Адаптированная риск-ориентированная система мониторинга и управления воздушных и кабельных линий

Page 1

Page 2

Адаптированная
риск-ориентированная система
мониторинга и управления
воздушных и кабельных линий

По материалам

VI Научно-практической конференции

КОНТРОЛЬ

ТЕХНИЧЕСКОГО

СОСТОЯНИЯ

ОБОРУДОВАНИЯ

ОБЪЕКТОВ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

Базовой

потребностью

клиентов

электроэнергетической

компании

является

макси

мально

надежное

снабжение

электроэнергией

гарантированно

высоким

качеством

то

же

время

потребностями

сетевой

энергокомпании

становятся

минимизация

капи

тальных

операционных

затрат

минимизация

потерь

при

электроснабжении

Российской Федерации

в течение последних трех

лет отмечается улучше-

ние уровня надежности

электроснабжения. Всего отрас-

ли удалось значительно снизить

аварийность: в генерации — на

11%, в распределительных се-

тях — на 20%. Потери электро-

энергии в сетях за 5 лет снизи-

лись на 15%. На уровне страны

в целом улучшаются уровни SAIDI

и SAIFI, стремясь к целевым пока-

зателям по уменьшению первого

показателя в 3–8 раз, а второго —

в 2–4 раза. Но при этом в России,

как и в целом в мире, показатель

SAIDI в электросетях среднего

класса напряжения по-прежнему

в 3–4 раза выше, чем в электро-

сетях высокого класса напряже-

ния [1].

Однако нулевая аварийность

недостижима — и это очевидно

как самим энергетикам, так и по-

требителям электроэнергии. Не-

избежный рост капитализации

при дооснащении энергосистемы

дорогостоящим оборудованием

впоследствии приводит к увели-

чению тарифов на электроэнер-

гию. В итоге стоимость качества

поставки несут как потребители

энергии, ощущая на себе увели-

чение стоимости, так и распреде-

лительные сети.

При этом низкий уровень на-

дежности, напротив, вызывает

очень большие экономические

потери у потребителей электро-

энергии из-за простоя предприя-

тий, прекращения ресурсодобычи

и ресурсопередачи. Необходимо

найти баланс между вложениями

в модернизацию энергосистемы

и надежностью. Очевидно, что

в определенный момент объем

денежных вложений, необходи-

мых для достижения следующего

процента повышения надежно-

сти электроснабжения, превы-

сит положительный экономиче-

Кучерявенков

директор ООО МНПП «АНТРАКС»

График

соотношения

затрат

энергокомпаний

затрат

потребителей

при

повышении

качества

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Page 3

ский эффект для потребителей

и сетевых компаний от данного

повышения. Срок возврата ин-

вестиций чрезвычайно вырастет,

а ARIE — средняя эффектив-

ность инвестиций для увеличе-

ния уровня надежности на 1% —

станет цифрой со множеством

нулей [2].

Одной из возможностей для

определения правильного пути

модернизации энергосистемы с

гарантированно эффективным

уровнем вложений служит улуч-

шение потенциала использова-

ния капитальных вложений. Су-

ществующая структура сети не

адаптивна для применения в ней

новых систем учета электро-

энергии и систем интеллекту-

альной диагностики, что, в свою

очередь, порождает целый ком-

плекс проблем, связанных с низ-

кой эф фек тив нос тью и высокими

затратами на содержание. Сети,

особенно среднего класса напря-

жения, характеризуются слабой

информативностью по загрузке

и ресурсам эксплуатируемых ак-

тивов, отсутствием возможности

удаленного управления обору-

дованием, отсутствием функций

самодиагностики и самовосста-

новления сети. Правильные вло-

жения позволят контролировать

активы энергокомпании и ис-

пользовать их полноценнее.

В то же время глобальная

программа

трансформации,

включающая в себя полное пе-

реоснащение устройств АСКУЭ,

телемеханики, РЗА, систем кон-

троля качества электрической

энергии, модернизацию измери-

тельного комплекса, в том чис-

ле цепей трансформаторов тока

и трансформаторов напряжения,

является весьма дорогостоя-

щим и долгосрочным проектом.

В перспективе трех-, пятилетних

программ развития электроэнер-

гетической сети стоимость по-

добного пути станет максималь-

на, а снижение индикативных

показателей — минимально. Ре-

ализация его на территории всей

России в ближайшие 5 лет невоз-

можна. В итоге потребитель сла-

бо почувствует улучшение уров-

ня надежности, а энергосистема

существенно увеличит свою ка-

питализацию и будет вынуж-

дена вложить большой объем

собственных инвестиций. Для по-

иска точки баланса во вложениях

верное направление могут под-

сказать новые источники дохода

для энергокомпании, например,

развитие возможностей обслу-

живания электрооборудования

абонента, развитие клиентских

сервисов, оптимизация потреб-

ления для клиента и, прежде

всего, новая модель управления

активами.

Также необходимо рассмот-

реть реализацию новой модели

управления активами на основе

риск-ори ен ти ро ван ного управ-

ления. Данная задача не требу-

ет глобального переоснащения

энергосистемы. В то же время

необходимо четкое знание архи-

тектуры клиентской сети и струк-

туры потребления клиентов,

и, разумеется, возможных пара-

метров работы сети и архитекту-

ры сети электроэнергетической

компании.

Полный портрет поведения по-

требителей дает понимание до-

полнительных сервисов, которые

могут заинтересовать клиента,

а также позволяет реализовать

многоуровневую надежность для

удовлетворения потребителей.

Системный сбор и обработка

данных о поведении сети элек-

троснабжения дает возможность

сформировать

рекомендации

по оптимальному поведению,

позволяющему уменьшить пики

нагрузки и оптимизировать загруз-

ку оборудования пользователя.

При внедрении риск-ори ен-

ти ро ван ного управления сетью

очевидна необходимость (пол-

ная либо частичная) исключения

человека из процесса принятия

решений и замены его специаль-

ными комплексами автоматики,

управляющими на уровне всей

системы и отдельных ее объек-

тов на основе формализованных

методов формирования комму-

тационных состояний. Соответ-

ственно необходимо внедрение

автоматизированного дистанци-

онного управления там, где это

не реализовано в настоящий

момент. Так, в среднем несек-

ционированная длина воздуш-

ных линий составляет 10–12 км,

за Уралом доходя до 15–17 км.

Такая архитектура сети для до-

стижения необходимого уровня

надежности требует внедрения

систем обнаружения места воз-

никновения аварийной ситуа-

ции как на подстанции, так и на

воздушных и кабельных линиях

электропередачи, с последую-

щей автоматической изоляцией

поврежденного участка и восста-

новлением питания на неповреж-

денных секциях. После устране-

ния причины аварийной ситуации

также необходимо восстановле-

ние нормальной схемы питания

потребителей [3].

Обеспечение наблюдаемос-

ти каждой трансформаторной

и распределительной подстан-

ции сети, не осуществляя гло-

бального переоснащения систем

РЗА и измерительного ком-

плекса, возможно при исполь-

зовании систем телемеханики

и мониторинга фидеров с функ-

ционалом локализации аварий-

ных процессов. При внедрении

риск-ори ен ти ро ван ной системы

мониторинг и управление узло-

выми точками воздушной линии

электропередачи осуществляет-

ся дистанционно управляемыми

разъединителями и индикатора-

ми короткого замыкания с пере-

дачей информации в центра-

лизованную систему. При этом

система определяет возникно-

вение повреждения на воздуш-

ной или кабельно-воздушной

линии электропередачи, отобра-

жает аварийные процессы на

географической карте и мнемос-

хеме с отправкой предупрежде-

ний. Помимо непосредственных

функций дистанционного управ-

ления с функционалом блоки-

ровки, важнейшим свойством

системы становится широкомас-

штабный сбор информации вы-

сокочувствительными датчиками

с непосредственной привязкой

меток реального времени и GPS.

Датчики типа ИКЗ-В34 и А-сигнал

выявляют самоустранившиеся

«клевки» на землю, чувствуют

возмущения в воздушной и ка-

бельно-воздушной линиях, на-

чинающиеся пробои в изоляции

кабеля и изоляторах, в том числе

на смежных участках воздушной

линии. Индикаторы типа ИКЗ-В36

измеряют вибрации проводов,

№

1 (58) 2020

Page 4

определяя отклонения от нор-

мальных режимов работы.

Максимальное использова-

ние информации, имеющейся

в распоряжении коммутацион-

ных аппаратов и высокочувстви-

тельных датчиков, позволяет

определять любые аварийные

процессы на линиях смешанной

топологии, не требуя доступа

к данным центров питания и або-

нентским РП/ТП. Комплексная

обработка данных в системе

КОМОРСАН от мониторов фи-

дера типа А-сигнал решает три

основные проблемы замыкания

на землю в сети с изолирован-

ной нейтралью: определение

емкостных токов, фиксация пе-

ренапряжений и определение

поврежденного фидера. Работа

в системе мониторинга и управ-

ления дает возможность при

выборе оптимального пути сек-

ционирования

поврежденного

участка и возвращения питания

остальным потребителям учиты-

вать «переносные заземления»

и остальные коммутационные

аппараты. Функция самодиагно-

стики позволяет контролировать

расход ресурсов всего включен-

ного в наблюдаемый участок

оборудования и своевременно

выявлять неисправности.

Применение датчиков, реаги-

рующих на все виды повреждений

с определением направления как

в составе коммутационных ап-

паратов, так и отдельно, не тре-

бует наличия микропроцессор-

ных устройств релейной защиты

и автоматики по концам воздуш-

ной линии. Запуск алгоритма от-

деления поврежденного участка

в сис те ме мониторинга и управ-

ления не только осуществляется

с контролем времени доставки

команд, но и вводит запрет на

другие переключения на уровне

SCADA. Модуль FLISR сис темы

мониторинга и управления осу-

ществляет контроль процесса

выполнения и успешности за-

вершения алгоритма отделения,

фиксируя изменения положения

коммутационного аппарата, на-

личие напряжения, бросков тока

и так далее. После восстановле-

ния питания по факту устранения

повреждения модуль FLISR си-

стемы мониторинга и управления

проверяет отсутствие перегрузок

на воздушной линии, включая

возможность перегрузки сосед-

него фидера.

Помимо модуля FLISR, от-

вечающего за автоматическое

определение

поврежденного

участка сети, его локализацию

и восстановление электроснаб-

жения, масштабный сбор данных

в системе мониторинга и управ-

ления позволяет реализовать

прогностические функции. Реа-

лизация алгоритмов предиктив-

ной аналитики базируется на

работе нейронной сети с данны-

ми о типичных аварийных про-

цессах, собранными интеллекту-

альными устройствами компании

«АНТРАКС» в течение нескольких

лет. Механизмы работы с боль-

шими массивами данных по-

зволяют формировать рекомен-

дации о возможных проблемах

на линии. Система мониторинга

и управления в модуле «Совет-

чик» выдает рекомендации на

основе полученных данных, что

дает возможность предотвратить

аварийные отключения. Напри-

мер, в модуле отмечается высо-

кая частота отключений, в связи

с чем рекомендуется замена про-

вода на участке на самонесущий

изолированный провод. Так же

модуль «Советчик» формирует

рекомендации о необходимости

внеочередного обхода на участ-

ке с рекомендацией проверить

растительность на участке. Фик-

сация системой угрозы перехо-

да в устойчивое ОЗЗ формирует

рекомендации о проведении на

участке с точными географичес-

кими координатами проверки

изоляторов на предмет пробоев.

Хочется отметить, что риск-

ори ен ти ро ван ное

управление

развитием активов базируется

на отслеживании текущего со-

стояния сети в текущий момент

времени. Это позволяет не толь-

ко выявлять нарушения на ран-

ней стадии, но и информировать

пользователя о предполагаемой

длительности перерывов в энер-

госнабжении. Сеть, дооснащен-

ная разработанной компанией

Вид

модуля

FLISR

веб

клиенте

системы

мониторинга

управления

КОМОРСАН

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Page 5

ООО МНПП «АНТРАКС»

+7 (495) 991-12-30,

www.antraks.ru,

[email protected]

Вид

модуля

Советчик

веб

клиенте

системы

мониторинга

управления

КОМОРСАН

«АНТРАКС» Системой монито-

ринга и управления, в дальней-

шем в реальном времени смо-

жет отслеживать режимы работы

всех участников процесса выра-

ботки, передачи и потребления

электроэнергии. Получая об-

ратную связь через разветвлен-

ную систему датчиков в режиме

online, Система реагирует на

все изменения, происходящие

в сети, принимая оптимальные

решения для предотвращения

аварий и осуществления энер-

госнабжения с максимальной на-

дежностью и экономической эф-

фективностью.

Умное управление активами

базируется на аналитической об-

работке больших массивов дан-

ных, что возможно только с при-

менением технологий обучения

нейронной сети. При использо-

вании данных от высокочувстви-

тельных датчиков о фиксации

провалов напряжения, о сред-

нем, минимальном и максималь-

ном текущем значении для линии

возможна классификация собы-

тий по причинам возникновения.

Такая информация используется

для оптимизации активов опера-

тора управления за счет выпол-

нения рекомендации по замене

и дооснащению электрооборудо-

вания, по внеочередному осмо-

тру ОВБ, по сопутствующим ра-

ботам на воздушной и кабельной

линии при выводе ее в ремонт, по

режимам эксплуатации [4].

Бессистемное внедрение но-

вого оборудования не даст кар-

динального улучшения. Баланс

между расходами на модерни-

зацию энергосистемы и эконо-

мический эффект от уменьше-

ния недоотпуска и потерь может

быть достигнут путем постепен-

ного внедрения интеллектуаль-

ных датчиков с online переда-

чей информации с расчетных

модулей Системы мониторинга

и управления. Достигнутый уро-

вень автоматизация при таком

внедрении позволит предотвра-

тить возникновение технологи-

ческих нарушений, в том числе

вызванных ошибками персона-

ла, а также снизить численность

оперативного и эксплуатацион-

ного персонала. Модули про-

гнозирования обеспечат ана-

лиз тенденций переходных

событий, что даст возможность

персоналу распределительных

сетей запланировать техниче-

ское обслуживание до того, как

произойдет неисправность. Ис-

пользование электроэнергети-

ческими компаниями адаптиро-

ванной риск-ори ен ти ро ван ной

Системы мониторинга и управ-

ления воздушных и кабельных

линий значительно улучшит

индексы надежности SAIDI (до

10 раз) и SAIFI, снизит стоимость

обслуживания оборудования до

40% в год, уменьшит износ обо-

рудования в распределитель-

ных сетях.

ЛИТЕРАТУРА
1. Chollot Y., Biasse J.M., Mallot A.

Feeder Automation Improves Me-

dium Voltage Network Eﬃ ciency /

CIRED Conference, Frankfurt, Ger-

many, June. 23-24, 2008.

2. Kueck J.D., Kirby B.J., Overholt P.N.,

Markel L.C. Measurement Practices

for Reliability and Power Quality. Oak

Ridge, TN Rep. ORNL/TM-2004/91,

2004.

3. Янкович А.Ю., Садохина М.А.,

Шушпанов И.Н. Интеллектуаль-

ная система мониторинга сетей /

Cборник трудов конференции

«Электроэнергетика глазами мо-

лодежи». Самара: СамГТУ, 2017.

C. 300–303.

4. Штац Т., Бушек Х. Сотрудниче-

ство — ключ к совершенствованию

систем DMS/OMS // Transmission &

Distribution World. Russian Edi tion.

Приложение к журналу «ЭЛЕК-

ТРО ЭНЕРГИЯ. Передача и рас-

пределение», 2013, № 6(21).

С. 18–22.

№

1 (58) 2020

Оригинал статьи: Адаптированная риск-ориентированная система мониторинга и управления воздушных и кабельных линий

Читать онлайн

Базовой потребностью клиентов электроэнергетической компании является максимально надежное снабжение электроэнергией с гарантированно высоким качеством. В то же время потребностями сетевой энергокомпании становятся минимизация капитальных и операционных затрат и минимизация потерь при электроснабжении.