Адаптивная автоматика ограничения перегрузок воздушных линий

background image

background image

40

в

о

з

д

у

ш

н

ы

е

 

л

и

н

и

и

воздушные линии

Адаптивная автоматика 
ограничения перегрузок 
воздушных линий

УДК

 621.311.1:621.3.05

На

 

сегодняшний

 

день

 

актуальным

 

является

 

развитие

 

технологий

обеспечива

-

ющих

 

повышение

 

степени

 

использования

 

пропускной

 

способности

 

существую

-

щих

 

электрических

 

сетей

В

 

статье

 

приведены

 

результаты

 

разработки

 

системы

 

адаптивной

 

автоматики

 

ограничения

 

перегрузки

 

воздушных

 

линий

 

электро

-

передачи

основанной

 

на

 

изучении

 

международного

 

опыта

 

построения

 

систем

 

DLR (Dynamic Line Rating, 

то

 

есть

 

с

 

динамическими

 

токовыми

 

уставками

и

 

адап

-

тации

 

его

 

к

 

отечественной

 

практике

 

эксплуатации

 

ВЛ

 

с

 

расширением

 

в

 

части

 

применения

 

противоаварийной

 

автоматики

Основным

 

отличием

 

предлагаемой

 

системы

 

от

 

существующих

 

на

 

сегодняшний

 

день

 

является

 

ее

 

адаптивность

заключающаяся

 

в

 

учете

 

фактических

 

условий

 

работы

 

ВЛ

 

при

 

определении

 

ее

 

допустимых

 

токовых

 

нагрузок

.

Р

ост

 

электропотребления

 

и

 

усложнение

 

условий

 

для

 

электросетевого

 

строительства

 

характер

-

ны

 

для

 

большинства

 

промышленно

 

развитых

 

стран

 

во

 

всем

 

мире

В

 

связи

 

с

 

этим

 

крайне

 

ак

-

туальным

 

является

 

развитие

 

технологий

обеспечива

-

ющее

 

повышение

 

степени

 

использования

 

пропускной

 

способности

 

существующих

 

электрических

 

сетей

 

с

 

от

-

казом

 

от

 

строительства

 

новых

 

подстанций

 

и

 

линий

 

элек

-

тропередачи

 

или

 

переносом

 

его

 

на

 

более

 

поздний

 

срок

.

Для

 

предотвращения

 

и

 

ликвидации

 

недопустимой

 

перегрузки

 

электросетевых

 

элементов

 

в

 

послеава

-

рийных

 

режимах

 

работы

 

энергосистемы

 

используется

 

противоаварийная

 

автоматика

  (

ПА

). 

Устройства

 

авто

-

матики

 

ограничения

 

перегрузок

 

оборудования

 (

АОПО

предназначены

 

для

 

формирования

 

команд

 

на

 

реали

-

зацию

 

следующих

 

видов

 

управляющих

 

воздействий

 

(

УВ

): 

изменение

 

конфигурации

 

электрической

 

сети

отключение

 

части

 

потребителей

 

электрической

 

энер

-

гии

категория

 

надежности

 

которых

 

допускает

 

перерыв

 

электроснабжения

отключение

 

оборудования

  (

линий

 

электропередачи

трансформаторов

), 

загрузку

/

разгруз

-

ку

/

ограничение

 

генерации

.

Современные

 

устройства

 

АОПО

 

воздушных

 

линий

 

электропередачи

 (

ВЛ

действуют

 

на

 

основе

 

заданных

 

уставок

 

по

 

току

которые

 

рассчитываются

 

исходя

 

из

 

наихудших

 

условий

 

охлаждения

 

провода

  (

наличие

 

солнечной

 

радиации

слабый

 

ветер

и

 

учитывают

 

только

 

фактическую

 

температуру

 

окружающей

 

среды

При

 

наличии

 

условий

обеспечивающих

 

лучшее

 

по

 

сравнению

 

с

 

базовыми

 

условиями

 

охлаждение

 

прово

-

да

 (

сильный

 

ветер

осадки

облачность

), 

имеет

 

место

 

недоиспользование

 

пропускной

 

способности

 

ВЛ

 

при

 

управлении

 

электрическими

 

режимами

 

энергосисте

-

мы

Это

 

отражается

 

на

 

избыточных

 

УВ

 

и

 

снижении

 

на

-

дежности

 

электроснабжения

 

потребителей

.

В

 

рамках

 

реализуемой

 

в

 

настоящее

 

время

 

работы

 

коллективом

 

авторов

 

разрабатывается

 

адаптивная

 

ав

-

Назаров

 

И

.

А

., 

начальник

 

отдела

 

ПС

 

АО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

»

Карева

 

С

.

Н

., 

начальник

 

отдела

 

ВЛ

 

и

 

КЛ

АО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

»

Мерзляков

 

А

.

С

., 

начальник

 

управления

 

электротехнического

 

оборудования

 

АО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

»

Шамонов

 

Р

.

Г

.,

к

.

т

.

н

., 

начальник

 

управления

 

сопровождения

 

ОТУ

 

и

 

режимов

 

Департамента

 

оперативно

-

технологического

 

управления

 

ПАО

 «

ФСК

 

ЕЭС

»

Попов

 

А

.

А

., 

главный

 

эксперт

 

группы

 

режимов

 

управления

 

сопровождения

 

ОТУ

 

и

 

режимов

 

Департамента

 

оперативно

-

технологического

 

управления

 

ПАО

 «

ФСК

 

ЕЭС

»

Сацук

 

Е

.

И

., 

д

.

т

.

н

., 

доцент

начальник

 

службы

 

внедрения

 

противоаварийной

 

и

 

режимной

 

автоматики

 

АО

 «

СО

 

ЕЭС

»

Хохрин

 

А

.

А

.,

 

ведущий

 

инженер

-

исследователь

 

ООО

 «

Прософт

-

Системы

»

Гришин

 

А

.

Е

.,

 

инженер

-

исследователь

 

ООО

 «

Прософт

-

Системы

»

Ключевые

 

слова

воздушные

 

линии

 

электропередачи

противоаварийная

 

автоматика

ограничение

 

перегрузки

температура

 

провода

управляющие

 

воздействия

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


background image

41

томатика

 

ограничения

 

перегрузки

 

линий

 (

АОПЛ

), 

спо

-

собная

 

учитывать

 

фактические

 

условия

 

работы

 

ВЛ

 

и

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

 

определять

 

ее

 

допу

-

стимые

 

токовые

 

нагрузки

 

с

 

соответствующей

 

коррек

-

тировкой

 

необходимых

 

УВ

 

при

 

аварийных

 

ситуациях

.

Далее

 

в

 

статье

 

приводится

 

описание

 

зарубежного

 

опыта

 

по

 

данному

 

направлению

 

и

 

краткое

 

описание

 

разрабатываемой

 

АОПЛ

ОБЩЕЕ

 

ОПИСАНИЕ

 

АВТОМАТИКИ

 

ОГРАНИЧЕНИЯ

 

ПЕРЕГРУЗКИ

 

ЛИНИЙ

В

 

настоящее

 

время

 

в

 

электроэнергетике

 

РФ

 

приме

-

няются

 

два

 

типа

 

ПА

 

с

 

разными

 

подходами

 

к

 

реализа

-

ции

 

функции

 

АОПО

:

– 

классическое

 

устройство

 

АОПО

 

ВЛ

 

или

 

автомати

-

ки

 

разгрузки

 

линии

 (

АРЛ

);

– 

устройство

 

АОПО

 

ВЛ

 

с

 

контролем

 

температуры

 

окружающего

 

воздуха

.

АРЛ

 

использует

 

измеренное

 

значение

 

тока

 

в

 

про

-

воде

 

каждой

 

фазы

 

и

 

информацию

 

о

 

направлении

 

пе

-

ретока

 

активной

 

мощности

 

в

 

ВЛ

 

и

 

обычно

 

содержит

 

набор

 

сезонных

 

уставок

 

по

 

току

который

 

в

 

большин

-

стве

 

случаев

 

ограничивается

 

несколькими

 

уставка

-

ми

: «

зима

», «

межсезонье

», «

лето

». 

Выбор

 

сезонной

 

уставки

 

оперативным

 

персоналом

 

подстанции

  (

ПС

производится

 

по

 

распоряжению

 

диспетчера

.

Устройство

 

АОПО

 

ВЛ

 

с

 

контролем

 

температуры

 

воздуха

в

 

отличие

 

от

 

классического

 

АОПО

позво

-

ляет

 

более

 

полно

 

использовать

 

пропускную

 

спо

-

собность

 

линии

 

за

 

счет

 

применения

 

температур

-

но

-

токовых

 

таблиц

рассчитанных

 

для

 

диапазона

 

температур

 

наружного

 

воздуха

 

от

 –50°

С

 

до

 +50°

С

 

(

как

 

правило

с

 

шагом

 5°

С

), 

либо

 

за

 

счет

 

построенной

 

по

 

этим

 

данным

 

кусочно

-

линейной

 

функции

 

допусти

-

мого

 

тока

 

от

 

температуры

 

воздуха

Датчики

 

темпера

-

туры

 

наружного

 

воздуха

 

устанавливаются

 

на

 

терри

-

тории

 

ПС

.

Расчет

 

аварийно

-

допустимых

 

токовых

 

нагрузок

 

(

АДТН

для

 

занесения

 

в

 

терминал

 

в

 

качестве

 

уставки

 

проводится

 

либо

 

по

 

условиям

 

нагрева

 

с

 

сохранени

-

ем

 

механической

 

прочности

 

проводов

 (

для

 

невысо

-

котемпературных

 

проводов

 

марок

 

А

 

и

 

АС

 

по

 

ГОСТ

 

839-2019 

аварийно

-

допустимая

 

температура

 

прово

-

да

 

ав

.

доп

 = 90°

С

), 

либо

 

по

 

условиям

 

ненарушения

 

допустимых

 

габаритов

  (

в

 

зависимости

 

от

 

того

что

 

наступает

 

раньше

 

для

 

конкретной

 

ВЛ

). 

Длительно

 

допустимые

 

токовые

 

нагрузки

  (

ДДТН

рассчитыва

-

ются

 

исходя

 

из

 

длительно

 

допустимой

 

температуры

 

провода

  (

ДДТП

доп

 = 70°

С

 

по

 

требованиям

 

ПУЭ

-7 

(

для

 

невысокотемпературных

 

проводов

 

марок

 

А

 

и

 

АС

 

по

 

ГОСТ

 839-2019). 

Для

 

ВЛ

оснащенных

 

высокотем

-

пературными

 

проводами

 

по

 

ГОСТ

 839-2019, 

значе

-

ния

 

доп

 

и

 

ав

.

доп

 

выбираются

 

исходя

 

из

 

марки

 

и

 

типа

 

провода

Для

 

проводов

 

с

 

конструкцией

отличной

 

от

 

ГОСТ

 839-2019, 

значения

 

допустимых

 

температур

 

должны

 

задаваться

 

согласно

 

техническим

 

условиям

 

производителей

 

проводов

 

или

 

иных

 

нормативно

-

тех

-

нических

 

документов

регламентирующих

 

примене

-

ние

 

на

 

ВЛ

 

данных

 

типов

 

проводов

.

Однако

 

в

 

любом

 

случае

 

расчет

 

допустимых

 

токовых

 

нагрузок

  (

ДТН

ВЛ

 

ведется

 

для

 

наихуд

-

ших

 

условий

 

охлаждения

 

провода

поэтому

 

зача

-

стую

 

в

 

реальности

 

АОПО

 

ВЛ

 

срабатывает

 

при

 

то

-

ках

 

менее

 

допустимых

 

для

 

данных

 

фактических

 

условий

 

охлаждения

 

проводов

что

 

приводит

 

к

 

избы

-

точным

 

УВ

.

ЗАРУБЕЖНЫЙ

 

ОПЫТ

В

 

мировой

 

практике

 

нашли

 

применение

 

несколько

 

подходов

 

к

 

определению

 

ДТН

 

линии

.

Величина

 

ДТН

 

может

 

быть

 

постоянной

 (static 

line rating), 

то

 

есть

 

задаваемой

 

вручную

 

для

 

опре

-

деленного

 

периода

 

времени

Такая

 

уставка

 

рас

-

считывается

 

для

 

абсолютно

 

всех

 

линий

 

как

 

за

 

рубежом

так

 

и

 

в

 

России

Как

 

правило

значение

 

зависит

 

от

 

сезона

В

 

США

 

оно

 

рассчитывается

 

для

 

фиксированных

 

условий

 

эксплуатации

 

и

 

должно

 

ограничивать

 

перегрузки

 

для

 98%-

ной

 

вероятно

-

сти

одновременного

 

наступления

 

наихудших

 

воз

-

можных

 

условий

 

по

 

всем

 

основным

 

параметрам

 

окружающей

 

среды

Величины

 

ДТН

 

различаются

для

 

нормального

 

режима

а

 

также

 

послеаварийных

 

режимов

 — 

кратковременного

 (

продолжительностью

 

до

 15 

минут

и

 

длительного

  (

продолжительностью

 

до

 4-

х

 

часов

).

В

 

ряде

 

стран

особенно

 

в

 

тех

 

регионах

где

 

на

-

блюдаются

 

существенные

 

колебания

 

температуры

применяется

 

величина

 

ДТН

периодически

 

корректи

-

руемая

 

по

 

внешним

 

условиям

 (

на

 

основании

 

прогно

-

за

 

температуры

 

воздуха

). 

Например

если

 

сезонная

 

токовая

 

нагрузка

 

для

 

летнего

 

периода

 

рассчитана

 

для

 +35°

С

то

 

в

 

случае

 

наличия

 

прогноза

в

 

соот

-

ветствии

 

с

 

которым

 

в

 

течение

 

следующих

 24 

часов

 

температура

 

воздуха

 

не

 

превысит

 +25°

С

токовая

 

нагрузка

 

может

 

быть

 

увеличена

 

на

 10%. 

Недостат

-

ком

 

этого

 

метода

 

является

 

то

что

 

при

 

таких

 

расчетах

 

учитывается

 

только

 

температура

 

воздуха

а

 

воздей

-

ствие

 

ветра

 

и

 

солнечной

 

радиации

 

не

 

учитывается

И

 

наконец

уставка

 

может

 

быть

 

динамической

 

(dynamic line rating, DLR), 

то

 

есть

 

рассчитанной

 

с

 

использованием

 

данных

поступающих

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

Системы

 DLR 

являются

 

есте

-

ственным

 

и

 

логичным

 

усовершенствованием

 

систем

 

расчета

 

уставки

 

статически

по

 

временам

 

года

 

и

 

по

 

внешним

 

условиям

.

В

 

зарубежной

 

литературе

 

концепция

 

динами

-

ческого

 

определения

 

допустимой

 

токовой

 

нагрузки

 

линии

 

встречается

 

под

 

различными

 

названиями

dynamic line rating (DLR), real-time rating, dynamic 
thermal rating (DTR), real-time thermal rating (RTTR), 
dynamic thermal conductor rating (DTCR), dynamic 
cable rating (DCR) 

и

 

др

.

Применение

 

понятия

 «

вероятность

 

непревышения

» (

или

 

его

 

аналога

 — «

обеспеченность

») 

при

 

определении

 

климатических

 

параметров

 

широко

 

принято

 

в

 

отечественной

 

и

 

зарубежной

 

практике

В

 

частности

в

 

РФ

 

при

 

проектировании

 

ВЛ

 

применяются

 

значения

 

максимальной

 

скорости

 

ветра

 

или

 

толщины

 

стенки

 

гололеда

 

с

 

вероятностью

 

непревышения

 96%. 

Это

 

означает

что

 

теоретически

 

превышение

 

принятой

 

величины

 

возможно

 

в

 

течение

 4% 

времени

 

года

 (

или

другими

 

словами

превышение

 

рас

-

четных

 

условий

 

статистически

 

возможно

 1 

раз

 

в

 25 

лет

). 

За

 

рубежом

 

в

 

большинстве

 

требования

 

более

 

жесткие

 

и

 

используется

 

вероятность

 

непревышения

 98% (1 

раз

 

в

 50 

лет

).

 2 (71) 2022


background image

42

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

разработаны

 

технологии

 

для

 

ВЛ

 [1]. 

За

 

последнее

 

десятилетие

 

системы

 DLR 

получили

 

существенное

 

развитие

С

 

начала

 2010-

х

 

годов

 

технологии

 DLR 

развились

 

от

 

стадии

 

теоретических

 

исследований

 

и

 

первых

 

пилотных

 

систем

 

до

 

широкомасштабного

 

использования

 

в

 

энергосистемах

 

многих

 

зарубежных

 

стран

 [2–13]. 

В

 

РФ

 

на

 

сегодняшний

 

день

 

подобные

 

системы

 

не

 

применяются

Практически

 

все

 

зарубежные

 

системы

 

на

 

сегод

-

няшний

 

день

 

имеют

 

схожую

 

архитектуру

которая

 

состоит

 

из

 

трех

 

уровней

Нижний

 

уровень

 

включает

 

в

 

себя

 

датчики

установленные

 

непосредственно

 

на

 

ВЛ

Данные

 

с

 

них

 

передаются

 

на

 

средний

 (

приемное

 

устройство

 

на

 

ПС

и

 

далее

 

на

 

верхний

 

уровень

на

 

котором

 

реализованы

 

расчетные

 

модели

и

 

далее

 

в

 

систему

 SCADA 

и

 

между

 

диспетчерскими

 

цент

-

рами

.

Опционально

 

система

 

может

 

содержать

 

некото

-

рые

 

дополнительные

 

элементы

нехарактерные

 

для

 

«

классической

 

компоновки

» 

систем

 DLR, 

в

 

зависи

-

мости

 

от

 

необходимости

 

в

 

дополнительном

 

функцио

-

нале

 

системы

например

подсистему

 

мониторинга

 

актов

 

вандализма

 (

Румыния

, [7]). 

Основными

 

преимуществами

 

технологий

 DLR 

являются

возможность

 

мониторинга

 

пропускной

 

способности

 

линии

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

повышение

 

надежности

 

и

 

безопасности

 

сети

оп

-

тимизация

 

использования

 

существующих

 

электро

-

сетевых

 

активов

 

и

 

оптимизация

 

капиталовложений

 

в

 

электросетевое

 

строительство

.

Системы

 DLR 

предполагают

 

установки

 

метеодат

-

чиков

 

для

 

измерения

 

скорости

 

и

 

направления

 

ветра

температуры

 

воздуха

 

и

 

уровня

 

солнечной

 

радиации

 

и

/

или

 

сбор

 

данных

 

о

 

температуре

 

провода

 (

точечно

 

или

 

распределенно

), 

тяжении

величине

 

стрелы

 

про

-

веса

Системы

 

связи

 

обеспечивают

 

передачу

 

этих

 

данных

 

от

 

датчиков

 

в

 

программное

 

обеспечение

 

DLR, 

которое

 

рассчитывает

 

пропускную

 

способность

 

линии

 

и

 

динамическую

 

токовую

 

нагрузку

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

.

Десять

 

лет

 

назад

 

системы

 DLR 

были

 

предметом

 

исследований

пять

 

лет

 

назад

 

разработки

 

дошли

 

до

 

стадии

 

запуска

 

пилотных

 

проектов

Сегодня

 

систе

-

мы

 DLR — 

это

 

стандартный

 

инструмент

 

для

 

выдачи

 

мощности

 

возобновляемых

 

источников

 

энергии

ре

-

зервирования

 

ВЛ

 

в

 «

узких

 

сечениях

» 

при

 

выводе

 

из

 

работы

 

параллельных

 

цепей

а

 

также

 

возможность

 

при

 

необходимости

 

обеспечить

 

передачу

 

большей

 

по

 

сравнению

 

с

 

проектной

 

величиной

 

мощности

 

по

 

ВЛ

 

без

 

ее

 

переустройства

 

или

 

технического

 

перево

-

оружения

.

НОВЫЙ

 

ПОДХОД

 

К

 

СОЗДАНИЮ

 

АДАПТИВНОЙ

 

АОПЛ

Разрабатываемая

 

в

 

настоящее

 

время

 

коллективом

 

автором

 

адаптивная

 

АОПЛ

 

сочетает

 

в

 

себе

 

основ

-

ные

 

принципы

 

работы

 

АОПЛ

 

с

 

контролем

 

температу

-

ры

 

воздуха

однако

 

срабатывание

 

ступеней

 

автома

-

тики

 

происходит

 

по

 

факту

 

превышения

 

измеренной

 

температуры

 

провода

 

над

 

допустимой

 — 

в

 

этом

 

за

-

ключается

 

новизна

 

и

 

основное

 

отличие

 

от

 

существу

-

На

 

сегодняшний

 

момент

 

не

 

существует

 

единой

 

стандартизованной

 

терминологии

 

обозначения

 

эле

-

ментов

 

систем

 DLR, 

а

 

также

 

величин

применяемых

 

при

 

расчетах

ни

 

на

 

английском

ни

 

на

 

русском

 

язы

-

ках

Наиболее

 

близкий

 

смысловой

 

перевод

 «DLR» — 

динамическая

 

ДТН

Следует

 

отметить

что

 

в

 

России

 

применяются

 

два

 

значения

 

ДТН

ДДТН

 

и

 

АДТН

Понятие

 DLR 

может

 

относиться

 

как

 

к

 

одному

так

 

и

 

к

 

другому

 

значению

Применение

 

систем

 DLR (

под

  «

системой

 DLR» 

понимается

 

программно

-

технический

 

комплекс

 

для

 

расчета

 

значения

 DLR, 

то

 

есть

 

фактического

 

до

-

пустимого

 

тока

включая

 

системы

 

сбора

 

исходных

 

данных

и

/

или

 

передачи

 

его

 

в

 

системы

 

мониторин

-

га

позволяет

 

определять

 

пропускную

 

способность

опираясь

 

на

 

фактические

 

условия

 

эксплуатации

При

 

этом

 

предполагается

что

 

наступление

 

наихуд

-

ших

 

внешних

 

условий

 (

по

 

которым

 

рассчитывается

 

статическая

 

уставка

с

 

очень

 

малой

 

вероятностью

 

совпадет

 

по

 

времени

 

с

 

периодом

 

пиковых

 

нагру

-

зок

Кроме

 

того

учитывается

что

 

внешние

 

усло

-

вия

такие

 

как

 

температура

 

окружающего

 

воздуха

скорость

 

и

 

направление

 

ветра

 (

в

 

том

 

числе

 

по

 

от

-

ношению

 

к

 

трассе

 

ВЛ

), 

наличие

 

дождя

 

или

 

обледе

-

нения

 

проводов

уровень

 

солнечной

 

радиации

из

-

меняются

 

во

 

времени

 

и

 

по

 

длине

 

линии

оказывая

 

влияние

 

на

 

температуру

 

провода

 

и

 

являясь

 

причи

-

ной

 

изменения

 

пропускной

 

способности

 

ВЛ

Поэто

-

му

 

применение

 

систем

 DLR 

позволяет

 

оптимизиро

-

вать

 

эксплуатацию

 

линии

 (

то

 

есть

 

обеспечить

 

при

 

необходимости

 

увеличение

 

перетока

 

мощности

за

 

счет

 

более

 

точного

 

определения

 

ее

 

допустимой

 

токовой

 

нагрузки

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

Хотя

 

сами

 

по

 

себе

 

технологии

 DLR 

не

 

увеличивают

 

пропускную

 

способность

 

линии

они

 

показывают

 

текущие

 

возможности

 

ВЛ

В

 

таблице

 1 

показано

 

возможное

 

увеличение

 

пропускной

 

способности

 

ВЛ

 

в

 

процентах

 

при

 

изменении

 

внешних

 

усло

-

вий

 

по

 

данным

приведенным

 

в

 

ряде

 

зарубежных

 

источников

.

Технологии

 DLR 

коммерчески

 

доступны

 

уже

 

бо

-

лее

 30 

лет

Для

 

кабельных

 

линий

 

технологии

 

мо

-

ниторинга

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

 

были

 

раз

-

работаны

 

в

 

конце

 70-

х

В

 90-

е

 

годы

 

были

 

впервые

 

Табл

. 1. 

Влияние

 

изменений

 

внешних

 

условий

 

на

 

пропускную

 

способность

 

ВЛ

Условия

эксплуа

-

тации

Изменение

 

условий

Влияние

 

на

 

пропускную

 

способность

Температура

 

воздуха

уменьшение

 

на

 2°

+ 2%

уменьшение

 

на

 10°

+ 11%

Уровень

 

солнечной

 

радиации

переменная

 

облачность

+/– 

несколько

 

процентов

полное

 

затмение

+ 18%

Скорость

 

ветра

увеличение

 

на

 0,6 

м

/

с

угол

 

к

 

трассе

 — 45°

+ 35%

увеличение

 

на

 0,6 

м

/

с

угол

 

к

 

трассе

 — 90°

+ 44%


background image

43

ющих

 

АОПЛ

которые

 

позволят

 

максимально

 

полно

 

использовать

 

пропускную

 

способность

 

ВЛ

 

и

 

не

 

при

-

водить

 

к

 

избыточным

 

УВ

.

Динамические

 

уставки

 

ДДТН

 

и

 

АДТН

 

рассчитыва

-

ются

 

в

 

терминале

 

адаптивной

 

АОПЛ

 

по

 

текущим

 

ус

-

ловиям

 

нагрева

 

и

 

охлаждения

 

провода

с

 

постоянной

 

коррекцией

 

по

 

измеренной

 

температуре

 

провода

 

на

 

ВЛ

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

Это

в

 

свою

 

оче

-

редь

при

 

передаче

 

текущих

 

динамических

 

уставок

 

в

 

РДУ

 

позволит

 

использовать

 

максимальную

 

про

-

пускную

 

способность

 

линии

 

при

 

управлении

 

электри

-

ческими

 

режимами

 

энергосистемы

повышая

 

надеж

-

ность

 

передачи

 

электроэнергии

 

по

 

электрической

 

сети

Описанный

 

механизм

 

лежит

 

в

 

основе

 

построе

-

ния

 

адаптивной

 

АОПЛ

АДАПТАЦИЯ

 

РАСЧЕТНОЙ

 

МОДЕЛИ

Расчет

 

значений

 

установившейся

 

температуры

 

про

-

вода

ДДТН

 

и

 

АДТН

 

проводится

 

по

 

модели

 

теплово

-

го

 

баланса

 [14], 

модифицированной

 

для

 

применения

 

в

 

терминале

 

адаптивной

 

АОПЛ

 

с

 

функцией

 

адаптации

В

 

установившемся

 

режиме

 

модель

 

основана

 

на

 

равенстве

 

теплоты

подведенной

 

к

 

проводу

и

 

тепло

-

ты

отдаваемой

 

проводом

 

в

 

окружающую

 

среду

P

INPUT

 = 

P

OUTPUT

 · 

K

adapt

.

Теплота

подводимая

 

к

 

проводу

P

INPUT

 

зависит

 

от

 

нагрева

 

провода

 

электрическим

 

током

 

и

 

солнечной

 

радиацией

:

P

INPUT

 = 

k

1

 

 

I

2

 

 

 +

p

 

 

d

пр

 

 

R

ad

,

где

 

k

1

 = 1,1 — 

коэффициент

учитывающий

 

магнитные

 

потери

 

в

 

стальном

 

сердечнике

а

 

также

 

поверхностный

 

эффект

 

при

 

протекании

 

тока

Поскольку

 

данные

 

ко

-

эффициенты

 

могут

 

взаимно

 

изменяться

 

в

 

указанных

 

выше

 

пределах

задается

 

среднее

 

значение

которое

 

будет

 

в

 

дальнейшем

 

скорректировано

 

при

 

адапта

-

ции

 

модели

 

по

 

измеренной

 

температуре

 

провода

 

ТП

R

20

 — 

активное

 

сопротивление

 

провода

 

при

 

темпера

-

туре

 20°

С

Ом

/

км

I

 — 

текущая

 

токовая

 

нагрузка

А

K

R

 — 

температурный

 

коэффициент

 

сопротивления

(

алюминий

 — 0,00403; 

медь

 — 0,00393), °

С

-1

RES

T

 — 

установившаяся

 

температура

 

провода

, °

С

p

 — 

ко

-

эффициент

 

поглощения

 

солнечной

 

радиации

 (

прини

-

мается

 

равным

 0,6 

по

 [14]); 

d

пр

 — 

диаметр

 

провода

м

R

ad

 — 

интенсивность

 

солнечной

 

радиации

Вт

/

м

2

.

Теплота

 

P

OUTPUT

отводимая

 

от

 

провода

 

в

 

окружаю

-

щую

 

среду

 

за

 

счет

 

конвекции

 

и

 

теплового

 

излучения

зависит

 

от

 

разницы

 

температур

 

провода

 

и

 

воздуха

 

и

 

условий

 

охлаждения

 

проводов

 

ветром

:

P

OUTPUT

 = 

K

F

 

 

 

 

T

 

T

RES

T

+


⎣⎢


⎦⎥

+


⎣⎢

273

100

273

100

4

⎦⎦⎥

4

,

где

 

K

F

 — 

коэффициент

учитывающий

 

площадь

 

по

-

верхности

 

теплообмена

 

провода

Nu

 = 

(

Re, ReE, 

Gr, K

psi

), 

число

 

Нуссельта

зависящее

 

от

 

числа

 

Рей

-

нольдса

эквивалентного

 

числа

 

Рейнольдса

крите

-

рия

 

Грасгофа

коэффициента

 

охлаждения

 

провода

 

K

ps

 

в

 

зависимости

 

от

 

скорости

 

и

 

направления

 

ветра

При

 

этом

 

Re

 = 

(

в

, Dia, V

) — 

число

 

Рейнольдса

зависящее

 

от

 

скорости

 

ветра

диаметра

 

провода

коэффициента

 

вязкости

 

воздуха

Gr

 = 

(

в

, Dia, 

в

RES

T

, T

) — 

критерий

 

Грасгофа

зависящий

 

от

 

коэф

-

фициента

 

объемного

 

расширения

 

воздуха

вязкости

 

воздуха

диаметра

 

провода

разницы

 

температур

 

провод

-

воздух

Re

E

 = 

Re

Gr

2

0 5

 — 

эквивалент

-

ное

 

число

 

Рейнольдса

K

psi

 = 

(

V

DIR

,

 V

) — 

коэффи

-

циент

 

охлаждения

 

провода

 

K

psi

 

в

 

зависимости

 

от

 

скорости

 

и

 

направления

 

ветра

 

относительно

 

оси

 

провода

полученный

 

по

 

результатам

 

проведенных

 

исследований

 [15]; 

B

 — 

коэффициент

 

теплопрово

-

дности

 

воздуха

в

 — 

температурный

 

коэффициент

 

объемного

 

расширения

 

воздуха

в

 — 

коэффициент

 

вязкости

 

воздуха

T

 — 

температура

 

воздуха

, °

С

V

 — 

скорость

 

ветра

м

/

с

V

DIR

 — 

направление

 

ве

-

тра

 

относительно

 

оси

 

провода

град

.; 

L

 — 

коэф

-

фициент

 

излучения

 

тепла

 

с

 

поверхности

 

прово

-

да

принимается

 

равным

 0,3 

для

 

новых

 

проводов

и

 0,6 — 

для

 

проводов

 

в

 

эксплуатации

 

двух

 

и

 

более

 

лет

 [14].

K

adapt

 — 

накопительный

 

коэффициент

 

адапта

-

ции

 

тепловой

 

модели

 

по

 

измеренным

 

значениям

 

температуры

 

провода

 

по

 

датчикам

 

ТП

  (

по

 

умол

-

чанию

 

K

adapt

 = 1). 

Реализованная

 

функция

 

адапта

-

ции

 

в

 

установившемся

 

режиме

 

подбирает

 

такое

 

значение

 

коэффициента

при

 

котором

 

достигается

 

равенство

 

расчетной

 

температуры

 

провода

 

и

 

из

-

меренной

 

по

 

датчикам

 

ТП

 

и

как

 

следствие

повы

-

шение

 

точности

 

расчетов

 

ДДТН

 

и

 

АДТН

 

защищае

-

мой

 

ВЛ

.

Наличие

 

обратной

 

связи

 

тепловой

 

модели

 

с

 

из

-

меренной

 

ТП

 

позволило

 

сделать

 

расчетную

 

модель

 

адаптивной

в

 

ручном

 

и

 

автоматическом

 

режимах

 

подстраивающейся

 

под

 

параметры

 

защищаемой

 

ВЛ

учитывающей

 

как

 

неточности

 

задания

 

коэффици

-

ентов

 

для

 

расчетной

 

модели

  (

коэффициентов

свя

-

занных

 

с

 

поверхностным

 

эффектом

 

и

 

магнитными

 

потерями

 

при

 

протекании

 

электрического

 

тока

ко

-

эффициентов

 

поглощения

 

солнечной

 

радиации

 

и

 

из

-

лучения

 

тепла

 

с

 

поверхности

 

провода

), 

так

 

и

 

такие

 

погодные

 

явления

как

 

дождь

изморось

снег

обра

-

зование

 

наледи

 

на

 

поверхности

 

провода

которые

 

не

 

учитываются

 

в

 [14].

СТРУКТУРНАЯ

 

И

 

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ

 

СХЕМЫ

 

АДАПТИВНОЙ

 

АОПЛ

Структурно

 

разрабатываемую

 

адаптивную

 

АОПЛ

 

можно

 

представить

 

в

 

виде

 

трехуровневой

 

системы

 

(

рисунок

 1), 

включающей

 

в

 

себя

 

систему

 

непрерыв

-

ного

 

мониторинга

 

температуры

 

проводов

 

и

 

метеопа

-

раметров

 

и

 

исполнительный

 

блок

.

Для

 

высокотемпературных

 

проводов

 

необходимо

 

рассчитывать

 

интерполяцией

 

по

 

данным

 

завода

-

изготовителя

 

провода

.

 2 (71) 2022


background image

44

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Потоки

 

информации

 

между

 

блоками

 

структурной

 

схемы

обозначенные

 

номерами

приведены

 

в

 

таб

-

лице

 2.

НИЖНИЙ

 

УРОВЕНЬ

 

СИСТЕМЫ

 (

ВЛ

)

Нижний

 

уровень

 

системы

 

представляет

 

собой

 

на

-

бор

 

оборудования

состоящего

 

из

 

измерительных

 

датчиков

 

и

 

пунктов

 

контроля

а

 

также

 

каналов

 

пере

-

дачи

 

данных

 

на

 

средний

 

уровень

Каждый

 

пункт

 

контроля

 

ВЛ

 

собирает

 

информацию

 

от

 

следующих

 

датчиков

датчиков

 

температуры

 

проводов

совме

-

Сервер

 

репликации

 

не

 

является

 

строго

 

обязательным

 

элементом

 

при

 

построении

 

адаптивной

 

АОПЛ

 

и

 

служит

 

для

 

расширения

 

возможностей

 

системы

 

и

 

удаленного

 

мониторинга

 

за

 

её

 

функционированием

.

УНЦ

 

— 

устройство

 

нормализации

 

цифровое

ТН

 

— 

трансформатор

 

напряжения

ТТ

 — 

трансформатор

 

тока

КО

 — 

коммутационное

 

оборудование

УПАСК

 — 

устройство

 

передачи

 

аварийных

 

сигналов

 

и

 

команд

СУБД

 — 

система

 

управления

 

базами

 

данных

VPN

 — 

виртуальная

 

частная

 

сеть

технология

позволяющая

 

обеспечить

 

несколько

 

сетевых

 

соединений

 

поверх

 

другой

 

сети

 (

например

Интернет

)

GPRS/GSM 

— 

каналы

 

сотовой

 

связи

РДУ

 — 

региональное

 

диспетчерское

 

управление

филиал

 

АО

 «

СО

 

ЕЭС

»

ОИК

 — 

Оперативный

 

информационный

 

комплекс

 

РДУ

ЦУС

 — 

центр

 

управления

 

сетями

 

филиала

ПАО

 «

ФСК

 

ЕЭС

» — 

МЭС

АРМ

 — 

автоматизированное

 

рабочее

 

место

 

с

 

защищенным

 

удаленным

 

доступом

 

к

 

верхнему

 

уровню

 

системы

 

для

 

клиентов

 (

НТЦ

ПМЭС

МЭС

ИА

 

ФСК

РДУ

ЦУС

)

НТЦ

 — 

АО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

»

МЭС

 — 

Магистральные

 

электрические

 

сети

филиал

 

ПАО

 «

ФСК

 

ЕЭС

»

ПМЭС

 — 

Предприятие

 

МЭС

ИА

 

ФСК

 — 

Департаменты

входящие

 

в

 

исполнительный

 

аппарат

 

ПАО

 «

ФСК

 

ЕЭС

»

АРМ

Админ

#

НТЦ

Сервер

 

репликатор

верхнего

 

уровня

Параметры

СУБД

VPN#1

VPN#2

GPRS/

GSM

приемник

GPRS/GSM

приемник

GPRS/GSM

передатчик

GPRS/GSM

передатчик

GPRS/GSM

передатчик

GPRS/GSM

передатчик

Сервер

среднего

уровня

Параметры

Пункт

контроля

 #1

Пункт

контроля

 #2

Пункт

контроля

 #N

Терминал

 

АОПЛ

Шкаф

 

АОПЛ

АСУ

 

ТП

 

ПС

ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ

Команды

 

УВ

 (

КО

)

Команды

 

УВ

 (

УПАСК

)

Цепи

 

ТТ

 

и

 

ТН

УНЦ

Средний

 

уровень

 

системы

 (

ПС

)

Нижний

 

уровень

 

системы

 (

ВЛ

)

Датчик

 

воздуха

_

ПС

Датчик

 

воздуха

_

ПС

Пункт

 

приема

Исполнительный

 

блок

АРМ

Клиент

#

ПМЭС

АРМ

Клиент

#

МЭС

АРМ

Клиент

#

РДУ

АРМ

Клиент

#

ЦУС

Верхний

 

уровень

 

системы

 (

МЭС

 / 

ПМЭС

 / 

ИА

 

ФСК

 / 

РДУ

 / 

ЦУС

)

АРМ

Клиент

#N

Сервер

МЕТЕО

РДУ

 (

ЦУС

)

ОИК

 

РДУ

INTERNET VPN (ZASTAVA)

АРМ

Клиент

#

ИА

 

ФСК

3 x 

Датчик

 

провода

3 x 

Датчик

 

провода

3 x 

Датчик

 

провода

Датчик

 



и

 

H

воздуха

Датчик

 



и

 

H

воздуха

Датчик

 



и

 

H

воздуха

Датчик

 

V

и

 

Ang

ветра

Датчик

 

V

и

 

Ang

ветра

Датчик

 

V

и

 

Ang

ветра

Датчик

 

P

солн

.

рад

Датчик

 

P

солн

.

рад

Датчик

 

P

солн

.

рад

Датчик

 

SAG

Датчик

 

SAG

Датчик

 

SAG

9

7

8

6

5*

5

4

3

10

2

1

Рис

. 1. 

Структурная

 

схема

 

адаптивной

 

АОПЛ

щенных

 

с

 

датчиками

 

измерения

 

углов

 

схождения

 

одновременно

 

по

 

трем

 

фазам

 

и

 

датчиками

 

изме

-

рения

 

метеопараметров

  (

датчик

 

температуры

 

и

 

влажности

 

воз

-

духа

датчик

 

скорости

 

и

 

направ

-

ления

 

ветра

датчик

 

солнечной

 

радиации

). 

Обмен

 

информацией

 

между

 

датчиками

 

и

 

пунктом

 

кон

-

троля

 

производится

 

по

 

радиока

-

налу

.

Информация

 

в

 

оцифрованном

 

виде

 

передается

 

по

 GPRS-

каналу

 

от

 

пунктов

 

контроля

расположен

-

ных

 

на

 

выбранных

 

опорах

 

ВЛ

на

 

средний

 

уровень

 

системы

 — 

в

 

пункт

 

приема

 — 

для

 

дальней

-

шей

 

обработки

В

 

зависимости

 

от

 

режима

 

работы

 

ВЛ

  (

нормальный

 

режим

режим

 

перегрузки

 / 

ава

-

рийный

 

режим

изменяется

 

ча

-

стота

 

передачи

 

данных

 

от

 

пункта

 

контроля

 

в

 

пункт

 

приема

 (

от

 

одно

-

го

 

раза

 

в

 5 

минут

 

до

 

одного

 

раза

 

в

 2 

секунды

).

СРЕДНИЙ

 

УРОВЕНЬ

 

СИСТЕМЫ

 (

ПС

)

Средний

 

уровень

 

системы

 

состоит

 

из

 

пункта

 

приема

 

данных

 (

сервер

 

среднего

 

уровня

и

 

исполнитель

-

ного

 

блока

  (

ИБ

), 

размещенных

 

в

 

одном

 

шкафу

 

АОПЛ

Сервер

 

среднего

 

уровня

 

обменивается

 

информацией

 

с

 

ИБ

 

по

 

протоколу

 

ГОСТ

 

Р

 

МЭК

 60870-5-104.

Исполнительный

 

блок

 

пред

-

ставляет

 

собой

 

терминал

 

АОПЛ

 — 

промышленный

 

серийный

 

терми

-

нал

 

ПА

с

 

функциями

 

АОПО

под

-

ключенный

 

к

 

токовым

 

цепям

 

и

 

це

-

пям

 

напряжения

 

в

 

релейном

 

зале

 

ПС

 

и

 

позволяющий

 

формировать

 

команды

 

на

 

реализацию

 

УВ

опи

-

санных

 

в

 

разделе

  «

Общее

 

опи

-

сание

 

автоматики

 

ограничения

 

перегрузки

 

линий

».

ВЕРХНИЙ

 

УРОВЕНЬ

 

СИСТЕМЫ

Верхний

 

уровень

 

системы

 

строится

 

по

 

архитекту

-

ре

  «

клиент

-

сервер

». 

Основной

 

компонент

 

верхне

-

го

 

уровня

 — 

сервер

 

репликации

*, 

который

 

должен

 

получать

 

информацию

 

от

 

сервера

 

среднего

 

уровня

 

без

 

возможности

 

обратного

 

доступа

 

и

 

организации

 

к

 

нему

 

удаленных

 

запросов

.

Основные

 

функции

 

сервера

 

верхнего

 

уровня

:

– 

сбор

хранение

 

и

 

обработка

 

всех

 

данных

по

-

ступивших

 

от

 

среднего

 

и

 

нижнего

 

уровней

 

сис

-

темы

;


background image

45

– 

расчет

 

вертикальных

 

расстояний

 

от

 

прово

-

дов

 

до

 

земли

 

и

/

или

 

пе

-

ресекаемых

 

объектов

 

в

 

пролетах

 

контролиру

-

емой

 

ВЛ

;

– 

расчет

 

прогнозных

 

зна

-

чений

 

ДДТН

 

и

 

АДТН

 

в

 

случае

 

подключения

 

к

 

серверу

 

метеодан

-

ных

– 

предоставление

 

досту

-

па

 

к

 

данным

 

линейным

 

службам

 

и

 

ЦУС

 

ПМЭС

/

МЭС

.

Передача

 

данных

 

меж

-

ду

 

сервером

 

репликации

 

верхнего

 

уровня

 

и

 

серве

-

ром

 

среднего

 

уровня

 

осу

-

ществляется

 

посредством

 

технологической

 

сети

 

пред

-

приятия

 

либо

 

односторон

-

него

 GPRS (2G/3G/4G)-

канала

 

связи

.

Табл

. 2. 

Потоки

 

информации

 

между

 

блоками

 

структурной

 

схемы

Наименование

 

потока

 

информации

1

Передача

 

данных

 

о

 

температуре

 

проводов

 

и

 

метеоусловиях

 

от

 

пунктов

 

контроля

 

на

 

ВЛ

 

на

 

пункт

 

приема

 

на

 

ПС

2

Передача

 

данных

 

с

 

сервера

 

среднего

 

уровня

 

системы

 

в

 

исполнительный

 

блок

3

Передача

 

данных

 

с

 

датчиков

 

температуры

 

воздуха

 

на

 

ПС

 

в

 

терминал

 

ПА

 

для

 

реа

-

лизации

 

резервного

 

алгоритма

 

срабатывания

4

Передача

 

в

 

терминал

 

ПА

 

значений

 

токов

 

и

 

напряжений

 

защищаемой

 

ВЛ

 

со

 

вто

-

ричных

 

цепей

 

ТТ

 

и

 

ТН

5

Передача

 

данных

 

с

 

исполнительного

 

блока

 

АОПЛ

 

в

 

АСУ

 

ТП

 

ПС

5*

Формирование

 

команд

 

на

 

оперирование

 

выключателями

 

для

 

реализации

 

УВ

 (

КО

по

 

отключению

 

защищаемой

 

ВЛ

и

 

в

 

УПАСК

 — 

для

 

реализации

 

остальных

 

УВ

6

Передача

 

данных

 

с

 

исполнительного

 

блока

 

АОПЛ

 (

терминал

 

ПА

в

 

сервер

 

средне

-

го

 

уровня

 

системы

7

Передача

 

данных

 

от

 

сервера

 

среднего

 

уровня

 

системы

 

в

 

сервер

 

репликации

 

верх

-

него

 

уровня

8

Передача

 

данных

 

в

 

РДУ

  (

ЦУС

посредством

 

коммуникационного

 

шлюза

 

ПС

9

Удаленное

 

подключение

 

пользователей

 

верхнего

 

уровня

 (

АРМ

 

клиентов

 / 

админи

-

страторов

для

 

доступа

 

ко

 

всей

 

информации

10

Подключение

 

сервера

 

верхнего

 

уровня

 

системы

 

к

 

серверу

 

метеоданных

 

для

 

полу

-

чения

 

прогнозных

 

метеорологических

 

полей

ИННОВАЦИОННЫЙ

 

ПОДХОД

 

К

 

СРАБАТЫВАНИЮ

 

СТУПЕНЕЙ

 

ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ

 

АВТОМАТИКИ

Непосредственный

 

контроль

 

температуры

 

проводов

 

защищаемой

 

ВЛ

а

 

также

 

адаптивная

 

модель

 

для

 

расчета

 

температуры

 

провода

 

в

 

установившемся

 

ре

-

жиме

 

и

 

расчета

 

допустимых

 

токов

 

позволили

 

пред

-

ложить

 

новый

 

подход

 

к

 

реализации

 

команд

 

ПА

на

-

правленный

с

 

одной

 

стороны

на

 

наиболее

 

полное

 

использование

 

пропускной

 

способности

 

защищае

-

мой

 

ВЛ

 

в

 

режиме

 

перегрузки

 

и

 

снижения

 

количества

 

вынужденных

 

отключений

 

потребителей

а

 

с

 

дру

-

гой

 

стороны

, — 

недопущения

 

перегрева

 

проводов

Предлагается

 

следующая

 

схема

 

реализации

 

пуска

 

и

 

срабатывания

 

ступеней

относительно

 

классиче

-

ского

 

АОПО

.

Первая

 

и

 

четвертая

 

ступени

.

 

Первая

 

ступень

 

ПА

 

запускается

 

при

 

достижении

 

проводом

 

темпера

-

туры

 

ДДТП

 (

в

 

наиболее

 

нагретой

 

точке

 

измерения

). 

Данная

 

ступень

 

остается

 

по

 

прежнему

 

сигнальной

то

 

есть

 

информирует

 

о

 

том

что

 

ВЛ

 

находится

 

в

 

ре

-

жиме

 

перегрузки

Четвертая

 

ступень

 

ПА

 

запускается

 

при

 

достиже

-

нии

 

проводом

 

температуры

 

АДТП

  (

в

 

наиболее

 

на

-

гретой

 

точке

 

измерения

). 

Данная

 

ступень

 

также

 

ава

-

рийная

через

 

минимально

 

допустимую

 

выдержку

 

по

 

времени

  (

секунды

выдает

 

команду

 

на

 

отключение

 

защищаемой

 

ВЛ

 

с

 

запретом

 

АПВ

.

Таким

 

образом

задачи

 

первой

 

и

 

четвертой

 

ступе

-

ней

 

остаются

 

неизменными

 

по

 

сравнению

 

с

 

класси

-

ческими

 

АОПО

.

Вторая

 

и

 

третья

 

ступени

Вторая

 

и

 

третья

 

сту

-

пени

 

ПА

 

служат

 

для

 

формирования

 

команд

 

на

 

раз

-

грузку

 

ВЛ

 (

то

 

есть

 

для

 

формирования

 

команд

 

на

 

ре

-

ализацию

 

заданных

 

в

 

проекте

 

УВ

для

 

исключения

 

ситуации

 

с

 

нагревом

 

проводов

 

ВЛ

 

до

 

АДТП

 

и

 

сраба

-

тывания

 

четвертой

 

ступени

.

Вторая

 

ступень

 

запускается

 

одновременно

 

с

 

пер

-

вой

 

при

 

достижении

 

проводом

 

температуры

 

ДДТП

 

при

 

условии

что

 

токовая

 

нагрузка

 

ВЛ

 

превышает

 

ДДТН

но

 

не

 

превышает

 

АДТН

Уставки

 

по

 

времени

 

для

 

формирования

 

команд

 

на

 

реализацию

 

УВ

 

от

 

дан

-

ной

 

ступени

 

аналогичны

 

применяемым

 

в

 

настоящее

 

время

 

АОПО

 (

максимальная

 

длительность

 

команды

 

на

 

реализацию

 

последнего

 

УВ

 

от

 

второй

 

ступени

 — 

20 

мин

 [16]). 

Кроме

 

того

достаточность

 

реализо

-

ванного

 

УВ

если

 

к

 

ступени

 

их

 

привязано

 

несколь

-

ко

определяется

 

расчетом

 

температуры

 

провода

 

в

 

установившемся

 

режиме

 

после

 

формирования

 

воз

-

действия

и

 

если

 

значение

 

линейного

 

тока

 

уменьши

-

лось

 

на

 

столько

что

 

расчетная

 

температура

 

провода

 

в

 

установившемся

 

режиме

 

не

 

превышает

 

ДДТП

ко

-

манда

 

на

 

следующее

 

УВ

 

ступенью

 

не

 

формируется

Преимуществом

 

данного

 

подхода

 

к

 

пуску

 

и

 

сра

-

батыванию

 

второй

 

ступени

  (

по

 

отношению

 

к

 

суще

-

ствующим

 

АОПО

является

 

увеличенное

 

безопасное

 

время

 

существования

 

режима

 

перегрузки

 

ВЛ

по

-

скольку

 

учитывается

 

дополнительное

 

время

 

нагрева

 

провода

 

с

 

текущей

 

температуры

 

до

 

ДДТП

 (

например

70°

С

), 

что

 

в

 

сумме

 

может

 

значительно

 

превосходить

 

заданные

 20 

минут

в

 

течение

 

которых

 

в

 

сети

 

могут

 

измениться

 

перетоки

 

мощности

 

таким

 

образом

что

 

не

 

придется

 

формировать

 

УВ

 

и

 

осуществлять

 

вы

-

нужденные

 

отключения

 

потребителей

.

Третья

 

ступень

 

ПА

 

запускается

 

одновременно

 

со

 

второй

 

ступенью

 

при

 

достижении

 

проводом

 

темпе

-

ратуры

 

ДДТП

но

 

при

 

условии

что

 

токовая

 

нагрузка

 

ВЛ

 

превышает

 

АДТН

Однако

 

уставка

 

по

 

времени

 

на

 

срабатывание

 

ступени

 

и

 

формирования

 

от

 

нее

 

команд

 

на

 

реализацию

 

УВ

 — 

динамическая

 

и

 

за

-

висит

 

от

 

скорости

 

нагрева

 

провода

То

 

есть

 

форми

-

рование

 

всех

 

команд

 

на

 

реализацию

 

УВ

 

от

 

ступени

 

будет

 

происходить

 

за

 

определенное

 

количество

 

се

-

кунд

 

до

 

достижения

 

проводом

 

аварийно

-

допустимой

 

 2 (71) 2022


background image

46

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

температуры

Поэтому

 

в

 

качестве

 

уставок

 

по

 

време

-

ни

 

для

 

данной

 

ступени

 

задается

 

время

 

формирова

-

ния

 

команд

 

на

 

реализацию

 

УВ

 

до

 

нагрева

 

провода

 

(

с

 

учетом

 

запаса

 5°

С

до

 

АДТП

  (

например

если

 

предусмотрено

 

проектом

 

шесть

 

УВ

УВ

1 — 

за

 60 

с

УВ

2 — 

за

 50 

с

УВ

3 — 

за

 40 

с

УВ

4 — 

за

 30 

с

УВ

5 — 

за

 20 

с

УВ

6 — 

за

 10 

с

).

В

 

случае

если

 

после

 

формирования

 

УВ

и

 

изме

-

рения

 

линейного

 

тока

 

расчетная

 

температура

 

прово

-

да

 

в

 

установившемся

 

режиме

 

остается

 

по

-

прежнему

 

выше

 

АДТП

то

 

по

 

ее

 

достижению

 

срабатывает

 

чет

-

вертая

 

ступень

 

ПА

Таким

 

образом

если

 

ВЛ

 

была

 

слабо

 

загружена

 

до

 

возникновения

 

аварийного

 

режима

длительность

 

безопасной

 

работы

 

ВЛ

 

может

 

значительно

  (

в

 

разы

превысить

 

жестко

 

заданное

 

существующей

 

автома

-

тикой

 

время

исчисляемое

 

от

 

десятков

 

секунд

 

до

 

нескольких

 

минут

А

 

если

 

учитывать

 

тот

 

факт

что

 

в

 

существующем

 

АОПО

 

ДДТН

 

и

 

АДТН

 

не

 

зависят

по

 

крайней

 

мере

от

 

температуры

 

воздуха

скорости

 

и

 

направления

 

ветра

 

вдоль

 

линии

их

 

значения

 

во

 

многих

 

случаях

 

будут

 

заниженными

 

и

 

не

 

будут

 

соот

-

ветствовать

 

ДДТП

 

и

 

АДТП

поэтому

 

предложенный

 

подход

 

к

 

пуску

 

и

 

срабатыванию

 

третьей

 

ступени

 

поз

-

волит

 

наиболее

 

полно

 (

по

 

величине

 

и

 

длительности

использовать

 

пропускную

 

способность

 

ВЛ

 

в

 

режиме

 

перегрузки

.

На

 

рисунке

 2 

приведена

 

осциллограмма

 

форми

-

рования

 

трех

 

последних

 

команд

 (

УВ

4, 

УВ

5, 

УВ

6) 

от

 

третьей

 

ступени

 

адаптивной

 

АОПЛ

последнее

 (

УВ

6) 

сформировано

 

при

 

измеренной

 

температуре

 

прово

-

да

 84,5°

С

 (

с

 

учетом

 

запаса

 5°

С

 

до

 

АДТП

).

Также

 

следует

 

подчеркнуть

 

то

что

 

вне

 

зависимо

-

сти

 

от

 

динамических

 

ДДТН

АДТН

 

и

 

аварийно

-

допу

-

стимой

 

температуры

 

защищаемой

 

ВЛ

если

 

линей

-

ный

 

ток

 

превышает

 

АДТН

 «

концевого

» 

оборудования

 

(

трансформаторы

 

тока

ВЧ

-

заградители

 

и

 

пр

.), 

пуск

 

третьей

 

адаптивной

 

АОПЛ

 

происходит

 

по

 

алгорит

-

мам

 

работы

 

существующего

 

АОПО

 

ВЛ

то

 

есть

 

для

 

пилотного

 

объекта

 

внедрения

 

АОПЛ

 

после

 

пуска

 

третьей

 

ступени

 

через

 17 

с

 (

отстройка

 

от

 

защит

про

-

исходит

 

формирование

 

УВ

1. 

Далее

если

 

линейный

 

ток

 

не

 

снижается

 

до

 

значения

 

меньше

 

АДТН

каждые

 

с

 

происходит

 

формирование

 

последующего

 

УВ

и

 

затем

 

через

 2 

с

 

после

 

УВ

6 — 

отключение

 

самой

 

ВЛ

 

с

 

запретом

 

АПВ

если

 

линейный

 

ток

 

так

 

и

 

не

 

снизил

-

ся

 

меньше

 

АДТН

.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ

 

ИСПЫТАНИЯ

 

ОПЫТНОГО

 

ОБРАЗЦА

АДАПТИВНОЙ

 

АОПЛ

Рассмотренный

 

выше

 

новый

 

подход

 

к

 

срабатыванию

 

ступеней

 

противоаварийной

 

автоматики

 

был

 

реали

-

зован

 

при

 

создании

 

опытного

 

образца

 

адаптивной

 

АОПЛ

При

 

создании

 

опытного

 

образца

 

каждый

 

из

 

уровней

 

системы

 

создавался

 

и

 

проходил

 

заводские

 

испытания

 

независимо

 

от

 

остальных

после

 

чего

 

все

 

элементы

 

системы

 

были

 

объединены

 

и

 

смонтирова

-

ны

 

на

 

физической

 

модели

 

пролета

 

ВЛ

 

на

 

полигоне

 

АО

  «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

» (

рисунок

 3) 

для

 

прохождения

 

функциональных

 

испытаний

.

В

 

рамках

 

функциональных

 

испытаний

 

системы

 

(

в

 

том

 

числе

 

при

 

отказе

 

различных

 

ее

 

компонентов

проводились

 

следующие

 

проверки

:

Рис

. 2. 

Формирование

 

команд

 

УВ

 

третьей

 

ступени

 

адаптивной

 

АОПЛ


background image

47

– 

проверка

 

расчетов

 

терминалом

 

АОПЛ

 

ДДТН

АДТН

 

и

 

функции

 

адаптации

 

тепловой

 

модели

;

– 

проверка

 

восстановления

 

ра

-

ботоспособности

 

системы

 

по

-

сле

 

отказов

;

– 

проверка

 

срабатывания

 

каждой

 

из

 

ступеней

 

адаптивной

 

АОПЛ

 

(

формирование

 

команд

 

УВ

).

Результаты

 

функциональных

 

испытаний

 

подтвердили

 

работо

-

способность

 

системы

 

во

 

всех

 

за

-

явленных

 

режимах

 

работы

что

 

дает

 

основание

 

сделать

 

вывод

 

о

 

целесообразности

 

перевода

 

разработанного

 

опытного

 

образца

 

в

 

опытно

-

промышленную

 

эксплуа

-

тацию

.

ВЫВОДЫ

1. 

Технологии

обеспечивающие

 

управление

 

режимами

 

энерго

-

систем

 

на

 

основе

 

ДТН

 

линий

 

электропередачи

определяе

-

мых

 

в

 

режиме

 

реального

 

вре

-

мени

являются

 

типовым

 

реше

-

нием

 

повышения

 

пропускной

 

способности

 

сети

 

в

 

зарубежных

 

энергосистемах

Однако

 

в

 

Рос

-

сии

 

опыт

 

применения

 

подоб

-

ных

 

систем

 

практически

 

отсут

-

ствует

.

2. 

Коллективом

 

авторов

 

разра

-

ботан

 

и

 

успешно

 

испытан

 

на

 

физической

 

модели

 

опытный

 

образец

 

адаптивной

 

АОПЛ

 

в

 

составе

:

– 

автоматизированной

 

систе

-

мы

 

непрерывного

 

точечного

 

контроля

 

температуры

 

и

 

габарита

 

провода

 

по

 

всем

 

трем

 

фазам

метеопараметров

 

в

 

точке

 

контроля

;

– 

исполнительного

 

блока

 

адаптивной

 

АОПЛ

 

с

 

ре

-

ализованной

 

функцией

 

АОПО

 

по

 

температуре

 

провода

;

– 

реализованных

 

алгоритмов

 

функционирова

-

ния

позволяющих

 

выполнять

 

адаптивный

 

функционал

 

системы

 

АОПЛ

проверку

 

до

-

стоверности

 

поступающей

обрабатываемой

 

и

 

передаваемой

 

информации

надежность

 

и

 

бесперебойность

 

функционирования

 

всей

 

системы

включая

 

случаи

 

отказа

 

элементов

 

системы

 

непрерывного

 

мониторинга

 

ВЛ

.

3. 

При

 

реализации

 

алгоритмов

 

работы

 

исполни

-

тельного

 

блока

 

адаптивной

 

АОПЛ

 

была

 

разра

-

ботана

 

функция

 

адаптации

 

расчетной

 

модели

 

по

 

обратной

 

связи

 

с

 

измеренной

 

температурой

 

про

-

вода

что

 

позволило

 

сделать

 

расчетную

 

модель

 

адаптивной

подстраивающейся

 

под

 

параметры

 

Рис

. 3. 

Схема

 

испытаний

 (

сверху

и

 

измерительное

 

оборудование

 

АОПЛ

смонтированное

 

на

 

опытном

 

пролете

Метеопост

Метеопост

Сервер

 + 

консоль

Темпе

-

ратурный

датчик

 + 

УНЦ

АФу

АФу

ШКПИ

ШКПИ

Солнечная

панель

Комплект

датчиков

 1

Комплект

датчиков

 2

Антена

Антена

Тер

-

минал

ТПА

-

01

ВЛ

ПС

защищаемой

 

ВЛ

а

 

также

 

под

 

такие

 

погодные

 

яв

-

ления

как

 

дождь

изморось

снег

образование

 

наледи

 

на

 

поверхности

 

провода

которые

 

в

 

на

-

стоящее

 

время

 

нигде

 

аналитически

 

не

 

описаны

 

и

 

не

 

учтены

.

4. 

Предложен

 

новый

 

подход

 

к

 

реализации

 

команд

 

ПА

направленный

с

 

одной

 

стороны

на

 

наиболее

 

полное

 

использование

 

пропускной

 

способности

 

за

-

щищаемой

 

ВЛ

 

в

 

режиме

 

перегрузки

 

и

 

снижения

 

ко

-

личества

 

вынужденных

 

отключений

 

потребителей

а

 

с

 

другой

 

стороны

, — 

на

 

недопущение

 

перегре

-

ва

 

проводов

 

свыше

 

аварийно

-

допустимой

 

темпе

-

ратуры

.

5. 

В

 

случае

 

положительного

 

опыта

 

эксплуатации

 

на

 

действующей

 

ВЛ

 220 

кВ

 

адаптивная

 

АОПЛ

 

будет

 

рекомендована

 

для

 

широкого

 

применения

 

в

 

каче

-

стве

 

технического

 

решения

 

для

 

повышения

 

про

-

пускной

 

способности

 

электрических

 

сетей

аль

-

тернативного

 

в

 

ряде

 

случаев

 

дополнительному

 

сетевому

 

строительству

 2 (71) 2022


background image

48

ЛИТЕРАТУРА

 / REFERENCES

1.  Dynamic Line Rating Systems for 

Transmission Lines. Topical Report. 
U.S. Department of Energy, 2014. 
URL: https://www.smartgrid.gov/
document/dynamic_line_rating_sys-
tems_transmission_lines.

2.  Dawson L., Karimi S., Knight A.M. 

Quantifying the Risk in Dynamic 
Thermal Line Rating. CIGRÉ Ses-
sion paper, 2018, B2-105. URL: 
https://www.cigre.org/userfiles/
files/Events/2018/2018%20Tech-
n i c a l % 2 0 p r o g r a m m e % 2 0 - % 2 0
June15th.pdf; https://eepir.ru/new/
otkryta-registraciya-na-47-yu-sessi-
yu-sigre/.

3.  McCall J., Bliss R., Nadeau D. Re-

liability Based Transmission Ca-
pacity Forecasting. CIGRÉ Ses-
sion paper, 2018, B2-102. URL: 
https://www.cigre.org/userfiles/
files/Events/2018/2018%20Tech-
n i c a l % 2 0 p r o g r a m m e % 2 0 - % 2 0
June15th.pdf; https://eepir.ru/new/
otkryta-registraciya-na-47-yu-sessi-
yu-sigre/.

4.  Goodwin T., Aivaliotis S., Mohr R., 

Stelmak R. Integrating Enhanced 
Dynamic Line Rating into the Real-
time State Estimator Analysis and 
Operation of a Transmission Grid 
Increases Reliability, System Aware-
ness and Line Capacity. CIGRÉ 
Session paper, 2014, B2-208. URL: 
https://eepir.ru/new/cigre-2014-plan-
spec/.

5.  Reich K., Mika G., Puffer R. Poten-

tial analyses for dynamic rating op-
timization on basis of four years of 
operational experience in Austria. 
CIGRÉ Session paper, 2018, B2-
104. URL: https://www.cigre.org/
user

fi

 les/

fi

 les/Events/2018/2018%20

Technical%20programme%20-%20
June15th.pdf; https://eepir.ru/new/
otkryta-registraciya-na-47-yu-sessi-
yu-sigre/.

6.  González A., et al. Operational as-

pects of dynamic line rating. Appli-
cation to a real case of grid integra-
tion of wind farms. CIGRÉ Session 
paper, 2016, B2-105. URL: https://

eepir.ru/new/obyavleny-osnovnye-
temy-46-j-sessii-cigre/.

7. Moldoveanu C., et al. Real Time 

Measurements for Online Monitoring 
and Intelligent Management of High 
Voltage Transmission Lines. CIGRÉ 
Session paper, 2016, B2-211. URL: 
https://eepir.ru/new/obyavleny-os-
novnye-temy-46-j-sessii-cigre/.

8.  Skivee F., Godard B., Vassort F., Lam-

bin J.-J., Bourgeois R. Integration of 
2 days-ahead capacity forecast to 
manage Belgian energy imports. CI-
GRÉ Session paper, 2016, C2-120. 
URL: https://eepir.ru/new/obyavleny-
osnovnye-temy-46-j-sessii-cigre/.

9.  Fernández De Sevilla S., Gonzalez G., 

Juberias G., Martinez L., Escriban-
do M., Iglesias J., Albi P., Burda-
lo U., Muniz A., Kwik S. Dynamic As-
sessment of Overhead Line Capac-
ity for integrating Renewable Energy 
into the Transmission Grid. CIGRÉ 
Session paper, 2014, B2-207. URL: 
https://eepir.ru/new/cigre-2014-plan-
spec/.

10. Giuntoli M., Bassi F., Giannuzzi G., 

Pelacchi P., Poli D. Thermo-me-
chanical dynamic rating of OHTL: 
applications to Italian lines. CIGRÉ 
Session paper, 2014, C2-112. 
URL: https://www.semanticscholar.
org/paper/Thermo-mechanical-
d y n a m i c - r a t i n g - o f - O H T L % 3 A -
t o - l i n e s - B a s s i - G i a n n u z z i /
f9fd2171c2c1433fd00c009462d-
f6e4188aa8023; https://eepir.ru/
new/cigre-2014-plan-spec/.

11. Regis Jr O., Domingues L.A.M.C. 

Increasing the transfer capacity of 
overhead lines on the connection of 
wind power plants, through correla-
tion between climatic data and tem-
perature of conductors at higher cur-
rents. CIGRÉ Session paper, 2016, 
B2-102. URL: https://eepir.ru/new/
obyavleny-osnovnye-temy-46-j-ses-
sii-cigre/.

12. Athanasius G., Peard A., Miller M., 

Scott C., Bell L. Experience in the 
Application of Dynamic Transmission 
Line Ratings in the Australian and 

New Zealand Power Systems. CIGRÉ 
Session paper, 2014, C2-102. https://
eepir.ru/new/cigre-2014-plan-spec/.

13. Ferris R. More Wind, More Power, 

More Line Capacity // Transmission 
& Distribution World. Russian 
Edition. 

Приложение

 

к

 

журналу

 

«

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ

Передача

 

и

 

распределение

», 2012, 

 5(14) 

C. 34–38. Appendix to the journal 
«ELECTRIC POWER. Transmission 
and Distribution», 2012, no. 5(14), 
pp. 34–38. (In Russian)

14. 

СТО

 56947007-29.240.55.143-

2013. 

Методика

 

расчета

 

пре

-

дельных

 

токовых

 

нагрузок

 

по

 

условиям

 

сохранения

 

механиче

-

ской

 

прочности

 

проводов

 

и

 

до

-

пустимых

 

габаритов

 

воздушных

 

линий

 / Company Standard STO 

56947007-29.240.55.143-2013. 
Calculation procedure of the limited 
current loads by conditions of wire 
mechanical integrity preservation 
and permissible overall dimensions 
of overhead transmission lines. 

 

U R L :   h t t p s : / / d o c s . c n t d . r u /
document/1200097617.

15. 

Тимашова

 

Л

.

В

., 

Назаров

 

И

.

А

., 

Мерзляков

 

А

.

С

Допустимые

 

то

-

ковые

 

нагрузки

 

для

 

проводов

 

воздушных

 

линий

 // 

Энергия

 

еди

-

ной

 

сети

, 2013, 

 1(6). 

С

. 30-39 /

Timashova L.V., Nazarov I.A., Merz-
lyakov A.S. Permissible current 
loads for overhead transmission line 
wires //

 Energiya yedinoy seti 

[United 

Grid Energy], 2013, no. 1(6), pp. 30-
39. (In Russian).

16. 

Методические

 

указания

 

по

 

выбору

 

логики

 

действия

 

и

 

уставок

 

сраба

-

тывания

 

автоматики

 

ограничения

 

перегрузки

 

оборудования

Разра

-

ботано

 

ОАО

  «

СО

 

ЕЭС

». 

Письмо

 

 211-22-16-5-9105 

от

 14.11.2008 

г

(http://pro-pa.ru/down/load/912dc
41723517c43f1f43cd4afd88558.
html) / Guidelines on selection of 
the operation logic and operating 
settings of the equipment overload 
limitation automation. Elaborated by 
JSC SO-UPS. Letter no. 211-22-16-
5-9105 dated 14/11/2008.

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


Оригинал статьи: Адаптивная автоматика ограничения перегрузок воздушных линий

Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, противоаварийная автоматика, ограничение перегрузки, температура провода, управляющие воздействия

Читать онлайн

На сегодняшний день актуальным является развитие технологий, обеспечивающих повышение степени использования пропускной способности существующих электрических сетей. В статье приведены результаты разработки системы адаптивной автоматики ограничения перегрузки воздушных линий электропередачи, основанной на изучении международного опыта построения систем DLR (Dynamic Line Rating, то есть с динамическими токовыми уставками) и адаптации его к отечественной практике эксплуатации ВЛ с расширением в части применения противоаварийной автоматики. Основным отличием предлагаемой системы от существующих на сегодняшний день является ее адаптивность, заключающаяся в учете фактических условий работы ВЛ при определении ее допустимых токовых нагрузок.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 2(83), март-апрель 2024

Молниезащита оборудования ПС 110–220 кВ с помощью ОПН от набегающих волн перенапряжений с линий электропередачи при демонтаже грозозащитного троса на подходе к подстанциям

Воздушные линии
АО «Полимер-Аппарат»
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»