном масштабе времени за гололёдно-ветровыми, температурными и другими воздействиями на ВЛ, с целью их оценки, контроля и прогнозирования.

В настоящее время на рынке устройств, получивших распространение в сетях 35-500 кВ, устойчивое положение занимают устройства, принцип обнаружения воздействий, которых основан на прямом измерении массы провода. Из них чаще всего встречаются устройства с одним силоизмерительным датчиком на каждую фазу. Это были одни из первых устройств [3].

К достоинству данного вида устройств можно отнести лишь только минимум изменений в конструкции ВЛ (в цепочку «траверса-гирлянда-провод» добавляется силоизмерительный датчик, к которому предъявляется требование прочности: усилие на разрыв должно быть не менее усилия на разрыв самой арматуры ВЛ).

К недостаткам относится: низкая вероятность правильного обнаружения отложений 40-50%, большая неточность в определении скорости нарастания отложений и как результат - невозможность определения времени начала принятия мер по удалению отложений (сборки схем плавок), что может приводить к неверной оценке опасных ситуаций, и соответственно, либо к ненужной плавке, либо к разрушению ВЛ.

На смену предыдущим появились устройства с двумя силоизмерительными датчиками на фазу, которые устанавливаются между траверсой опоры и гирляндами изоляторов на расстоянии друг от друга равном длине гирлянды изоляторов с датчиком, а нижние концы гирлянд соединены между собой шарнирно, образуя Y- или V- образную подвеску провода [5].

Вероятность правильного обнаружения отложений данным устройством доходит до 90%. При такой вероятности определения наличия отложений, с большой точностью определяются скорость их нарастания и время до начала сборки схем плавки отложения. Помимо этого, Y-образная подвеска проводов, благодаря более жесткому подвесу провода, снижает такое явление как «пляска проводов» [4].

К основным недостаткам, по которым такие устройства не получили широкого применения относятся необходимость конструктивного вмешательства в траверсу (устройство дополнительных точек для крепления датчиков) или ее замена.

Рассмотрев и проанализировав инструментальные параметрические способы и устройства обнаружения отложений на проводах ВЛ можно отметить следующее: в большинстве работ задача обнаружения, измерения и обработки совмещены в едином устройстве -- релейном силоизмерительном датчике [6].

Для передачи первичной информации и результатов обработки используются провода ВЛ. Обработка сведена к решению простой задачи обнаружения по параметрам, на которые в разной степени влияют некоррелированные параметры, например, при обнаружении по гололедно-ветровой нагрузке она должна определяться по массе отложений, воздействию ветра и его относительному направлению, температуре провода и динамической составляющей колебаний провода (вот почему нужно их по возможности разделять на отдельные составляющие).

Из всего перечня разработанных учеными практических решений и технических устройств реальное внедрение и практическое применение нашли лишь системы и устройства, основанные на гравитационном способе обнаружения отложений на проводах промежуточного пролета ВЛ и на явлениях затухания сквозного зондирующего высокочастотного сигнала, импульсного высокочастотного зондирования проводов ВЛ.

Остальные предложенные устройства обладают серьезными недостатками, препятствующими их массовому внедрению, кроме того необходимо учитывать мероприятия по снижению гололёдно-ветровых аварий при их разработке [7].

Как один из вариантов, рассмотрим новое устройство обнаружения отложений с датчиками крена [8], разработанное авторами.

Увеличение точности измерения гололёдно-ветровых нагрузок связано с тем, что помимо силовых нагрузок измеряется угол наклона гирлянды изоляторов б под действием силы ветра (рис. 1, 2).

Рис. 1 Устройство обнаружения отложений с датчиками крена

1 - тело опоры ВЛ;

2 - траверса;

3 - силоизмерительный датчик;

4 - датчики крена, расположенные в перпендикулярных плоскостях;

5 - гирлянда изоляторов;

6 - провод воздушной линии;

7 - блок питания, опроса, сбора, хранения и передачи информации;

8 - соединительные кабели.

Рис. 2 Векторная диаграмма распределения отложений

- общая нагрузка, измеряемая силоизмерительным датчиком;

- нагрузка, вносимая проводом ВЛ;

- масса отложений (гололёдно-изморозевых, например);

- нагрузка, вносимая ветром.

Благодаря измеренному углу б создаются условия для определения массы отложений по формуле:

(1)

А нагрузка, вносимая ветром, будет определяться по формуле:

(2)

Второй датчик крена измеряет наклон гирлянды изоляторов вдоль оси визирования ВЛ. По его показаниям определяют распределение отложений в анкерном пролёте ВЛ, что помогает лучше «увидеть» картину природного явления и предотвратить возникновение аварийной ситуации [10].

Кроме того, по показаниям датчиков крена, можно определить (примерное время) возникновение такого вредного явления как «предвестник» пляски проводов и заблаговременно принять меры по ее предотвращению.

Выводы

Причина незащищенности ВЛ от гололёдно-ветровых аварий прежде всего заключается в отсутствии эффективной информационно-измерительной системы мониторинга ВЛ. До сих пор в известных работах системы мониторинга не рассматриваются как средства обнаружения воздействия и распознавания его вида, распознавания вида отложений. Мало изучена задача разделения гололедно-ветровой нагрузки на гололедную и ветровую. Известных исследований воздействия динамических нагрузок пляски проводов не достаточно для разработки способов и устройств обнаружения пляски, являющейся основной причиной аварий ВЛ.

Оценка состояния элементов ВЛ по параметрам, контролируемым существующими в настоящее время системами мониторинга гололёдно-ветровых нагрузок ВЛ, принципиально не позволяет на необходимом уровне решать задачу предотвращения гололёдно-ветровых аварий. Поэтому необходимо ввести перечень новых дополнительных и синтезированных параметров, совместно с известными, которые позволят получить более информативную характеристику состояния ВЛ как механической системы.

Для оценки, контроля и прогнозирования состояния ВЛ, и принятия решения о наличии опасности возникновения аварии на ВЛ достаточно обладать информацией о текущем состоянии каждого из промежуточных пролетов ВЛ. При этом целесообразно применять системы мониторинга только на тех промежуточных пролетах, на которых по данным опыта эксплуатации при прочих равных условиях метеорологические воздействия проявляются раньше и нарастают стремительнее, чем на остальных пролетах контролируемой линии.

Там, где позволяют условия, необходимо применять устройства обнаружения отложений, содержащих Y-образную подвеску силоизмерительных датчиков. На вновь устанавливаемых воздушных линиях - использовать устройства обнаружения отложений, содержащие датчики крена. Если же точность систем мониторинга, построенных на устройствах по первому варианту, не удовлетворяет, можно установить датчики крена в эти устройства. При этом в программное обеспечение системы мониторинга нужно лишь ввести алгоритм расчёта массы отложений и нагрузки от ветра.

Таким образом, мы имеем устройство, разработанное авторами, которое не только с высокой вероятностью определяет наличие отложений на проводах ВЛ, но определяет и распределение отложений вдоль провода анкерного пролёта ВЛ, а также не требует внесения изменений в конструкцию траверс ВЛ [11].

Список литературы

1. Диагностика, реконструкция и эксплуатация воздушных линий электропередачи в гололедных районах: учеб. пособие / И.И.Левченко, А.С. Засыпкин, А.А. Аллилуев, Е.И. Сацук. М.: Издательский дом МЭИ, 2007. 448 с.: ил.

2. Кузнецов П.А. Совершенствование мониторинга воздушных линий электропередачи при экстремальных метеорологических воздействиях: диссертация кандидата технических наук: 05.09.03 / П.А. Кузнецов; [Место защиты: ГОУВПО "Саратовский государственный технический университет"]. Саратов, 2008. 173 с.

3. Панасенко М.В., Брыкин Д.А. Обзор используемых устройств обнаружения отложений для систем мониторинга воздушных линий электропередачи // Воздушные линии. 2012. №3. С. 79-82.

4. Панасенко М.В. Состав информационно-измерительных систем мониторинга воздушных линий электропередачи // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. VIII Всерос. науч.практ. конф. (Камышин, 23-25 ноября 2011 г. В 3 т. Т. 1 / ФГОБОУ ВПО ВолгГТУ КТИ (филиал) ВолгГТУ.). Волгоград, 2012. С. 145-148.

5. Панасенко М. В., Хромов Н. П. Современные системы мониторинга воздушных линий электропередачи // Электроэнергетика глазами молодёжи: науч. тр. IV междунар. науч. техн. конф. (Новочеркасск, 14-18 окт. 2013 г.: Т. 1 / Южно-Российский гос. политехн. ун-т (НПИ) им. М.И. Платова.). Новочеркасск, 2013. С. 529-532.

6. Панасенко М.В. Устройство для измерения гололёдной и ветровой нагрузок на провода и тросы воздушных линий электропередачи // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.science-education.ru/113-11277.

7. Панасенко М.В., Шевченко Н.Ю., Хромов Н.П., Сошинов А.Г. Мероприятия по снижению гололёдно-ветровых аварий в электрических сетях // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2014. № 8. C. 30-37.

8. Панасенко М. В. Системы мониторинга воздушных линий электропередачи // Moderni vymozenosti vedy-2013: mater. IX mezinar. vedecko-prakticka konf. (27 ledna-05 unora 2013 r.). Dil 75. Technicke vedy. Praha, 2013. S. 91-93.

9. Панасенко М. В. Ways end device for measurement of klimatik loads of wires and cables of air-lines // Scientific enquiry in the contemporary world: theoretical basiсs and innovative approach: Research articles. Vol. 5. Technical Sciences / Science editor: A. Burkov ; B&M Publishing ; Research and Publishing Center «Colloquium». San Francisco (California, USA), 2014. P. 162-166.

10. Патент РФ №2 145 758, mi.H02G7/16. Опубл. 20.02.2000г. Бюл. №5.

11. Патент РФ №2 291 536, kn.H02G7/16, Н04ВЗ/54. Опубл. 10.01.2007г. Бюл. №1.

Размещено на Allbest.ru