10
Сентябрь–октябрь 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ
ЛЭП
Установка
Power Donut (
устройства
контроля
состояния
провода
в
динамическом
режиме
)
позволяет
подтвердить
правильность
рас
-
чётов
динамических
параметров
ЛЭП
Скегнесс
—
Бостон
в
северо
-
восточной
Англии
.
Ч
асто
ветряные
электростанции
размещаются
на
удалённых
участках
энергосистемы
,
где
су
-
ществующие
воздушные
ЛЭП
имеют
недоста
-
точную
пропускную
способность
для
передачи
всей
мощности
,
производимой
на
этих
электростанциях
.
Подключение
ветрогенерирующих
установок
к
линии
,
из
-
начально
созданной
для
передачи
относительно
малых
мощностей
,
может
вызвать
значительный
поток
мощно
-
сти
,
превышающий
статические
параметры
существую
-
щей
линии
для
летнего
и
зимнего
времени
года
.
В
связи
с
необходимостью
подключения
суще
-
ствующих
и
планируемых
ветряных
электростанций
мощностью
180
МВт
,
находящихся
в
открытом
море
,
и
прибрежных
электростанций
мощностью
50—90
МВт
к
существующей
двухцепной
воздушной
ЛЭП
132
кВ
про
-
тяжённостью
40
км
(24,9
мили
)
между
городами
Скег
-
несс
и
Бостон
в
северо
-
восточной
Англии
потребова
-
лась
система
управления
нагрузкой
и
защиты
линии
,
которая
позволила
бы
это
осуществить
.
Контроль
ЛЭП
Пропускная
способность
воздушной
ЛЭП
—
это
максимальный
ток
,
который
линия
может
передать
без
нарушения
нормативных
расстояний
между
проводом
и
землей
и
без
превышения
допустимой
температуры
провода
.
Большинство
энергокомпаний
осуществля
-
ют
контроль
потока
мощности
в
воздушных
ЛЭП
без
данных
о
температуре
или
провесе
провода
в
режиме
реального
времени
.
При
этом
на
температуру
провода
влияет
множество
различных
климатических
факторов
,
таких
как
скорость
и
направление
ветра
,
температу
-
ра
окружающей
среды
и
солнечное
излучение
.
Внедрение
системы
непрерывного
оперативного
контроля
позволяет
энергокомпаниям
использовать
пропускную
способность
линии
по
максимуму
при
соблюдении
нормативных
расстояний
от
провода
до
земли
.
В
настоящее
время
некоторые
компании
применяют
свои
системы
динамического
контроля
,
основанные
на
двух
принципиально
различных
ме
-
тодах
определения
пропускной
способности
линии
.
Первый
метод
заключается
в
непосредственном
из
-
мерении
натяжения
,
температуры
или
провеса
про
-
вода
при
помощи
датчиков
.
Другой
метод
—
измере
-
ние
климатических
параметров
,
на
основании
чего
можно
производить
расчёты
пропускной
способности
линии
в
режиме
реального
времени
.
Существуют
различные
способы
расчёта
тепло
-
передачи
и
пропускной
способности
проводов
воз
-
душных
ЛЭП
.
Однако
в
последнее
время
чаще
всего
Больше сила ветра — больше
пропускная способность линии
Central Networks определяет динамические параметры
пропускной способности линии с учётом скорости и
направления ветра.
Роберт Феррис (Robert Ferris),
Central Networks
11
www.tdworld.ru, www.tdworld.com
|
Сентябрь–октябрь 2012
Монтажник
спускается
вниз
после
установки
оборудования
Power
Donut.
ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ
ЛЭП
применяют
два
международных
стандарта
,
опублико
-
ванных
CIGRÉ
и
IEEE,
для
соотношения
ток
/
температу
-
ра
проводов
воздушных
ЛЭП
.
Выбор
системы
динамической
защиты
линии
В
рамках
своего
научно
-
исследовательского
про
-
екта
Программы
стимулирования
инновационного
раз
-
вития
(Innovation Funding Incentive)
компания
AREVA
T&D UK,
ныне
— Alstom Grid UK,
разработала
терминал
релейной
защиты
с
заданием
динамических
параме
-
тров
линии
на
базе
уравнений
стандарта
CIGRÉ.
Два
прототипа
этого
терминала
были
установлены
на
под
-
станции
132
кВ
в
г
.
Скегнесс
компании
Central Networks
в
2008
году
. (1
апреля
2011
года
Central Networks,
энер
-
гораспределительная
компания
в
центральной
Англии
,
была
приобретена
PPL Corp.,
компанией
-
учредителем
Western Power Distribution.)
Терминал
РЗА
с
заданием
динамических
параме
-
тров
линии
имеет
усовершенствованные
функции
за
-
щиты
как
от
перегрузки
по
току
,
так
и
от
замыканий
на
землю
.
Этот
терминал
позволяет
пользователю
выби
-
рать
тип
и
входные
каналы
токового
контура
в
целях
контроля
скорости
и
направления
ветра
,
солнечного
излучения
и
температуры
окружающей
среды
.
Эти
дан
-
ные
используются
в
алгоритме
,
при
помощи
которого
производятся
расчёты
.
Измеряются
трёхфазные
токи
,
и
фаза
с
максимальным
током
выбирается
в
качестве
параметра
релейной
защиты
для
определения
кри
-
териев
аварийной
сигнализации
и
отключения
линии
.
Терминал
делает
возможным
получение
данных
о
токе
,
показаний
датчиков
и
вычисление
пропускной
способ
-
ности
линии
.
Существует
шесть
ступеней
защиты
,
у
каждой
из
которых
свой
пороговый
уровень
и
уставки
выдержек
времени
.
Для
конфигурации
терминала
,
помимо
за
-
дания
пороговых
уровней
и
выдержек
времени
,
также
необходимо
указать
ряд
параметров
провода
,
которые
применяются
при
расчёте
его
нагрева
и
охлаждения
.
Задание
динамических
параметров
ЛЭП
«
Скегнесс
—
Бостон
»
Ввиду
планируемого
увеличения
мощности
ветро
-
генерирующих
установок
в
г
.
Скегнесс
Central Networks
установила
систему
задания
динамических
параметров
линии
для
контроля
потока
мощности
в
двухцепной
воз
-
душной
ЛЭП
132
кВ
между
городами
Скегнесс
и
Бостон
.
Пропускная
способность
эксплуатируемых
в
настоящее
время
проводов
Lynx
в
этой
линии
могла
превысить
нормативы
по
току
U.K. Engineering Recommendation
P27 — 539
А
и
433
А
в
зимнее
и
летнее
время
соот
-
ветственно
.
Central Networks
приняла
решение
применить
в
сво
-
ей
системе
релейной
защиты
алгоритмы
задания
ди
-
намических
параметров
линии
,
использующие
данные
о
температуре
окружающей
среды
и
скорости
ветра
.
Для
подтверждения
полученных
результатов
также
из
-
меряются
направление
ветра
и
солнечное
излучение
.
В
целях
резервирования
системы
релейной
защиты
к
подстанции
в
г
.
Скегнесс
подключены
две
погодные
станции
,
и
одна
—
в
г
.
Бостон
,
при
этом
все
три
станции
подключены
к
системе
управления
нагрузкой
.
Также
в
Скегнессе
и
Бостоне
и
в
центральной
части
ЛЭП
были
установлены
устройства
Power Donuts
про
-
изводства
USi,
позволяющие
отслеживать
температур
-
ные
изменения
по
всей
длине
линии
и
подтверждать
правильность
алгоритмов
задания
динамических
пара
-
метров
линии
.
Эти
устройства
находились
в
эксплуата
-
ции
более
года
,
и
в
течение
этого
периода
производил
-
ся
сбор
и
анализ
данных
.
Когда
линейный
ток
достигает
определённого
процентного
значения
от
рассчитывае
-
мой
в
динамическом
режиме
пропускной
способности
,
система
управления
нагрузкой
немедленно
отправляет
генераторам
сигнал
о
снижении
выдаваемой
мощности
.
Резервируя
систему
управления
нагрузкой
,
реле
по
-
сылает
сигнал
об
отключении
линии
на
выключатель
,
соединяющий
ветряную
электростанцию
с
воздушной
ЛЭП
между
городами
Скегнесс
и
Бостон
с
заданной
вы
-
держкой
времени
.
Для
реле
можно
задать
предельную
выдержку
времени
и
уставки
отключения
линии
в
зави
-
симости
от
системы
управления
нагрузкой
.
Цель
задания
предельной
выдержки
времени
—
не
допустить
ложного
отключения
линии
во
время
неу
-
стойчивых
или
перемежающихся
замыканий
в
сети
и
обеспечить
согласование
с
другим
оборудованием
си
-
стемы
защиты
и
управления
сетью
.
Конструктивные
особенности
Перед
установкой
системы
задания
динамических
параметров
линии
необходимо
было
определить
неко
-
торые
исходные
предположения
и
условия
,
характер
-
ные
для
данного
конкретного
проектного
участка
.
Направление
ветра
—
непрерывно
меняющийся
параметр
,
и
его
сложно
учитывать
из
-
за
изменений
направления
трассы
воздушной
ЛЭП
«
Скегнесс
—
Бо
-
стон
».
Был
использован
упрощённый
подход
,
связы
-
вающий
измеренную
скорость
ветра
с
коэффициентом
поправки
на
направление
ветра
sin 20° = 0,34.
Этот
ко
-
эффициент
(sin 20°)
основан
на
том
предположении
,
что
если
угол
направления
ветра
по
отношению
к
трас
-
се
ЛЭП
менее
20°,
то
эффект
охлаждения
по
причине
турбулентности
ветрового
потока
будет
приблизитель
-
но
такой
же
,
что
и
при
отсутствии
турбулентности
при
угле
ветряного
потока
в
20°.
После
умножения
на
ко
-
эффициент
поправки
на
направление
ветра
полученная
скорость
ветра
ограничивается
нижним
пределом
0,5
м
/
сек
(1,64
фут
/
с
).
Полученное
таким
образом
значение
ветра
применяется
для
расчёта
конвекционного
охлаж
-
дения
.
Наконец
,
учитывается
солнечное
излучение
в
соответствии
с
традиционным
подходом
,
предполагаю
-
щим
ясную
погоду
.
12
Сентябрь–октябрь 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
Сопоставление
пропускной
способности
,
температуры
окружающей
среды
и
солнечного
излучения
на
концах
линии
в
городах
Скегнесс
и
Бостон
.
ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ
ЛЭП
На
практике
рассчитываемое
в
динамическом
режи
-
ме
значение
пропускной
способности
ограничивается
нижним
и
верхним
пределами
.
Верхний
предел
может
учитывать
и
другие
сдерживающие
факторы
,
например
характеристики
кабелей
,
соединений
или
других
компо
-
нентов
цепи
.
Ввод
терминала
в
эксплуатацию
и
анализ
данных
Два
терминала
РЗА
в
монтируемых
на
стену
шка
-
фах
были
введены
в
эксплуатацию
на
подстанции
в
г
.
Скегнесс
в
марте
и
апреле
2008
года
.
Каждый
шкаф
включал
регистратор
для
записи
данных
,
поступающих
от
погодных
станций
и
от
терминала
,
в
течение
не
-
скольких
месяцев
.
Анализ
показал
,
что
данные
,
полученные
от
тер
-
минала
и
от
устройств
Power Donut
на
конце
линии
в
г
.
Скегнесс
,
согласуются
между
собой
.
Температура
провода
рассчитывается
в
ходе
итерационных
вычис
-
лений
на
основе
измерений
температуры
окружающе
-
го
воздуха
,
средней
скорости
ветра
,
его
направления
,
солнечного
излучения
и
тока
в
линии
.
Сопоставление
результатов
показало
отклонение
расчётной
минималь
-
ной
и
максимальной
температур
— 1,24°C (-2,23°F)
и
0,96°C (1,73°F)
соответственно
.
При
этом
абсолютное
отклонение
в
течение
90%
времени
не
превышало
10°C
(18°F).
Температурный
график
провода
повторял
изме
-
нения
температуры
окружающей
среды
и
повышался
вместе
с
током
в
линии
.
Сопоставление
данных
на
концах
ЛЭП
в
городах
Скегнесс
и
Бостон
—
допустимой
токовой
нагрузки
,
по
-
лученной
с
помощью
терминалов
РЗА
,
температуры
окружающей
среды
,
скорости
ветра
,
его
направления
и
солнечного
излучения
—
показало
максимальную
аб
-
солютную
разницу
117
Вт
/
м
2
(10,9
Вт
/
фут
2
)
для
солнеч
-
ного
излучения
,
отклонение
температуры
окружающей
среды
2,1°C (3,8°F),
отклонение
скорости
ветра
2,3
м
/
с
(7,55
фут
/
с
),
что
при
угле
направления
ветра
68°
дало
пропускную
способность
305
А
.
Разница
в
пропускной
способности
на
двух
концах
ЛЭП
б
ó
льшую
часть
време
-
ни
составляла
<10%,
поэтому
важно
учитывать
различия
Представленная
система
управ
-
ления
нагрузкой
ЛЭП
является
современной
высокотехнологич
-
ной
альтернативой
дорогостоя
-
щим
мероприятиям
по
расширению
схемы
выдачи
мощности
ветровой
электростанции
.
Было
бы
ин
-
тересно
также
получить
ответ
на
то
,
принималось
ли
решение
о
внедрении
данной
технологии
на
этапе
строительства
генерации
с
осознанным
отказом
от
развития
схемы
выдачи
,
либо
описан
случай
«
латания
дыр
»
в
условиях
дефицита
ресурсов
или
ошибок
про
-
ектирования
.
Следует
отметить
специфику
применения
данной
системы
управления
именно
в
схеме
выдачи
мощно
-
сти
ветровой
электростанции
.
Как
показано
в
ста
-
тье
,
допустимая
токовая
нагрузка
ЛЭП
в
наибольшей
степени
зависит
именно
от
скорости
ветра
,
т
.
е
.
со
-
впадают
по
времени
режимы
наибольшей
нагрузки
ге
-
нерации
и
возрастающая
допустимая
нагрузка
линии
.
При
этом
в
статье
отсутствует
информация
о
том
,
исключает
ли
полностью
описанная
система
управле
-
ния
ограничения
выдачи
электростанции
в
конкрет
-
ном
случае
,
или
в
каких
-
то
режимах
всё
-
таки
имеются
ограничения
.
Несмотря
на
эти
замечания
и
вопросы
,
подобные
системы
управления
нагрузкой
ЛЭП
следует
рассматривать
в
качестве
перспективной
техноло
-
гии
,
активно
развивающейся
в
том
числе
и
в
России
,
способной
повысить
пропускную
способность
отдель
-
ных
«
узких
мест
»
в
сети
и
надёжность
электроснаб
-
жения
потребителей
.
КОММЕНТАРИЙ
Роман Шамонов, к.т.н.,
заместитель начальника
службы электрических
режимов ОАО «ФСК ЕЭС»:
13
www.tdworld.ru, www.tdworld.com
|
Сентябрь–октябрь 2012
Сопоставление
пропускной
способности
,
скорости
ветра
и
угла
направления
ветра
на
концах
линии
в
городах
Скегнесс
и
Бостон
.
ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ
ЛЭП
ЛЭП
132
кВ
между
городами
Скегнесс
и
Бостон
с
по
-
следующей
комплексной
программой
эксплуатацион
-
ных
испытаний
определило
преимущества
,
предлагае
-
мые
этой
системой
защиты
ЛЭП
.
При
учёте
погодных
параметров
в
динамическом
режиме
для
существую
-
щей
системы
электропередачи
был
разработан
терми
-
нал
,
позволяющий
осуществлять
управление
линией
и
её
защиту
в
том
случае
,
если
доступная
мощность
от
ветровых
генераторов
превысит
пропускную
способ
-
ность
воздушной
ЛЭП
132
кВ
.
И
всё
же
,
несмотря
на
то
что
установка
терминала
с
заданием
динамических
параметров
линии
повысила
пропускную
способность
линии
между
Скегнессом
и
Бостоном
,
были
сохранены
достаточные
пределы
эксплуатационной
безопасности
,
учитывающие
постоянные
традиционные
значения
на
-
правления
ветра
и
солнечного
излучения
.
Роберт
Феррис
(Robert Ferris)
(ferris400@btinternet.
com)
является
руководителем
по
инновациям
и
раз
-
витию
в
компании
Central Networks,
отвечает
за
все
научно
-
исследовательские
проекты
компании
.
Феррис
закончил
отделение
проектирования
в
области
элек
-
тротехники
и
электроники
Астонского
университета
(Aston University),
является
сотрудником
Инженерно
-
технологического
института
(Institution of Engineering
and Technology).
Имеет
30-
летний
опыт
работы
в
энерго
-
распределительных
компаниях
Соединённого
Королев
-
ства
как
в
инженерно
-
конструкторских
отделах
(
строи
-
тельство
,
обслуживание
,
планирование
,
воздушные
ЛЭП
),
так
и
в
отделах
управления
(
оперативные
группы
по
автоматизации
,
защита
и
автоматизация
,
активы
).
Компании
,
упомянутые
в
статье
:
Alstom | www.alstom.com
Central Networks | www.central-networks.co.uk
CIGRÉ | www.cigre.org
IEEE | www.ieee.org
USi | www.usi-power.org
в
погодных
характеристиках
.
В
целях
компенсации
этих
изменений
терминал
РЗА
с
заданием
динамических
па
-
раметров
линии
использует
поправочные
коэффициен
-
ты
,
учитывающие
эти
изменения
и
при
необходимости
обеспечивающие
дополнительный
запас
надёжности
.
Дальнейшие
двухдневные
испытания
на
линии
в
2009
году
позволили
определить
погодные
параметры
,
значительным
образом
влияющие
на
параметры
линии
,
в
сравнении
с
Engineering Recommendation P27:
•
солнечное
излучение
,
от
407
до
501 A,
максимум
не
превышает
рекомендации
P27;
•
температура
окружающей
среды
,
от
438
до
526 A,
максимум
превышает
рекомендации
P27
на
5%;
•
скорость
ветра
,
от
501
до
960 A,
максимум
превы
-
шает
рекомендации
P27
на
92%;
•
скорость
ветра
вместе
с
углом
направления
ветра
,
от
491
до
1161 A,
максимум
превышает
рекоменда
-
ции
P27
на
231%.
Стоит
обратить
внимание
на
тот
факт
,
что
рекомен
-
дации
P27
не
учитывают
солнечное
излучение
,
поэтому
пропускная
способность
получается
всегда
ниже
реко
-
мендуемой
в
P27.
Норматив
для
воздушной
ЛЭП
Скег
-
несс
—
Бостон
согласно
Engineering Recommendation
P27
в
весеннее
и
осеннее
время
составляет
501 A.
Долгосрочные
испытания
в
период
осень
2008
г
. —
зима
2009
г
.,
в
ходе
которых
учитывались
все
клима
-
тические
параметры
,
показали
,
что
пропускная
способ
-
ность
б
ó
льшую
часть
времени
превышала
статические
нормативы
,
применяемые
в
электроэнергетике
Соеди
-
ненного
Королевства
.
Анализ
,
проведённый
на
основа
-
нии
данных
,
полученных
от
устройств
Power Donut,
под
-
твердил
,
что
абсолютная
разность
между
температурой
провода
,
рассчитанной
при
помощи
уравнений
CIGRÉ,
и
реально
измеренными
значениями
была
пренебрежи
-
мо
мала
.
Успешное
применение
Решение
Central Networks
по
установке
системы
за
-
дания
динамических
параметров
линии
на
воздушную
Оригинал статьи: Больше сила ветра — больше пропускная способность линии
Central Networks определяет динамические параметры пропускной способности линии с учётом скорости и направления ветра.
Комментарий к статье:
Роман Шамонов, к.т.н., заместитель начальника службы электрических режимов ОАО «ФСК ЕЭС».
