76
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
76
В
настоящее
время
режим
работы
электро
-
сетевого
комплекса
характеризуется
опе
-
режающим
ростом
электропотребления
,
обусловленным
как
ростом
энерговоору
-
женности
существующих
потребителей
,
так
и
под
-
ключением
новых
потребителей
,
по
отношению
к
темпам
увеличения
выработки
электроэнергии
и
развития
электросетевой
инфраструктуры
.
Данный
факт
приводит
к
увеличению
нагрузки
высоковольт
-
ных
линий
электропередачи
как
магистральных
,
так
и
распределительных
электрических
сетей
в
резуль
-
тате
дополнительного
наложения
транзитных
пере
-
токов
мощности
.
Возрастание
нагрузки
электрических
сетей
и
ста
-
рение
электросетевого
оборудования
характерно
для
большинства
промышленно
развитых
стран
во
всём
мире
.
Пропускная
способность
электрической
сети
с
течением
времени
снижается
,
растёт
раз
-
ветвлённость
и
усложняется
конфигурация
сети
,
переда
-
ваемая
мощность
ограничи
-
вается
критерием
(n-1).
В
случаях
наложения
аварийного
отключения
на
ремонтную
схему
перерас
-
пределение
перетоков
мощ
-
ности
может
привести
и
при
-
водит
[1, 2]
к
недопустимому
увеличению
загрузки
отдель
-
ных
электросетевых
элемен
-
тов
и
к
их
перегрузке
.
Для
устранения
недо
-
пустимой
перегрузки
эле
-
ментов
электрической
сети
предусмотрены
средства
противоаварийной
авто
-
матики
[3].
Устройства
ав
-
томатического
ограничения
перегрузки
линий
(
АОПЛ
)
предназначены
для
противоаварийного
управления
,
включающего
в
себя
:
изменение
конфигурации
электрической
сети
,
отключение
части
потребителей
электрической
энергии
,
ка
-
тегория
надёжности
которых
допускает
перерыв
электроснабжения
,
отключение
линий
электропе
-
редачи
.
Основное
требование
к
АОПЛ
—
селективность
действия
,
т
.
е
.
автоматика
должна
действовать
толь
-
ко
в
недопустимых
режимах
работы
,
не
ограничи
-
вая
пропускную
способность
линии
.
Ниже
рассмотрена
сравнительная
оценка
не
-
скольких
вариантов
АОПЛ
и
выполнен
анализ
с
точ
-
ки
зрения
селективности
действия
и
возможности
повышения
пропускной
способности
линии
электро
-
передачи
в
нормальных
,
аварийных
и
послеаварий
-
ных
режимах
.
Автоматика
ограничения перегрузки
линий – элемент
интеллектуальных сетей
Руслан МАГАДЕЕВ, начальник Департамента оперативно-
технологического управления ОАО «Холдинг МРСК»
Алексей ШМЕЛЬКИН, директор по технологиям,
Александр ШЕЙНКМАН, главный эксперт ГК «ОПТИМА»
Рис
. 1.
Зависимость
длительно
допустимого
тока
линии
(
для
Т
пр
= 70
о
С
)
от
температуры
окружающего
воздуха
([3],
табл
. 1.3.3)
1 —
нормируемая
зависимость
I
Тв
/I
Тв
= 25
= f(
Т
в
), 2
и
3 —
сезонные
уставки
АОПЛ
по
току
(
зима
/
лето
)
р
е
л
е
й
н
а
я
з
а
щ
и
т
а
и
а
в
т
о
м
а
т
и
к
а
релейная защит
а и автома
тика
77
№ 2 (11), март-апрель, 2012
77
ТИПОВОЕ
ПРОЕКТНОЕ
РЕШЕНИЕ
АОПЛ
По
условию
механической
проч
-
ности
провода
в
сочетании
с
ве
-
личиной
стрелы
провеса
(
габарит
линии
)
параметром
,
ограничиваю
-
щим
перегрузку
линии
,
является
температура
провода
.
Температура
провода
(
с
опреде
-
лёнными
параметрами
—
сечение
,
материал
,
степень
износа
)
опреде
-
ляется
величиной
протекающего
тока
и
внешними
факторами
(
тем
-
пература
окружающего
воздуха
,
скорость
и
направление
ветра
,
сол
-
нечная
энергия
и
др
.).
Длительно
допустимый
режим
для
конкретной
линии
определяет
-
ся
её
статическим
рейтингом
(
по
зарубежным
источникам
информа
-
ции
— «
статический
предел
линии
»).
Это
ограничение
перетока
по
линии
при
температуре
провода
,
не
пре
-
вышающей
допустимое
значение
,
при
конкретных
условиях
окружаю
-
щей
среды
.
Проектируемые
до
настояще
-
го
времени
в
электрических
сетях
устройства
ограничения
перегрузки
линий
содержат
токовые
реагирую
-
щие
органы
,
осуществляющие
про
-
тивоаварийное
управление
только
в
зависимости
от
значения
токовой
загрузки
.
Зависимость
длительно
допусти
-
мых
токовых
нагрузок
проводов
ВЛ
(
из
расчёта
нагрева
проводов
до
допустимого
уровня
)
от
темпера
-
туры
окружающего
воздуха
(
Т
в
)
со
-
гласно
действующим
Правилам
[3]
изображена
на
рис
. 1.
Из
графика
видно
,
что
повышение
(
понижение
)
температуры
окружающего
воздуха
на
10
о
С
приводит
к
понижению
(
по
-
вышению
)
нагрузочной
способно
-
сти
ВЛ
по
току
на
10%.
В
типовом
техническом
решении
АОПЛ
сезонные
уставки
тока
сраба
-
тывания
автоматики
выбираются
дискретно
при
помощи
оперативно
-
го
элемента
(
с
положениями
зима
/
лето
).
Это
не
позволяет
учитывать
реальные
условия
нагрева
провода
и
не
обеспечивает
в
большинстве
случаев
необходимую
селективность
работы
автоматики
.
Необходимость
действия
автоматики
ограничения
перегрузки
линии
может
потребо
-
ваться
в
любом
диапазоне
климати
-
ческих
условий
окружающей
среды
.
Однако
действия
устройств
АОПЛ
,
выполненных
по
методу
кон
-
троля
тока
линии
и
не
учитывающих
внешние
климатические
условия
,
могут
оказаться
неселективными
.
С
одной
стороны
,
возможно
из
-
лишнее
срабатывание
автоматики
при
величине
тока
меньшей
,
чем
допустимое
значение
,
с
выдачей
управляющих
воздействий
,
которые
приведут
к
неоправданным
ограни
-
чениям
электроснабжения
потреби
-
телей
.
С
другой
стороны
,
возможно
возникновение
ситуаций
несраба
-
тывания
автоматики
в
случаях
,
ког
-
да
ток
линии
превысит
допустимое
значение
.
Данная
ситуация
пред
-
ставляет
опасность
термической
перегрузки
линии
электропередачи
и
может
привести
к
критическим
и
аварийным
последствиям
.
АОПЛ
С
РАСЧЁТНЫМ
МЕТОДОМ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫ
ПРОВОДА
ВЛ
Для
исключения
недостатков
типового
проектного
решения
был
разработан
алгоритм
реализации
АОПЛ
с
косвенным
методом
опре
-
деления
температуры
провода
ВЛ
путём
расчёта
с
использованием
тепловой
модели
линии
[4]
с
учё
-
том
температуры
окружающего
воздуха
.
Факторы
,
влияющие
на
темпера
-
туру
провода
линии
,
отображены
на
рис
. 2.
Провод
нагревается
под
дей
-
ствием
протекающего
тока
и
сол
-
нечной
радиации
,
а
охлаждается
за
счёт
лучеиспускания
(
теплоотдачи
в
окружающую
среду
)
и
конвекции
(
влияния
ветра
).
Линия
смоделирована
инерци
-
онным
звеном
первого
порядка
,
характеризуемым
постоянной
вре
-
мени
нагрева
.
Это
позволяет
учесть
динамику
изменения
температуры
провода
.
В
алгоритме
расчёта
тем
-
пературы
провода
приняты
допу
-
щения
для
наихудших
условий
его
охлаждения
(
например
,
отсутствие
ветра
,
наличие
солнечной
радиа
-
ции
).
В
качестве
переменных
параме
-
тров
,
которые
определяют
нагрев
провода
,
использованы
две
величи
-
ны
,
измерение
которых
на
практике
осуществляется
достаточно
легко
:
•
ток
линии
на
наиболее
загружен
-
ном
участке
;
•
температура
окружающего
воз
-
духа
.
В
2009
г
.
на
базе
технических
проектов
института
«
Энергосетьпро
-
ект
»
компания
ООО
«
ГК
ОПТИМА
»
разработала
рабочие
чертежи
и
выполнила
работы
по
внедрению
автоматики
ограничения
перегруз
-
ки
линий
на
3-
х
транзитах
110
кВ
электрических
сетей
ОАО
«
МОЭСК
».
Функциональная
схема
АОПЛ
изображена
на
рис
. 3.
Данный
метод
позволяет
опре
-
делить
термическую
перегрузку
ли
-
нии
,
т
.
е
.
её
перегрев
.
Автоматика
в
этом
случае
осуществляет
управ
-
ляющие
воздействия
в
зависимо
-
сти
от
степени
перегрева
провода
линии
,
что
является
более
совер
-
шенным
решением
по
сравнению
с
типовым
способом
,
т
.
к
.
позволяет
уточнить
и
в
конечном
счёте
умень
-
Рис
. 2.
Взаи
м
одействие
провода
с
окружающей
средой
78
СЕТИ РОССИИ
Рис
. 3.
Функциональная
схема
АОПЛ
с
расчётом
температуры
провода
ВЛ
шить
объём
реализации
управляю
-
щих
воздействий
от
автоматики
.
Этот
метод
кардинально
улучшает
селективность
работы
АОПЛ
,
так
как
уставки
задаются
не
по
току
в
ли
-
нии
,
а
по
температуре
провода
.
Между
тем
расчёт
температуры
провода
требует
знания
характери
-
стик
окружающей
среды
и
самого
провода
.
Отсутствие
измерений
от
-
дельных
параметров
окружающей
среды
приводит
к
снижению
точ
-
ности
расчётов
и
,
как
следствие
,
к
ограничению
пропускной
способно
-
сти
линии
.
Возможно
неоправ
-
данное
ограничение
электро
-
снабжения
потребителей
ещё
до
достижения
реального
пре
-
дела
пропускной
способности
линии
электропередачи
.
АОПЛ
С
НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ
КОНТРОЛЕМ
ТЕМПЕРАТУРЫ
ПРОВОДА
ВЛ
Исследования
,
проведён
-
ные
в
России
[5, 6]
и
за
ру
-
бежом
[7],
показали
,
что
на
-
грузочная
способность
линии
(
динамический
рейтинг
ли
-
нии
)
большую
часть
времени
существенно
превосходит
ста
-
тический
предел
пропускной
способности
по
току
.
Запас
по
нагрузке
может
достигать
125—
150—200%
за
счёт
более
благопри
-
ятных
условий
охлаждения
провода
по
сравнению
с
наихудшими
усло
-
виями
охлаждения
,
принятыми
для
статического
рейтинга
линии
.
Существенное
влияние
на
тем
-
пературу
провода
оказывает
,
на
-
пример
,
ветер
.
Расчётная
зависи
-
мость
изменения
допустимого
тока
линии
от
скорости
ветра
изображе
-
на
на
рис
. 4,
зависимость
измене
-
ния
температуры
провода
линии
от
скорости
ветра
—
на
рис
. 5.
Результаты
статистических
ис
-
следований
[8]
мет
е
орологических
условий
окружающей
среды
линий
электропередачи
показывают
,
что
в
состоянии
штиля
линия
находится
лишь
незначительный
период
вре
-
мени
(
рис
. 6).
Базовый
рейтинг
—
худшие
условия
окружающей
среды
для
охлаждения
проводов
линии
элек
-
тропередачи
,
при
которых
,
в
соот
-
ветствии
с
проектом
,
ВЛ
должна
обеспечивать
передачу
номиналь
-
ной
мощности
.
1 —
поперечное
направление
ветра
; 2 —
продольное
направление
ветра
Рис
. 4.
Зависимость
значения
длительно
допустимого
тока
(
о
.
е
.)
линии
(
Т
пр
=70
о
С
)
от
скорости
и
направления
ветра
79
№ 2 (11), март-апрель, 2012
Возможность
пропускной
спо
-
собности
линии
с
учётом
реальных
метеорологических
условий
изобра
-
жена
на
рис
. 7.
Приведённые
данные
показыва
-
ют
,
что
наиболее
прогрессивным
и
перспективным
направлением
раз
-
вития
систем
АОПЛ
является
пере
-
ход
от
косвенного
метода
расчёта
температуры
провода
к
использо
-
ванию
достоверной
информации
о
текущей
,
актуальной
температуре
провода
ВЛ
.
Применение
интеллектуальных
датчиков
[9, 10]
измерения
темпе
-
ратуры
провода
высоковольтной
линии
позволяет
создать
модерни
-
зированное
устройство
автомати
-
ческого
ограничения
перегрузки
линий
(
АОПЛ
-
Т
),
внедрение
которого
обеспечит
повышение
пропускной
способности
линий
электропереда
-
чи
в
аварийных
и
послеаварийных
режимах
и
надёжность
электро
-
снабжения
потребителей
.
Создаваемые
в
настоящее
вре
-
мя
в
электрических
сетях
систе
-
мы
температурного
мониторинга
проводов
высоковольтных
линий
позволяют
с
меньшими
затрата
-
ми
средств
и
времени
оснастить
устройствами
АОПЛ
-
Т
проблемные
транзиты
,
уже
оснащённые
тем
-
пературными
датчиками
.
Взаимо
-
действие
систем
АОПЛ
и
систем
температурного
мониторинга
уже
опробовано
на
практике
,
а
инте
-
грированное
устройство
было
пред
-
ставлено
на
выставке
«
Электриче
-
ские
сети
России
— 2010».
Функциональная
схема
АОПЛ
-
Т
изображена
на
рис
. 8.
Рис
. 5.
Зависимость
температуры
провода
от
скорости
и
направления
ветра
1 —
поперечное
, 2 —
продольное
направление
ветра
при
неизменных
длительно
допустимом
токе
и
Т
в
= 25
о
С
Рис
. 6.
Метеорологические
условия
окружающей
среды
для
линий
электропередачи
Рис
. 7.
Пропускная
способность
линии
В
алгоритме
АОПЛ
-
Т
для
повыше
-
ния
надёжности
действия
автомати
-
ки
совмещены
прямой
и
расчётный
методы
контроля
температуры
про
-
вода
линии
.
Расчётный
метод
служит
в
качестве
резервного
на
случай
по
-
тери
связи
с
датчиком
температуры
провода
высоковольтной
линии
.
Для
кабельно
-
воздушной
линии
алгоритм
АОПЛ
-
Т
ини
-
циирует
управляющие
воз
-
действия
в
зависимости
от
превышения
текущего
значения
параметра
,
огра
-
ничивающего
пропускную
способность
по
линии
элек
-
тропередачи
:
температу
-
ры
провода
—
для
участка
воздушной
линии
,
тока
—
для
кабельного
участка
ли
-
нии
.
Система
АОПЛ
-
Т
может
предоставлять
диспетчерско
-
му
и
оперативному
персона
-
лу
дополнительную
инфор
-
мацию
о
факторах
,
которые
необходимо
учитывать
при
управлении
в
аварийном
и
послеаварийном
электроэнергети
-
ческих
режимах
.
Наличие
системы
АОПЛ
-
Т
может
оказать
влияние
на
правила
краткосрочного
плани
-
рования
(
на
несколько
часов
,
на
предстоящие
сутки
)
электроэнерге
-
тических
режимов
энергосистемы
[11].
Пропу
скная
способнос
ть
,
в
%
от
нормированного
зна
чения
длительно
допу
стимого
то
ка
линии
(
ПУЭ
и
рис
. 1
ста
тьи
)
Процент
времени
, %
Температура
воздуха
Статистический
рейтинг
Базовый
рейтинг
Скорость
ветра
м
/
с
Динамический
рейтинг
80
СЕТИ РОССИИ
После
получения
положительно
-
го
опыта
эксплуатации
АОПЛ
-
Т
нужно
определить
перечень
нормативных
правовых
актов
и
нормативно
-
технической
документации
,
в
кото
-
рые
требуется
,
при
необходимости
,
внесение
соответствующих
измене
-
ний
(
дополнений
)
в
части
определе
-
ния
возможности
и
порядка
исполь
-
зования
АОПЛ
-
Т
при
управлении
электроэнергетическим
режимом
работы
.
При
угрозе
нарушения
электро
-
снабжения
(
например
,
из
-
за
воз
-
никновения
дефицита
пропускной
способности
электрической
сети
)
или
возникновении
аварийного
электроэнергетического
режима
оперативный
персонал
вправе
при
-
нимать
решения
об
использовании
перегрузочной
способности
линий
Рис
. 8.
Функциональная
схема
АОПЛ
-
Т
с
непосредственным
контролем
температуры
провода
ВЛ
81
№ 2 (11), март-апрель, 2012
электропередачи
на
основании
све
-
дений
о
значениях
,
характеризую
-
щих
текущую
перегрузочную
спо
-
собность
линий
электропередачи
[11].
Система
АОПЛ
-
Т
предоставляет
диспетчеру
необходимую
информа
-
цию
,
чем
способствует
принятию
оператором
оптимальных
решений
по
управлению
в
аварийных
и
по
-
слеаварийных
режимах
электриче
-
ской
сети
,
повышению
надёжности
электроснабжения
потребителей
.
ВЫВОД
Современные
средства
авто
-
матизации
обеспечивают
реали
-
зацию
требуемых
технологических
алгоритмов
систем
ПА
,
а
наличие
датчиков
для
непосредственного
измерения
температуры
провода
высоковольтной
линии
позволяет
создавать
интеллектуальные
систе
-
мы
автоматического
ограничения
перегрузки
линий
(
АОПЛ
-
Т
).
Внедре
-
ние
данных
систем
ПА
обеспечит
повышение
пропускной
способно
-
сти
линий
электропередачи
в
ава
-
рийных
и
послеаварийных
режимах
(
а
в
дальнейшем
—
и
в
нормальных
режимах
)
и
надёжность
электро
-
снабжения
потребителей
в
целом
.
Имеющийся
положительный
опыт
эксплуатации
систем
АОПЛ
с
расчётным
методом
определения
температуры
провода
ВЛ
позволяет
отказаться
от
применения
в
проек
-
тах
типового
проектного
решения
,
не
обеспечивающего
необходимую
селективность
и
не
соответствую
-
щего
идеологии
построения
интел
-
лектуальных
сетей
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Герасимов
А
.
С
.,
Есипович
А
.
Х
.,
Кощеев
Л
.
А
.,
Шульгинов
Н
.
Г
.
Ис
-
следование
режимов
Москов
-
ской
энергосистемы
в
процессе
развития
аварии
в
мае
2005
г
.
Электричество
, 2008,
№
1.
2.
Кокшаров
А
.,
Бадов
А
.,
Сумлен
-
ный
С
.
Неудачное
отключение
.
Эксперт
, 2006,
№
42(536).
3.
Правила
устройств
электроуста
-
новок
.
Шестое
издание
.
4.
Назначение
и
цель
создания
АОПЛ
.
Разработка
функциональ
-
ной
структуры
АОПЛ
.
ОАО
«
Энер
-
госетьпроект
»,
г
.
Москва
, 2007
г
.,
отчёт
№
417-16-
т
1
5.
Механошин
Б
.
И
.,
Шкапцов
В
.
А
.,
Васильев
Ю
.
А
.
Повышение
эф
-
фективности
использования
су
-
ществующих
ВЛ
на
основе
ана
-
лиза
их
технического
состояния
и
данных
мониторинга
темпера
-
туры
проводов
.
Электро
, 2007,
№
6.
6.
Левченко
И
.
И
.,
Сацук
Е
.
И
.
На
-
грузочная
способность
и
мони
-
торинг
воздушных
линий
элек
-
тропередачи
в
экстремальных
погодных
условиях
.
Электриче
-
ство
, 2008,
№
4.
7.
Алексеев
Б
.
А
.
Оценка
нагрузоч
-
ной
способности
ВЛ
и
методы
её
повышения
.
Энергоэксперт
,
2010,
№
4.
8.
Механошин
Б
.
И
.
Доклад
на
вто
-
рой
конференции
компании
«
Дженерал
Электрик
»
в
России
на
тему
: «
Интеллектуальные
сети
(
Смарт
Грид
)
и
энергоэф
-
фективность
».
г
.
Москва
, 6
ап
-
реля
2011
г
.
9.
Overhead Transmission Line
Monitoring OTLM.
10.
Дистанционный
измерительный
модуль
ДИМ
-
ВЛ
01.
11.
Правила
оперативно
-
диспет
-
черского
управления
в
элек
-
троэнергетике
.
Постановление
правительства
РФ
от
27.12.2004
№
854 (
ред
.
от
03.03.2010).
Оригинал статьи: Автоматика ограничения перегрузки линий – элемент интеллектуальных сетей
В настоящее время режим работы электросетевого комплекса характеризуется опережающим ростом электропотребления, обусловленным как ростом энерговооруженности существующих потребителей, так и подключением новых потребителей, по отношению к темпам увеличения выработки электроэнергии и развития электросетевой инфраструктуры. Данный факт приводит к увеличению нагрузки высоковольтных линий электропередачи как магистральных, так и распределительных электрических сетей в результате дополнительного наложения транзитных перетоков мощности.
