Алексей
ПРАВКОВ
,
начальник
ОЭВЛ
Аппарата
управления
филиала
«
Россети
Урал
» — «
Пермэнерго
»
Диагностика
ЛЭП
по
оптическому
волокну
в
грозозащитном
тросе
или
фазном
проводе
Дмитрий
ГИБЕРТ
,
эксперт
ООО
«
ЦТК
«
ВОЛС
.
Эксперт
»
П
оявлению
нового
инновационного
решения
всегда
предшествует
своя
предыс
тория
.
Вопрос
устойчивой
работы
ВЛ
35–110
кВ
в
Пермском
крае
в
пе
-
риод
погодных
условий
,
способствующих
образованию
гололедо
-
изморозе
-
вых
отложений
(
ГИО
)
на
проводах
и
грозозащитных
тросах
,
наиболее
остро
обозначился
с
2006
года
.
С
этого
года
фиксировался
рост
технологических
нарушений
по
данной
причине
,
и
в
2014
году
количество
отключений
достигло
наибольшей
вели
-
чины
(126
отключений
).
В
последние
годы
также
из
-
за
погодных
условий
участилось
образование
«
куржака
»
на
проводах
.
В
период
с
2006
по
2018
годы
по
причине
голо
-
ледообразования
произошло
289
случаев
аварийных
отключений
в
сетях
35–110
кВ
Пермэнерго
.
Практикой
эксплуатации
доказано
,
что
предотвращение
гололедных
аварий
и
су
-
щественное
повышение
надежности
ВЛ
возможно
с
помощью
применения
комплекс
-
ной
системы
мероприятий
.
Из
всех
составляющих
комплексной
системы
мероприятий
можно
выделить
следующие
и
выстроить
их
в
такой
последовательности
:
1)
установка
изоляционных
междуфазных
распорок
и
гасителей
пляски
проводов
;
2)
установка
дополнительных
опор
в
пролетах
более
200
метров
;
3)
замена
голого
провода
на
провод
СИП
-3,
на
провод
с
«
гладкой
»
конструкцией
верхнего
повива
,
на
провод
устойчивый
к
кручению
;
4)
реконструкция
ВЛ
35–110
кВ
с
применением
технических
и
конструктивных
реше
-
ний
,
позволяющих
исключить
влияние
ГИО
на
их
нормальную
работу
;
5)
внедрение
автоматизированной
информационной
системы
наблюдения
за
голо
-
ледом
;
6)
внедрение
схем
плавки
гололеда
на
проводах
и
тросах
(
в
случаях
,
когда
предыду
-
щие
мероприятия
не
дали
результата
,
с
учетом
реального
ущерба
от
последствий
отключений
).
Четыре
первых
пункта
с
успехом
были
применены
на
ВЛ
35–110
кВ
филиала
и
по
-
зволили
снизить
количество
отключений
с
пикового
значения
2014
года
до
10–14
от
-
ключений
с
УАПВ
в
год
.
Тогда
же
в
2014
году
на
совместной
встрече
по
вопросам
технического
взаимодействия
и
сотрудничества
представителей
ООО
«
Инкаб
»
и
глав
-
ного
инженера
филиала
Пермэнерго
впервые
со
стороны
технических
служб
филиала
прозвучало
предложение
рассмотреть
возможность
диагностирования
ГИО
по
опти
-
ческому
волокну
за
счет
улавливания
его
растяжения
под
действием
механической
нагрузки
от
гололеда
.
Удаленный
мониторинг
позволил
бы
снизить
нагрузку
на
персо
-
нал
,
эксплуатирующий
ВЛ
35–110
кВ
в
период
ОЗП
,
быстро
и
эффективно
реагировать
на
возникновение
очагов
ГИО
.
На
тот
момент
не
было
понимания
,
как
это
можно
реа
-
лизовать
,
но
идея
была
принята
специалистами
ООО
«
Инкаб
».
Прошло
сравнительно
немного
времени
,
и
современные
технологии
воплотили
эту
идею
в
жизнь
.
17
Развитие
электроэнергетики
в
ближайшие
годы
опре
-
деляется
на
основе
документа
«
Энергетическая
страте
-
гия
России
на
период
до
2020
и
2035
года
».
При
этом
ос
-
новными
аспектами
являются
:
–
повышение
надежности
снабжения
электроэнергией
;
–
повышение
эффективности
на
базе
современных
техно
-
логий
.
Очевидно
,
что
повышение
надежности
может
быть
достигнуто
за
счет
снижения
частоты
возникновения
аварийных
ситуаций
.
Это
комплексная
и
нетривиальная
задача
,
которая
затрагивает
множество
сфер
и
областей
и
включает
в
себя
:
–
использование
современных
и
качественных
материа
-
лов
при
строительстве
и
реконструкции
ЛЭП
;
–
грамотное
проектирование
;
–
соблюдение
норм
и
правил
при
монтаже
;
–
надлежащее
обслуживание
при
эксплуатации
;
–
непрерывный
мониторинг
и
своевременное
выявление
потенциально
аварийных
ситуаций
.
Таким
образом
,
мониторинг
состояния
линий
электро
-
передачи
является
важной
частью
стратегической
зада
-
чи
повышения
надежности
снабжения
электроэнергией
.
Реализация
такого
подхода
возможна
как
на
основе
уже
зарекомендовавших
себя
методов
,
вплоть
до
периодиче
-
ского
визуального
осмотра
каждого
километра
линии
,
так
и
с
применением
новых
решений
,
позволяющих
значи
-
тельно
снизить
временные
и
материальные
затраты
и
ис
-
пользующих
новейшие
технические
достижения
.
ОСНОВНЫЕ
ПРИЧИНЫ
СНИЖЕНИЯ
НАДЕЖНОСТИ
Согласно
статистике
центра
исследований
и
разработок
ФСК
ЕЭС
основными
причинами
возникновения
аварийных
ситуаций
на
линиях
110–220
кВ
являются
:
–
атмосферные
перенапряжения
— 70%;
–
воздействие
ветра
и
льда
— 12%;
–
птицы
— 5%;
–
внешние
воздействия
— 5%;
–
вибрация
— 3%;
–
старение
— 2%;
–
другие
факторы
—
менее
1%.
Аварийные
ситуации
приводят
к
обрывам
линий
элек
-
тропередачи
,
перебоям
в
обеспечении
электроснаб
-
жения
,
выходу
из
строя
дорогостоящего
оборудования
и
длительному
и
затратному
ремонту
.
СОВРЕМЕННЫЕ
ВОЗМОЖНОСТИ
МОНИТОРИНГА
НА
ОСНОВЕ
ОПТИЧЕСКОГО
ВОЛОКНА
Оптическое
волокно
может
использоваться
не
только
как
линия
передачи
данных
,
но
и
как
протяженный
чувствитель
-
ный
элемент
,
способный
детектировать
изменения
различ
-
ных
величин
.
Для
этого
применяются
специальные
устройства
с
ла
-
зерным
источником
,
которые
посылают
импульсы
в
опти
-
ческое
волокно
и
на
основе
анализа
обратного
рассеива
-
ния
позволяют
определить
величину
воздействий
вдоль
всей
линии
.
Существует
несколько
типов
подобных
приборов
:
1. DTS (Distributed Temperature Sensing)
—
система
рас
-
пределенного
мониторинга
температуры
.
Принцип
дей
-
ствия
основан
на
рассеянии
Рамана
и
изменении
его
величины
при
изменении
температуры
.
Блок
обработки
получает
данные
о
величине
рассеяния
по
длине
опти
-
ческого
волокна
.
При
этом
сама
волоконно
-
оптическая
линия
представляет
собой
по
сути
тысячи
точечных
датчиков
,
что
является
неоспоримым
преимуществом
таких
систем
.
Быстродействие
и
точность
измерений
находятся
в
обратной
зависимости
,
то
есть
чем
точнее
необходимо
измерять
температуру
,
тем
больше
време
-
ни
требуется
,
и
наоборот
,
если
достаточно
погрешности
в
несколько
градусов
,
то
быстродействие
увеличивает
-
ся
.
Конкретные
характеристики
определяются
произво
-
дителями
,
но
в
целом
возможно
определять
темпера
-
туру
с
погрешностью
в
десятые
доли
градуса
на
длине
в
50–100
км
.
В
качестве
распределенного
датчика
может
использоваться
обычное
одномодовое
волокно
.
2. DAS (Distributed
Acoustic Sensing)
—
система
распре
-
деленного
мониторинга
акустических
сигналов
.
Принцип
действия
основан
на
рассеянии
Рэлея
и
его
изменении
при
различных
виброакустических
колебаниях
окружаю
-
щей
среды
.
Оптическое
волокно
при
этом
играет
роль
протяженного
виртуального
микрофона
.
По
сути
,
блок
обработки
сигналов
позволяет
понять
,
что
происходит
в
линии
,
когда
нет
возможности
увидеть
это
.
В
зависи
-
мости
от
необходимого
пространственного
разрешения
и
длины
линии
производители
выпускают
различные
типы
приборов
.
Система
также
может
работать
на
стан
-
дартном
одномодовом
волокне
на
длинах
до
50
км
.
3. DSS (Distributed Strain Sensing)
—
система
распреде
-
ленного
мониторинга
напряжений
,
возникающих
в
во
-
локне
.
Принцип
действия
основан
на
рассеянии
Ман
-
дельштама
-
Бриллюэна
и
изменении
его
величины
при
удлинении
волокна
.
Блок
обрабатывает
сигналы
и
опре
-
деляет
степень
удлинения
волокна
в
каждой
его
точке
по
длине
линии
.
Как
и
предыдущие
системы
,
работает
на
стандартном
одномодовом
волокне
с
высокой
разреша
-
ющей
способностью
,
что
позволяет
определить
удлине
-
ния
волокна
с
точностью
до
сотых
процента
.
Оптическое
волокно
на
линиях
электропередачи
может
присутствовать
в
виде
различных
оптических
кабелей
:
1.
ОКСН
—
самонесущий
оптический
кабель
(
рисунок
1).
Не
является
основным
элементом
на
высоковольтной
ли
-
нии
.
Служит
для
организации
канала
волоконно
-
оптической
линии
связи
(
ВОЛС
).
Подвес
ОКСН
приводит
к
дополни
-
тельным
нагрузкам
на
опоры
,
кроме
того
,
его
применение
18
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3(14),
сентябрь
2019
Диагностика
и
мониторинг
ограничено
на
линиях
110
кВ
и
выше
ввиду
возможного
образования
тре
-
кинговых
разрядов
на
поверхности
оболочки
кабеля
,
которые
приводят
к
ее
деградации
.
Статистические
дан
-
ные
ПАО
«
Ростелеком
»
показывают
,
что
ОКСН
наиболее
часто
выходит
из
строя
в
сравнении
с
другими
типами
кабелей
.
2.
ОКГТ
—
оптический
кабель
,
встроенный
в
грозозащитный
трос
(
рисунок
2).
Сам
грозозащитный
трос
является
основным
элементом
ВЛ
на
-
пряжением
от
35
кВ
и
по
сути
является
продуктом
«2
в
1»:
предотвращает
уда
-
ры
молнии
в
провода
и
одновременно
является
каналом
связи
.
Не
создает
дополнительные
нагрузки
на
опоры
,
исключает
дополнительные
затраты
на
монтаж
и
обслуживание
.
Будучи
подвешенным
в
самой
высокой
точке
,
является
наиболее
надежным
решени
-
ем
,
согласно
статистике
ПАО
«
Росте
-
леком
».
Срок
службы
в
два
раза
выше
,
чем
у
ОКСН
(50
лет
).
В
связи
с
тем
,
что
в
2018
году
произошел
резкий
рост
цен
на
арамид
,
используемый
в
ОКСН
,
применение
ОКГТ
на
ВЛ
стало
еще
бо
-
лее
экономически
целесообразным
.
3.
ОКФП
—
оптический
кабель
,
встроенный
в
фазный
провод
(
рису
-
нок
3).
Фазные
провода
также
являют
-
ся
основным
элементом
ВЛ
,
но
ОКФП
в
настоящее
время
находит
ограничен
-
ное
применение
.
ОКФП
используется
как
резервный
канал
связи
там
,
где
уже
используется
ОКГТ
или
ОКСН
,
а
также
на
больших
спецпереходах
,
где
при
-
менение
ОКСН
или
ОКГТ
физически
невозможно
.
Основными
сдерживаю
-
щими
факторами
применения
ОКФП
являются
отсутствие
нормативной
документации
и
соответствующего
опыта
при
проектировании
,
монтаже
и
эксплуатации
.
Однако
,
например
,
в
энергетике
Китая
ОКФП
применяется
намного
шире
.
На
основе
различных
типов
систем
мониторинга
и
оптических
кабелей
,
ко
-
торые
могут
выступать
в
качестве
рас
-
пределенных
датчиков
,
рассмотрим
возможные
варианты
их
применения
на
высоковольтных
линиях
(
рисунок
4).
Рис
. 1.
Поперечное
сечение
ОКСН
Рис
. 2.
Поперечное
сечение
ОКГТ
Рис
. 3.
Поперечное
сечение
ОКФП
Рис
. 4.
Условное
изображение
распределенных
систем
мониторинга
ВЛ
19
Возможно
создание
двух
типов
систем
мониторинга
:
–
предупредительные
(
П
) —
система
предупреждает
о
возможности
возникновения
аварийной
ситуации
,
тем
самым
давая
возможность
оперативно
реагировать
и
предпринимать
необходимые
меры
для
ее
предотвра
-
щения
;
–
обслуживающие
(
О
) —
система
локализует
место
воз
-
никновения
аварийной
ситуации
,
тем
самым
снижая
временные
и
материальные
затраты
на
обнаружение
повреждений
.
Возможные
варианты
применения
систем
для
монито
-
ринга
на
ВЛ
сведены
в
таблицу
1.
Цель
контроля
температуры
при
плавке
гололеда
на
грозозащитном
тросе
состоит
в
том
,
чтобы
не
допускать
перегрев
оптического
волокна
.
Для
этого
система
свое
-
временно
отключает
ток
плавки
.
Данные
системы
пред
-
ставлены
на
рынке
в
промышленном
исполнении
и
экс
-
плуатируются
(
в
частности
,
в
МЭС
Юга
).
Контроль
температуры
фазного
провода
актуален
на
ВЛ
,
где
зачастую
необходимо
увеличивать
передаваемую
мощность
и
токовую
нагрузку
для
потребителей
.
При
за
-
данных
климатических
условиях
возможно
эффективное
использование
всех
ресурсов
ВЛ
,
не
допуская
при
этом
воз
-
никновения
аварийных
ситуаций
и
соблюдая
требуемые
габариты
проводов
до
пересечений
(
ВЛ
,
ж
/
д
,
автомагистра
-
ли
).
Системы
контроля
температуры
и
токовых
нагрузок
силовых
кабелей
широко
распространены
и
применяются
повсеместно
.
Для
этого
в
броню
силового
кабеля
вместо
одной
из
проволок
помещается
стальной
оптический
мо
-
дуль
с
волокном
,
по
которому
производится
мониторинг
.
Аналогично
данную
систему
можно
применять
и
для
воз
-
душных
ВЛ
и
фазных
проводов
,
где
(
как
показано
на
рисун
-
ке
3)
стальной
модуль
с
волокном
также
заменяет
собой
одну
из
проволок
.
При
этом
механические
и
электрические
характеристики
ОКФП
практически
соответствуют
характе
-
ристикам
фазного
провода
без
оптического
волокна
.
Контроль
состояния
изоляторов
на
ВЛ
возможен
при
помощи
оптического
волокна
,
встроенного
как
в
грозоза
-
щитный
трос
,
так
и
в
фазный
провод
.
При
этом
использу
-
ется
система
акустического
мониторинга
,
когда
волокно
,
как
распределенный
виртуальный
микрофон
, «
слышит
»
характерный
треск
неисправных
изоляторов
,
требующих
замены
.
Возможность
создания
подобных
систем
иссле
-
дована
теоретически
и
нуждается
в
экспериментальной
проверке
.
В
связи
с
этим
в
настоящее
время
прорабаты
-
вается
вопрос
проведения
научно
-
исследовательских
и
опытно
-
конструкторских
работ
по
данной
тематике
.
Обнаружение
места
удара
молнии
и
коротких
замы
-
каний
на
ВЛ
особенно
актуально
для
эксплуатирующих
подразделений
.
Каждое
аварийное
событие
требует
визу
-
ального
осмотра
места
возможного
повреждения
.
Имею
-
щиеся
средства
диагностики
не
позволяют
с
достаточной
степенью
точности
локализовать
событие
на
ВЛ
.
В
свя
-
зи
с
этим
аварийно
-
восстановительные
бригады
тратят
большое
количество
времени
на
обследование
ВЛ
.
За
-
частую
доступ
к
линии
затруднен
болотами
,
лесами
,
и
не
всегда
удается
быстро
обнаружить
,
в
какое
место
грозо
-
защитного
троса
произошел
удар
молнии
или
где
произо
-
шло
короткое
замыкание
.
Системы
акустического
мониторинга
по
ОКГТ
позво
-
ляют
по
характерным
звуковым
событиям
достоверно
локализовать
место
удара
молнии
или
возникновения
КЗ
,
вплоть
до
нескольких
метров
.
Благодаря
этому
значи
-
тельно
сокращается
время
работы
бригад
,
позволяя
бы
-
стро
и
оперативно
восстанавливать
работоспособность
линий
.
В
настоящее
время
запланировано
проведение
экспериментальных
испытаний
,
которые
позволят
отка
-
либровать
и
настроить
системы
на
максимально
эффек
-
тивную
работу
.
Обнаружение
активности
вблизи
ВЛ
актуально
для
предотвращения
несанкционированных
работ
в
охран
-
ной
зоне
.
Система
акустического
мониторинга
может
работать
как
по
ОКГТ
,
так
и
по
ОКФП
, «
слыша
»
подъезд
техники
,
воздействие
на
опоры
,
выстрелы
из
ружья
и
т
.
п
.
события
.
Благодаря
этому
возможен
оперативный
выезд
бригады
для
предотвращения
аварийной
ситуации
на
ВЛ
.
Табл
. 1.
Показания
прибора
ВАФ
при
снятии
векторных
диаграмм
№
Мониторинг
Система
Тип
кабеля
Тип
системы
DTS
DAS
DSS
ОКГТ ОКФП
1
Контроль
температуры
при
плавке
гололеда
на
грозозащитном
тросе
+
+
+
+
–
П
2
Контроль
температуры
фазного
провода
+
+
+
–
+
П
3
Контроль
состояния
изоляторов
ВЛ
–
+
–
+
+
О
4
Обнаружение
места
удара
молнии
–
+
–
+
–
О
5
Обнаружение
места
КЗ
на
ВЛ
–
+
–
+
+
О
6
Обнаружение
активности
вблизи
ВЛ
–
+
–
+
+
П
7
Контроль
начала
гололедообразования
–
–
+
+
+
П
20
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3(14),
сентябрь
2019
Диагностика
и
мониторинг
В
настоящее
время
система
также
находится
в
состоянии
экспериментального
тестирования
.
Контроль
начала
гололедообразования
возможен
с
по
-
мощью
систем
распределенного
мониторинга
напряженно
-
го
состояния
волокна
.
Для
этого
в
ОКГТ
или
ОКФП
одно
из
волокон
помещают
в
преднатянутом
состоянии
.
В
то
время
как
волокна
,
предназначенные
для
связи
,
укладываются
в
стальной
модуль
с
небольшой
избыточной
длиной
.
Де
-
лается
это
для
того
,
чтобы
при
возникновении
нагрузок
на
грозотрос
или
фазный
провод
в
результате
воздействия
льда
или
ветра
волокно
не
подвергалось
удли
нению
.
Пред
-
натянутое
волокно
при
любом
изменении
нагрузки
сразу
же
начинает
удлиняться
,
что
своевременно
фиксирует
систе
-
ма
.
Таким
образом
,
даже
небольшое
удлинение
ОКГТ
или
ОКФП
при
гололедообразовании
регистрируется
и
пред
-
принимаются
дальнейшие
превентивные
меры
,
например
плавка
гололеда
.
Весной
2018
года
на
территории
завода
«
Инкаб
»
был
смонтирован
стенд
,
на
котором
между
дву
-
мя
опорами
подвешен
ОКГТ
с
преднатянутым
волокном
,
а
система
производства
VIAVI
на
основе
бриллюэновского
рефлектометра
определяет
изменение
нагрузки
на
грозо
-
трос
(
рисунки
5
и
6).
В
настоящее
время
в
Пермэнерго
проводятся
работы
по
организации
опытно
-
промышленной
эксплуатации
по
-
добной
системы
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Волоконно
-
оптические
линии
связи
на
ВЛ
прошли
трансфор
-
мацию
от
простой
функции
передачи
данных
от
точки
А
до
точки
В
к
цифровизации
,
когда
с
помощью
этих
линий
стано
-
вится
возможным
дистанционное
управление
и
диспетчери
-
зация
различных
систем
и
оборудования
в
электроэнергети
-
ке
.
Очевиден
дальнейший
тренд
перехода
от
цифровых
ЛЭП
к
умным
ЛЭП
,
позволяющего
развернуть
распределенные
системы
мониторинга
по
всей
длине
линии
.
Несмотря
на
то
,
что
стоимость
самих
систем
в
настоящее
время
достаточ
-
но
велика
,
неизбежно
их
массовое
применение
в
будущем
и
,
следовательно
,
снижение
стоимости
.
Ровно
такой
же
путь
прошли
системы
мониторинга
силовых
кабельных
линий
:
от
редких
и
дорогих
первых
систем
к
повсеместному
ис
-
пользованию
на
линиях
110
кВ
и
выше
.
И
здесь
в
выигрыше
оказались
те
компании
,
которые
заранее
,
при
модернизации
линий
,
приобретали
силовые
кабели
с
оптическим
волокном
внутри
,
а
в
дальнейшем
достаточно
легко
оснащали
их
си
-
стемами
мониторинга
.
Именно
поэтому
важно
уже
сейчас
при
строительстве
но
-
вых
линий
и
реконструкции
существующих
использовать
воз
-
можности
и
сразу
закладывать
оптическое
волокно
и
в
гро
-
зозащитный
трос
на
всей
длине
ВЛ
,
и
в
фазный
провод
на
особо
ответственных
участках
.
Даже
не
приобретая
систему
мониторинга
сразу
,
компания
закладывает
возможность
ее
применения
в
дальнейшем
,
без
капитальных
затрат
на
мо
-
дернизацию
самой
инфраструктуры
ЛЭП
.
Строительство
ВЛ
с
использованием
оптических
волокон
перспективно
и
эко
-
номически
оправдано
,
так
как
позволяет
решать
сразу
три
задачи
:
передача
данных
,
цифровизация
и
мониторинг
.
Рис
. 6.
Стенд
на
заводе
«
Инкаб
»
для
тестирования
системы
контроля
начала
гололедообразования
Рис
. 5.
Диаграмма
напряженного
состояния
волокна
на
стенде
завода
«
Инкаб
»
21
Оригинал статьи: Диагностика ЛЭП по оптическому волокну в грозозащитном тросе или фазном проводе
Появлению нового инновационного решения всегда предшествует своя предыстория. Вопрос устойчивой работы ВЛ 35–110 кВ в Пермском крае в период погодных условий, способствующих образованию гололедо-изморозевых отложений (ГИО) на проводах и грозозащитных тросах, наиболее остро обозначился с 2006 года. С этого года фиксировался рост технологических нарушений по данной причине, и в 2014 году количество отключений достигло наибольшей величины (126 отключений). В последние годы также из-за погодных условий участилось образование «куржака» на проводах. В период с 2006 по 2018 годы по причине гололедообразования произошло 289 случаев аварийных отключений в сетях 35–110 кВ Пермэнерго.
