Интеллектуальная система плавки гололеда на проводах и грозозащитных тросах воздушных линий электропередачи ПАО «МРСК Юга»

72

В

общем

виде

обозначены

проблемы

при

борьбе

с

гололедно

-

ветровыми

нагрузками

на

ВЛ

в

осенне

-

зимний

период

в

элек

-

трических

сетях

ПАО

 «

МРСК

Юга

». 

Авторами

предложена

интеллектуальная

система

плавки

гололеда

на

проводах

и

грозозащитных

тросах

воздушных

линий

электропередачи

с

использованием

универсальной

установки

плавки

гололеда

с

тиристорным

коммутатором

, 

произведено

ее

сравнение

с

общепринятыми

способами

и

установками

плавки

гололеда

, 

также

показана

эффективность

ее

применения

на

ВЛ

 35, 110 

кВ

филиала

ПАО

 «

МРСК

Юга

» — «

Ростовэнерго

».

Интеллектуальная 
система плавки 
гололеда на проводах 
и грозозащитных тросах
воздушных линий 
электропередачи
ПАО «МРСК Юга»

УДК

 621.3.051.025

Левченко

И

.

И

.,

д

.

т

.

н

., 

профессор

, 

научный

руководитель

ООО

 «

ТМК

-

Центр

»

Гончаров

П

.

В

.,

заместитель

генерального

директора

 — 

главный

инженер

ПАО

 «

МРСК

Юга

»

Сацук

Е

.

И

.,

д

.

т

.

н

., 

доцент

, 

начальник

службы

ВПРА

АО

 «

СО

ЕЭС

»

Шовкопляс

С

.

С

.,

инженер

, 

ассистент

кафедры

 «

Электри

-

ческие

станции

и

электроэнергетические

системы

» 

энергетического

факультета

ФГБОУ

ВО

ЮРГПУ

 (

НПИ

)

ОБЩИЕ

СВЕДЕНИЯ

О

ПЛАВКЕ

ГОЛОЛЕДА

Опыт

эксплуатации

электриче

-

ских

сетей

показывает

, 

что

голо

-

ледно

-

ветровые

аварии

на

ВЛ

относятся

к

числу

наиболее

тя

-

желых

, 

могут

дезорганизовать

электроснабжение

больших

эко

-

номических

районов

регионов

РФ

. 

Вопрос

предотвращения

го

-

лоледно

-

ветровых

аварий

на

ВЛ

актуален

и

для

филиалов

ПАО

«

МРСК

Юга

» — «

Ростовэнер

-

го

», «

Волгоградэнер

го

» 

и

  «

Калм

-

энерго

». 

Следует

отметить

суще

-

ственный

экономический

ущерб

от

гололедно

-

ветровых

аварий

на

ВЛ

 «

Ростовэнерго

» 

в

осенне

-

зим

-

ние

периоды

  (

ОЗП

): 2004–2005, 

2010–2011 

и

 2012–2013.

В

настоящее

время

для

пред

-

от

вращения

гололедно

-

ветровых

аварий

, 

а

также

  «

пляски

» 

прово

-

дов

на

ВЛ

, 

основным

эффектив

-

ным

мероприятием

является

орга

-

низация

системы

плавки

гололеда

(

СПГ

) 

на

проводах

и

грозозащит

-

ных

тросах

ВЛ

с

прогнозировани

-

Ключевые

слова

:

гололедообразование

, 

плавка

гололеда

, 

инновация

, 

система

прогнозирования

, 

раннего

обнаружения

и

контроля

гололедо

-

образования

, 

интеллектуальная

система

плавки

гололеда

, 

удлинитель

, 

технико

-

экономический

эффект

Keywords:

glaze formation, ice melting, innovation, 
system for forecasting, early detecting
and control of ice formation, intelligent ice 
melting system, extension cord, technical-
and-economic ef

fi

 ciency

в

о

з

д

у

ш

н

ы

е

 л

и

н

и

и

воздушные линии

73

ем

, 

ранним

обнаружением

и

кон

-

тролем

гололедообразования

на

ВЛ

, 

что

подтверждено

опытом

экс

-

плуатации

электрических

сетей

и

отражено

в

нормативно

-

техни

-

ческих

документах

и

учебной

ли

-

тературе

 [1–5]. 

В

положении

ПАО

«

Россети

» «

О

единой

технической

политике

в

электросетевом

ком

-

плексе

» 

в

п

. 7.10 

и

в

Правилах

устройства

электроустановок

 7-

го

издания

в

п

. 2.5.16 

указано

, 

что

:

–

вновь

сооружаемые

, 

рекон

-

струируемые

и

эксплуатируе

-

мые

ВЛ

, 

проходящие

в

районах

с

толщиной

стенки

гололеда

25 

мм

 (IV 

район

) 

и

выше

, 

а

так

-

же

с

частыми

образованиями

гололеда

и

изморозевых

отло

-

жений

в

сочетании

с

сильными

ветрами

, 

в

районах

с

частой

и

интенсивной

  «

пляской

» 

про

-

водов

, 

необходимо

оснащать

(

преимущественно

) 

управляе

-

мыми

установками

плавки

гололеда

на

проводах

и

грозо

-

защитных

тросах

постоянным

(

в

том

числе

импульсным

) 

током

;

–

при

технико

-

экономическом

об

-

основании

применение

авто

-

матизированных

систем

ран

-

него

обнаружения

гололедоо

-

бразования

и

распределенного

контроля

температуры

оптиче

-

ского

волокна

при

плавке

голо

-

леда

на

грозозащитном

тросе

и

фазном

проводе

со

встро

-

енным

волоконно

-

оптическим

кабелем

и

непосредственного

контроля

температуры

прово

-

да

при

плавке

гололеда

;

–

для

сетевых

предприятий

, 

у

ко

-

торых

свыше

 50% 

ВЛ

проходят

в

указанных

районах

, 

рекомен

-

дуется

разрабатывать

общую

схему

плавки

гололеда

;

–

на

ВЛ

с

плавкой

гололеда

долж

-

но

быть

организовано

наблю

-

дение

за

гололедом

, 

при

этом

предпочтительно

применение

сигнализаторов

появления

гололеда

и

устройств

контроля

окончания

плавки

гололеда

.

Авторами

рекомендуется

орга

-

низовывать

плавку

и

в

 III 

районе

по

гололеду

при

наличии

ВЛ

, 

по

-

строенных

по

нормативным

до

-

кументам

с

учетом

 5–10-

летней

повторяемости

, 

а

также

отдает

-

ся

предпочтение

применению

сигнализаторов

с

программным

обес

печением

, 

позволяющим

про

-

гнозировать

гололедно

-

ветровые

нагрузки

в

зависимости

от

метео

-

условий

и

времени

суток

, 

опреде

-

лять

начало

, 

скорость

нарастания

гололедообразования

и

фиксиро

-

вать

сброс

гололеда

, 

тем

самым

предупреждать

об

окончании

про

-

цесса

плавки

.

В

электрических

сетях

для

пре

-

дотвращения

гололедно

-

ветровых

аварий

на

ВЛ

напряжением

 110 

кВ

и

ниже

применяется

, 

в

основном

, 

плавка

гололеда

переменным

током

, 

а

на

ВЛ

 220 

кВ

и

выше

 — 

постоянным

от

установок

плавки

гололеда

  (

УПГ

) [3–5]. 

Внедряют

-

ся

управляемые

выпрямитель

-

ные

установки

плавки

гололеда

постоянным

током

 — 

ВУПГ

 [6] 

и

управляемые

выпрямители

для

плавки

гололеда

 — 

В

-

ТПП

 [7], 

ко

-

торые

поддерживают

заданный

ток

плавки

, 

изменяя

его

значение

углом

открытия

тиристоров

плеч

выпрямительного

моста

, 

и

требу

-

ют

меньшую

мощность

для

плав

-

ки

по

сравнению

с

переменным

током

по

способу

короткого

замы

-

кания

 (

КЗ

).

Эксплуатируемые

выпрями

-

тельные

установки

плавки

голо

-

леда

 — 

неуправляемые

ВУКН

и

В

-

ТППД

, 

используемые

для

ВЛ

330, 500 

кВ

, 

морально

устарели

и

не

рекомендованы

технической

политикой

ПАО

  «

Россети

» [2], 

а

управляемые

ВУПГ

и

В

-

ТПП

, 

внедряемые

для

плавки

гололеда

на

ВЛ

 110, 220 

кВ

, 

имеют

недо

-

статки

, 

основные

из

них

:

–

только

поочередная

плавка

гололеда

на

проводах

фаз

ВЛ

, 

поэтому

КПД

схем

 (

отношение

расходуемой

энергии

на

плав

-

ку

к

потребляемой

энергии

из

сети

) 

снижен

, 

так

при

схемах

«

фаза

 — 

фаза

» 

в

 2 

цикла

составляет

 75%; 

при

схемах

«

фаза

 — 

две

фазы

» 

в

 3 

цик

-

ла

 — 67%;

–

требуется

компенсация

реак

-

тивной

мощности

, 

приводящей

к

падению

напряжения

, 

и

иска

-

жений

формы

питающего

на

-

пряжения

при

регулировании

тока

плавки

за

счет

изменения

угла

открытия

тиристоров

;

–

импульсы

перенапряжений

на

тиристорах

, 

возникающие

при

отключении

выключателем

питания

УПГ

и

приводящие

к

выходу

из

работы

плеч

выпря

-

мительного

моста

;

–

переключение

разъединителя

-

ми

схем

соединения

проводов

фаз

ВЛ

оперативным

персона

-

лом

значительно

увеличивает

суммарное

время

плавки

.

Предлагаемая

к

внедрению

универсальная

установка

плавки

гололеда

с

тиристорным

коммута

-

тором

 (

УУПГ

) 

устраняет

эти

недо

-

статки

за

счет

:

–

одновременной

плавки

на

про

-

водах

трех

фаз

ВЛ

, 

КПД

схемы

до

 99%;

–

автоматического

переключе

-

ния

схем

соединения

проводов

фаз

ВЛ

тиристорным

коммута

-

тором

;

–

сокращения

времени

плавки

гололеда

в

среднем

в

 2–3 

раза

;

–

ненадобности

в

компенсации

реактивной

мощности

для

недопущения

падения

напря

-

жения

и

искажений

формы

тока

и

напряжения

;

–

отсутствия

импульсов

перена

-

пряжения

при

отключении

вы

-

ключателя

.

Системы

раннего

обнару

-

жения

гололедообразования

(

СРОГ

) 

нашли

свое

применение

в

электрических

сетях

Ставропо

-

лья

более

 35 

лет

назад

 [8]. 

Пер

-

вые

автоматизированные

инфор

-

мационные

системы

контроля

гололедообразования

  (

АИСКГН

) 

были

разработаны

и

внедрены

в

ОЭС

Северного

Кавказа

ав

-

торами

учебного

пособия

 [5] 

по

приказу

РАО

  «

ЕЭС

России

» 

по

-

сле

крупномасштабной

аварии

в

Сочинских

электрических

сетях

ОАО

  «

Кубань

энерго

» 

в

декабре

2001 

года

. 

В

настоящее

время

установлено

пунктов

контроля

АИСКГН

более

 500 

штук

.

На

данный

момент

распростра

-

нены

системы

измерения

и

мони

-

торинга

состояния

ВЛ

, 

которые

используются

в

качестве

СРОГ

: 

АИСКГН

 [9], 

СТГН

 [10], 

АИСКГН

Абак

-2000 [11], 

система

МИГ

 [12], 

DiLin [13], 

САТ

-1 

и

 OTLM [14, 15], 

рефлектометр

ВЧ

  (

локатор

) — 

ЛСМГ

 [16] 

и

датчик

тяжения

с

оп

-

тическим

каналом

связи

и

изме

-

рения

 — 

ОАИСКГН

 [17].

Разработанные

СРОГ

, 

вне

-

сенные

в

Реестр

инновационных

решений

ПАО

  «

Россети

» [18]: 

МИГ

и

СТГН

, 

не

обладают

техни

-

ческими

преимуществами

перед

АИСКГН

. 

СРОГ

типа

ОАИСКГН

, 

DiLin, 

ЛСМГ

измеряют

отдель

-

№

 1 (46) 2018

74

ные

параметры

, 

не

достаточные

для

интеллектуальной

СПГ

. 

Реф

-

лектометры

ВЧ

выявляют

голо

-

ледообразование

, 

но

нужны

еще

метеопараметры

на

трассе

ВЛ

(

в

районе

наибольшей

интенсив

-

ности

) 

и

абсолютное

, 

а

не

усред

-

ненное

значение

толщины

стенки

гололеда

. 

Системы

САТ

-1 

и

 OTLM 

противоречат

политике

замеще

-

ния

импорта

в

нашей

стране

.

Сравнение

основных

показате

-

лей

систем

раннего

обнаружения

и

контроля

гололедообразования

приведено

в

таблице

 1.

В

 2011 

году

авторами

в

рамках

НИОКР

, 

выполненной

для

ПАО

«

ФСК

ЕЭС

», 

была

разработана

и

изготовлена

автоматизирован

-

ная

информационная

система

контроля

гололедообразования

и

температуры

провода

 (

троса

) — 

АИСКГТ

, 

которая

позволяет

кон

-

тролировать

температуру

провода

и

в

летний

период

, 

при

повышен

-

ных

температурах

воздуха

.

Следует

отметить

, 

что

ПАО

«

МРСК

Юга

» 

интегрировало

про

-

граммное

обеспечение

пунктов

приема

СРОГ

, 

установленных

на

объектах

своего

распределитель

-

ного

электросетевого

комплекса

, 

в

единую

геоинформационную

систему

ГИС

, 

что

позволило

: 

по

-

высить

оперативность

контроля

за

параметрами

метеоусловий

и

гололедно

-

ветровых

нагрузок

, 

воздействующих

на

провода

и

грозозащитные

тросы

ВЛ

; 

по

-

высить

качество

принимаемых

оперативным

и

управленческим

персоналом

решений

и

исключить

его

ошибки

при

управлении

ре

-

жимами

; 

снизить

материальные

и

временные

затраты

на

выполне

-

ние

аварийно

-

восстановительных

работ

при

гололедно

-

ветровой

си

-

туации

.

Авторами

произведен

анализ

современных

систем

плавки

голо

-

леда

на

проводах

и

грозозащитных

тросах

ВЛ

и

предложена

интеллек

-

туальная

система

плавки

гололеда

с

использованием

УУПГ

 [19].

ИННОВАЦИЯ

В

СИСТЕМЕ

ПЛАВКИ

ГОЛОЛЕДА

НА

ПРОВОДАХ

И

ТРОСАХ

ВЛ

Авторами

предлагается

реали

-

зовать

инновационные

способы

плавки

гололеда

: 

одновремен

-

ную

плавку

гололеда

на

проводах

трех

фаз

ВЛ

и

изолированных

грозозащитных

тросах

импульса

-

ми

постоянного

тока

сверхнизкой

частоты

 [20, 21], 

а

на

многократ

-

но

заземленных

грозозащитных

тросах

наведенными

токами

по

-

вышенной

частоты

 [22] 

с

исполь

-

зованием

УУПГ

 [23].

Результаты

ранее

выполнен

-

ных

НИОКР

для

ПАО

 «

ФСК

ЕЭС

» 

(

получен

патент

на

способ

плав

-

ки

гололеда

№

 2465702) 

и

ПАО

«

МРСК

Северного

Кавказа

» (

полу

-

чены

патенты

на

установку

плавки

гололеда

№

 142064, 

№

 2546643, 

изготовлен

макет

УУПГ

, 

который

успешно

испытан

в

 2013 

году

на

ПС

 110/35/10 

кВ

  «

Ессентуки

-2») 

предлагается

внедрить

в

виде

опытно

-

промышленного

образца

УУПГ

, 

чтобы

реализовать

научно

-

технические

достижения

прошлых

лет

и

вновь

сформированные

идеи

по

созданию

интеллектуаль

-

ной

СПГ

на

ВЛ

.

Одной

из

основных

целей

про

-

граммы

НИОКР

ПАО

  «

Россети

» 

является

создание

и

развитие

ин

-

теллектуальной

энергетической

системы

  (

ИЭС

) 

с

активно

-

адап

-

тивной

сетью

 (

ААС

).

С

учетом

вышеизложенного

авторами

планируется

в

 2018–

2020 

годах

выполнить

НИОКР

на

тему

: «

Создание

интеллектуаль

-

ной

системы

плавки

гололеда

на

проводах

и

грозозащитных

тросах

ВЛ

с

разработкой

и

изготовлением

опытно

-

промышленного

образца

универсальной

установки

плавки

гололеда

» 

и

реализовать

на

объ

-

ектах

ПАО

 «

МРСК

Юга

».

Интеллектуальная

СПГ

на

про

-

водах

и

грозозащитных

тросах

ВЛ

с

использованием

УУПГ

работает

следующим

образом

:

–

контролируя

параметры

окру

-

жающей

среды

, 

состояние

ВЛ

, 

отходящих

от

подстанции

, 

Табл

. 1. 

Сравнение

основных

показателей

СРОГ

Наименование

параметра

АИСКГН

СТГН

(

СРОГ

)

АИСКГН

Абак

-

2000

МИГ

DiLin

ЛСМГ

КГЭУ

ОАИСКГН

(

ОСМ

-

ВЛ

)

САТ

-1

OTLM

Датчики

контроля

:

нагрузка

в

цепи

гирлянды

изоляторов

+

+

+

+

–

–

+

+

–

температура

воздуха

+

+

+

+

–

–

–

+

+

влажность

воздуха

+

+

+

+

–

–

–

+

+

скорость

и

направление

ветра

+

+

+

+

–

–

–

+

+

инсоляция

–

–

–

–

–

–

–

–

+

давление

 (

барометр

)

–

–

+

+

–

–

–

–

+

температура

провода

(

троса

)

+

+

+

+

+

–

–

+

+

ток

в

проводе

 (

тросе

)

–

–

–

–

+

–

–

+

+

Расчет

толщины

стенки

гололеда

+

–

+

–

–

+

+

–

–

Количество

реализованных

точек

контроля

503

152

200

8

4

4

2

н

/

д

н

/

д

Опыт

эксплуатации

15

13

5

1

4

8

2

н

/

д

н

/

д

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

75

и

электрическую

сеть

, 

форми

-

рует

команду

на

подготовку

к

плавке

гололеда

на

ВЛ

;

–

учитывая

состояние

УУПГ

, 

об

-

ладая

базой

знаний

и

про

-

гнозом

положительного

ре

-

зультата

, 

формирует

своевре

-

менное

решение

, 

которое

принимается

персоналом

, 

на

очередность

проводимых

пла

-

вок

гололеда

на

ВЛ

и

на

вывод

нужной

ВЛ

с

последующей

сборкой

эффективных

в

дан

-

ный

момент

схем

плавки

голо

-

леда

на

ВЛ

;

–

в

процессе

плавки

формирует

команды

об

изменении

схемы

плавки

или

окончании

, 

а

также

команды

перехода

на

следую

-

щую

ВЛ

.

Интеллектуальная

СПГ

оцени

-

вает

возможность

одновременной

плавки

гололеда

на

нескольких

ВЛ

, 

предотвращает

нарушение

га

-

баритов

от

нагрева

и

гололедных

нагрузок

, 

не

допускает

перегрева

проводов

на

участках

без

голо

-

леда

, 

а

также

может

реализовать

адаптивное

АПВ

и

интеллектуаль

-

ное

ОМП

по

параметрам

аварий

-

ного

режима

.

Интеллектуальная

СПГ

на

ВЛ

состоит

из

следующих

блоков

 (

ри

-

сунок

 1):

1. 

Универсальная

установка

плавки

гололеда

импульсами

постоянного

тока

одновремен

-

но

на

проводах

и

изолирован

-

ных

грозозащитных

тросах

ВЛ

и

индуктированным

током

по

-

вышенной

частоты

на

много

-

кратно

заземленных

грозоза

-

щитных

тросах

ВЛ

, 

включает

в

себя

тиристорные

выпрями

-

тельный

мост

и

коммутатор

, 

управляемые

СУРЗА

 (

системой

управления

, 

регулирования

, 

защиты

и

автоматики

), 

кото

-

рые

взаимодействуют

с

интел

-

лектуальным

блоком

СПГ

. 

Для

плавки

гололеда

индуктиро

-

ванным

током

повышенной

частоты

на

многократно

зазем

-

ленных

грозозащитных

тросах

УУПГ

переводится

в

режим

автономного

резонансного

ин

-

вертора

, 

применяя

последова

-

тельно

с

фазными

проводами

блок

конденсаторов

, 

который

может

использоваться

для

компенсации

реактивной

мощ

-

ности

на

подстанции

.

2. 

Модернизированная

автома

-

тизированная

информацион

-

ная

система

контроля

гололе

-

дообразования

и

температуры

провода

  (

троса

) — (

АИСКГТм

) 

выполняет

прогнозирование

, 

раннее

обнаружение

и

кон

-

троль

гололедообразования

в

режиме

реального

времени

с

дискретностью

, 

устанавли

-

ваемой

диспетчером

; 

выдает

сигнал

о

начале

гололедоо

-

бразования

и

скорости

его

на

-

растания

для

своевременного

принятия

решения

оператив

-

ным

персоналом

о

сборке

схе

-

мы

плавки

гололеда

с

учетом

интенсивности

отложения

, 

ме

-

ханической

прочности

прово

-

дов

 (

троса

), 

нарушения

габари

-

тов

, 

предотвращения

 «

пляски

» 

проводов

, 

а

также

команду

на

завершение

процесса

плавки

гололеда

на

ВЛ

; 

контролирует

допустимый

нагрев

проводов

(

троса

) 

на

участке

ВЛ

без

го

-

лоледа

и

предотвращает

на

-

рушение

механической

проч

-

ности

и

габарита

; 

оценивает

для

задач

противоаварийной

автоматики

нагрузочную

спо

-

собность

ВЛ

с

учетом

метео

-

условий

и

габаритов

; 

взаимо

-

действует

с

интеллектуальным

блоком

СПГ

.

3. 

Интеллектуальный

блок

СПГ

включает

базу

знаний

 (

данных

) 

и

выполняет

функции

эксперт

-

ной

оценки

ситуации

, 

прогно

-

зирования

, 

принятия

решений

и

взаимодействия

с

СУРЗА

УУПГ

и

с

модернизированной

АИСКГТ

, 

а

также

с

СРОГ

, 

уже

установленными

на

ВЛ

.

Интеллектуальная

СПГ

на

про

-

водах

и

грозозащитных

тросах

ВЛ

основывается

на

сетевых

компо

-

нентах

ИЭС

с

ААС

:

1. 

Интеллектуальная

подстанция

:

–

автоматизированные

системы

переключений

и

реконфигура

-

ция

схемы

  (

автоматизирован

-

ное

подключение

/

отключение

полюсов

коммутатора

УПГ

к

ВЛ

, 

выведенной

из

работы

, 

автоматическая

сборка

и

раз

-

борка

схем

плавки

гололеда

);

–

универсальные

установки

плав

-

ки

гололеда

  (

выбор

схемы

со

единения

проводов

и

троса

, 

ступенчатый

пуск

, 

контроль

тока

плавки

, 

выбор

структуры

выпрямительного

моста

и

диа

-

гностика

тиристорных

плеч

УПГ

);

–

адаптивные

системы

управле

-

ния

, 

релейной

защиты

и

авто

-

матики

  (

уставки

, 

адаптивные

к

режиму

работы

УПГ

, 

гибкая

логика

, 

адаптивное

АПВ

и

ин

-

Интеллектуальный

блок

СПГ

база

данных

 (

знаний

);

взаимодействие

с

СУРЗА

и

СРОГ

;

экспертная

оценка

;

прогнозирование

;

принятие

решений

.

Универсальная

УПГ

управляемый

выпрямитель

;

тиристорный

коммутатор

;

автономный

инвертор

;

система

УРЗА

.

Модернизированная

СРОГ

прогноз

, 

обнаружение

и

контроль

гололедообразования

;

сигнал

о

сборке

схемы

плавки

;

температура

провода

 (

троса

);

окончание

процесса

плавки

;

нагрузочная

способность

ВЛ

.

Воздушные

ЛЭП

нагреваемые

провода

 (

тросы

);

датчики

требуемых

параметров

в

точках

контроля

на

трассе

.

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

СЕТЬ

ПАО

 «

Россети

»

Интеллектуальная

подстанция

силовое

оборудование

;

релейная

защита

и

автоматика

;

автоматизированная

система

технологического

управления

.

Рис

. 1. 

Состав

интеллектуальной

системы

плавки

гололеда

 (

синими

стре

-

лочками

показаны

направления

информационных

потоков

, 

оранжевыми

 — 

потоки

мощности

, 

а

белыми

указана

принадлежность

)

№

 1 (46) 2018

76

теллектуальное

ОМП

по

пара

-

метрам

аварийного

режима

);

–

эффективные

системы

советов

для

принятия

решений

опера

-

тивным

персоналом

 (

программ

-

ный

комплекс

прогнозирования

, 

раннего

обнаружения

и

контро

-

ля

гололедообразования

в

рай

-

оне

с

получением

советов

для

принятия

решения

).

2. 

Воздушные

линии

электропе

-

редачи

:

–

системы

мониторинга

состоя

-

ния

, 

диагностики

и

управления

воздушной

линией

электропе

-

редачи

  (

автоматизированная

информационная

система

контроля

гололедообразова

-

ния

, 

температуры

проводов

(

троса

), 

начала

и

окончания

плавки

);

–

многофазные

и

/

или

много

-

цепные

воздушные

линии

электропередачи

  (

на

одних

фазах

ВЛ

выполняется

плавка

гололеда

, 

а

по

другим

фазам

передача

мощности

 — 

это

в

перспективе

).

ПРЕИМУЩЕСТВА

УНИВЕРСАЛЬНОЙ

УСТАНОВКИ

ПЛАВКИ

ГОЛОЛЕДА

1. 

УУПГ

реализует

способ

плавки

гололеда

импульсами

постоян

-

ного

тока

  (

сверхнизкой

часто

-

ты

) 

как

одновременно

на

трех

фазах

  (

КПД

схемы

до

 99%), 

так

и

поочередно

ускоренно

: 

«

фаза

 — 

две

фазы

» 

в

 3 

цик

-

ла

  (

КПД

 — 67%), «

фаза

 — 

фаза

» 

в

 2 

цикла

  (

КПД

 — 

75%), «

фаза

 — 

фаза

» 

цикл

и

  «

фаза

 — 

две

фазы

» 

цикл

(

КПД

 — 86%).

2. 

Применение

УУПГ

способ

-

ствует

эффективной

работе

«

удлинителя

» 

при

организа

-

ции

питания

схем

плавки

го

-

лоледа

на

протяженных

ВЛ

(

увеличение

длины

проплав

-

ляемого

участка

практически

в

 2 

раза

) [24, 25].

3. 

Для

схем

плавки

гололеда

с

ис

-

пользованием

УУПГ

характерно

увеличение

тока

плавки

гололе

-

да

, 

уменьшение

номинальных

напряжения

и

мощности

ис

-

точника

питания

по

сравнению

с

плавкой

гололеда

перемен

-

ным

током

, 

а

также

уменьше

-

ние

времени

вывода

из

работы

проплавляемых

ВЛ

и

экономия

электроэнергии

, 

затрачивае

-

мой

на

плавку

гололеда

.

4. 

УУПГ

при

переводе

в

режим

автономного

резонансного

ин

-

вертора

осуществляет

плавку

гололеда

индуктированным

током

повышенной

частоты

на

многократно

заземленных

грозозащитных

тросах

ВЛ

, 

что

в

настоящее

время

никем

не

реализовано

.

5. 

За

счет

дискретного

  (

релейно

-

го

) 

управления

УУПГ

с

углом

открытия

тиристоров

, 

близким

к

нулю

, 

не

требуется

компен

-

сация

реактивной

мощности

из

сети

и

отсутствуют

искажения

формы

питающего

напряже

-

ния

, 

возникающие

с

увеличени

-

ем

угла

открытия

тиристорных

плеч

при

импульсно

-

фазовом

управлении

, 

как

у

существую

-

щих

управляемых

УПГ

.

6. 

Для

переключения

схем

со

-

единения

проводов

фаз

ВЛ

разъединители

плавки

, 

управ

-

ляемые

персоналом

, 

не

тре

-

буются

, 

а

применяется

высо

-

ковольтный

тиристорный

ком

-

мутатор

, 

что

необходимо

при

реализации

одновременной

плавки

гололеда

на

проводах

трех

фаз

ВЛ

.

7. 

Отказ

от

разъединителей

плав

-

ки

гололеда

для

переключения

схемы

соединения

проводов

фаз

ВЛ

удешевляет

СПГ

на

ВЛ

и

увеличивает

надежность

ра

-

боты

схемы

плавки

гололеда

.

8. 

Стоимость

управляемого

вы

-

прямителя

в

составе

УУПГ

не

выше

, 

чем

серийно

выпускае

-

мые

ВУПГ

и

В

-

ТПП

.

9. 

Блок

конденсаторов

, 

использу

-

емый

УУПГ

в

режиме

автоном

-

ного

резонансного

инвертора

, 

может

работать

как

устройство

компенсации

реактивной

мощ

-

ности

 (

УКРМ

) 

на

подстанции

.

МОДЕРНИЗАЦИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ

ИНФОРМАЦИОННОЙ

СИСТЕМЫ

КОНТРОЛЯ

ГОЛОЛЕДООБРАЗОВАНИЯ

АИСКГТ

ДО

АИСКГТм

Широкое

применение

в

электри

-

ческих

сетях

получила

АИСКГН

, 

(

см

. 

таблицу

 1) 

основным

прин

-

ципом

которой

является

измере

-

ние

тяжения

датчиками

нагрузки

в

гирлянде

изоляторов

проводов

(

троса

), 

а

также

метеопараме

-

тров

в

районе

опоры

на

трассе

ВЛ

, 

контроль

и

передача

инфор

-

мации

на

подстанции

и

/

или

дис

-

петчерский

центр

. 

В

последнее

Датчик

преобразователь

гололедной

нагрузки

Датчик

температуры

и

влажности

воздуха

Датчик

скорости

и

направления

ветра

Датчик

температуры

провода

 (

троса

)

Микропроцессорный

линейный

преобразователь

Устройства

для

передачи

данных

Система

питания

(

бесперебойного

)

Улучшение

ЭМС

технических

средств

пункта

контроля

на

ВЛ

Модули

программно

-

аппаратного

комплекса

для

интеллектуального

блока

СПГ

Совершенствование

устройств

отбора

мощности

(

напряжения

)

Датчик

контроля

постоянного

 / 

переменного

тока

в

проводе

 (

тросе

) 

ВЛ

Пункт

контроля

на

трассе

ВЛ

Пункт

приема

на

ПС

/

ДЦ

программно

-

аппаратный

комплекс

и

оборудование

КС

Рис

. 2. 

Структурная

схема

модернизации

АИСКГТ

до

АИСКГТм

 (

красным

от

-

мечены

необходимые

мероприятия

и

новые

устройства

)

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

77

время

внедряется

АИСКГТ

, 

ко

-

торая

контролирует

гололедно

-

ветровые

нагрузки

, 

метеопара

-

метры

и

температуру

проводов

(

троса

), 

что

позволяет

расши

-

рить

функциональные

возмож

-

ности

системы

и

интегрировать

ее

функции

в

противоаварийную

автоматику

ограничения

пере

-

грузки

линии

по

току

 (

АОПЛ

) 

и

од

-

нозначно

определяет

ее

место

в

интеллектуальной

СПГ

после

модернизации

до

АИСКГТм

.

Модернизированная

АИСКГТ

(

рисунок

 2) 

как

элемент

интел

-

лектуальной

СПГ

, 

будет

разра

-

ботана

в

части

НИР

совместно

с

СУРЗА

УУПГ

и

с

интеллекту

-

альным

блоком

СПГ

. 

Основные

направления

модернизации

: 

изменение

модулей

программ

-

но

-

аппаратного

комплекса

для

совместной

работы

с

интеллек

-

туальным

блоком

СПГ

, 

разработ

-

ка

датчика

  (

на

потенциале

) 

кон

-

троля

постоянного

/

переменного

тока

в

проводе

  (

тросе

), 

улучше

-

ние

электромагнитной

совмести

-

мости

технических

средств

пун

-

кта

контроля

, 

отказ

от

кабельных

связей

на

опоре

между

датчика

-

ми

тяжения

и

шкафом

контроля

, 

совершенствование

устройств

отбора

мощности

для

заряда

ак

-

кумуляторной

батареи

.

РАЗМЕЩЕНИЕ

УНИВЕРСАЛЬНОЙ

УСТАНОВКИ

ПЛАВКИ

ГОЛОЛЕДА

На

основе

многолетнего

опы

-

та

эксплуатации

электрической

сети

 10, 35, 110 

кВ

 «

Ростовэнер

-

го

», 

а

также

учитывая

масштаб

-

ные

гололедно

-

ветровые

аварии

в

ОЗП

 2004–2005 (

на

рисунке

 3 

красным

выделены

районы

ин

-

тенсивного

гололедообразова

-

ния

, 

а

желтым

 — 

поврежденные

ВЛ

 35, 110 

кВ

), 2010–2011 

и

 2012–

2013, 

выбрано

место

размеще

-

ния

опытно

-

промышленного

об

-

разца

УУПГ

на

ПС

 110/35/10 

кВ

«

Н

9» (

ПО

ЗЭС

), 

питающей

от

-

ветственных

потребителей

: 

не

-

фтяная

промышленность

НПС

«

Родионовская

» (

АО

 «

Черномор

-

Транснефть

») 

и

узлы

связи

АО

 «

СвязьТранснефть

», 

АО

 «

Рос

-

телеком

».

В

настоящее

время

ВЛ

, 

отхо

-

дящие

от

ПС

 110/35/10 

кВ

  «

Н

9», 

не

оборудованы

схемами

плавки

гололеда

и

системами

раннего

обнаружения

и

контроля

гололе

-

дообразования

. 

Восполнив

этот

пробел

интеллектуальной

СПГ

, 

обеспечиваются

надежное

элек

-

троснабжение

потребителей

и

транзитные

перетоки

мощности

между

городами

: 

Новошахтинск

, 

Таганрог

и

Ростов

-

на

-

Дону

.

На

ПС

 110/35/10 

кВ

  «

Н

9» 

вы

-

брано

место

в

ОРУ

 35 

кВ

для

расположения

УУПГ

, 

которая

бу

-

дет

подключена

через

резерв

-

ную

ячейку

КРУН

 10 

кВ

типа

К

-59 

к

трансформатору

Т

2 

типа

ТДТН

-16000/110/35/10. 

УУПГ

че

-

рез

систему

шин

плавки

гололеда

СШ

ПГ

 10 

кВ

разъединителями

35 

кВ

будет

подключатся

к

отхо

-

дящим

ВЛ

 35 

кВ

Н

19 (

АС

95/16, 

14,6 

км

), 

Н

6 (

АС

185/29, 26,6 

км

) 

и

Н

23 (

АС

70/11, 12,9 

км

), 

а

че

-

рез

обходную

систему

шин

ОСШ

110 

кВ

будет

подключатся

к

отхо

-

дящим

ВЛ

 110 

кВ

АС

12 (

АС

185/29, 

25 

км

), 

Н

13 (

АС

185/29, 34,8 

км

), 

Ш

38 (

АС

185/29, 24,2 

км

, 

АС

150/24, 

1,5 

км

), 

Н

17 (

АС

120/19, 23,5 

км

), 

Н

15 (

АС

120/19, 25,5 

км

).

Для

совершения

прогнози

-

рования

, 

раннего

обнаружения

и

контроля

гололедообразова

-

ния

на

ВЛ

 35, 110 

кВ

, 

отходящих

от

ПС

 110/35/10 

кВ

  «

Н

9», 

выбра

-

ны

точки

контроля

с

учетом

мно

-

голетних

наблюдений

на

трассах

ВЛ

для

установки

контрольных

пунктов

АИСКГТм

. 

При

этом

бу

-

дет

установлен

пункт

приема

на

самой

подстанции

и

он

будет

взаимодействовать

с

интеллек

-

туальным

блоком

СПГ

и

диспет

-

черским

центром

.

СРАВНЕНИЕ

СИСТЕМ

И

УСТАНОВОК

ПЛАВКИ

ГОЛОЛЕДА

НА

ПРОВОДАХ

ВЛ

СПГ

с

УПГ

сравниваются

по

ос

-

новным

показателям

:

1) 

своевременность

организа

-

ции

и

время

плавки

гололеда

на

проводах

и

грозозащитных

тросах

, 

а

также

время

вывода

из

работы

проплавляемых

ВЛ

;

2) 

затрачиваемая

электрическая

энергия

на

плавку

гололе

-

да

и

КПД

применяемых

схем

плавки

гололеда

;

3) 

мощность

плавки

гололеда

и

способность

электрической

сети

ее

обеспечить

без

заме

-

ны

установленного

силового

трансформатора

;

4) 

диапазон

длин

, 

сечений

про

-

водов

 (

тросов

) 

проплавляемых

ВЛ

;

5) 

простота

и

надежность

систе

-

мы

управления

, 

релейной

за

-

щиты

, 

автоматики

УПГ

и

про

-

плавляемых

ВЛ

;

6) 

эффективность

системы

про

-

гнозирования

, 

раннего

обна

-

ружения

и

контроля

гололедо

-

образования

на

ВЛ

;

7) 

затраты

на

сооружение

и

экс

-

плуатацию

оборудования

СПГ

;

8) 

способность

круглогодичного

использования

оборудования

СПГ

, 

допустим

АИСКГТм

для

АОПЛ

при

повышенных

темпе

-

ратурах

летом

.

Произведено

сравнение

си

-

стем

и

установок

плавки

гололеда

на

ВЛ

 35, 110 

кВ

, 

отходящих

от

ПС

110/35/10 

кВ

 «

Н

9», 

по

параметрам

режима

при

метеоусловиях

: 

тем

-

пературе

воздуха

 –5°

С

, 

скорости

Рис

. 3. 

Карта

-

схема

электрической

сети

 35, 110 

кВ

 «

Ростовэнерго

»

с

зонами

интенсивного

гололедообразования

и

поврежденными

ВЛ

в

ОЗП

 2004–2005

№

 1 (46) 2018

78

ветра

 5 

м

/

с

  (

направление

 45°), 

толщине

стенки

гололеда

 20 

мм

плотностью

 0,9 

г

/

см

3

. 

Расчеты

па

-

раметров

режима

плавки

гололе

-

да

выполнены

с

использованием

программного

комплекса

  «

Голо

-

лед

-110» [26].

Системы

плавки

гололеда

переменным

током

1. 

СПГ

переменным

током

на

-

пряжением

 10 

кВ

по

способу

КЗ

(

трехфазное

 — 

К

3

или

двухфаз

-

ное

 — 

К

2

) [3, 5] 

возможна

только

на

двух

из

трех

отходящих

ВЛ

35 

кВ

: 

Н

19 

и

Н

23, 

так

как

полу

-

ченный

при

такой

схеме

плавки

гололеда

ток

в

проводах

осталь

-

ных

ВЛ

значительно

ниже

мини

-

мально

допустимого

тока

, 60-

ми

-

нутного

тока

плавки

гололеда

. 

Питание

схем

плавки

гололеда

переменным

током

напряжением

35 

кВ

на

оставшихся

ВЛ

не

воз

-

можно

из

-

за

ограничения

по

току

обмотки

 35 

кВ

трансформатора

Т

2. 

Требуется

замена

трансфор

-

матора

на

более

мощный

, 

напри

-

мер

ТДТН

-40000/110/35/10. 

Таким

образом

, 

мощность

трансформа

-

тора

играет

определяющую

роль

в

организации

СПГ

.

2. 

СПГ

переменным

током

на

-

пряжением

 10 

кВ

по

способу

встречного

включения

фаз

 [3, 5] 

возможна

только

на

четырех

из

пяти

отходящих

ВЛ

 110 

кВ

: 

АС

12, 

Н

13, 

Н

17, 

Н

15. 

Реализация

этого

способа

на

оставшихся

ВЛ

 35 

кВ

Н

6 

и

ВЛ

 110 

кВ

Ш

38 

невозможна

, 

так

как

на

ПС

 110/10 

кВ

  «

Ш

38» 

мощность

силового

трансфор

-

матора

не

достаточна

, 

всего

2,5 

МВА

, 

а

на

ПС

 110/6 

кВ

  «

Н

6» 

нет

напряжения

 10 

кВ

.

3. 

СПГ

переменным

током

напряжением

 35 

кВ

по

спосо

-

бу

КЗ

на

проводах

фаз

ВЛ

, 

со

-

бранных

  «

змейкой

» [3, 5] 

при

замене

трансформатора

на

ТДТН

-

40000/110/35/10 

возможна

на

ВЛ

35 

кВ

Н

6 

и

ВЛ

 110 

кВ

Ш

38.

Системы

плавки

гололеда

постоянным

(

выпрямленным

) 

током

СПГ

постоянным

током

от

УУПГ

или

ВУПГ

  (

В

-

ТПП

) 

на

про

-

водах

ВЛ

 35, 110 

кВ

, 

отходящих

от

ПС

 110/35/10 

кВ

  «

Н

9», 

имеет

преимущество

перед

перемен

-

ным

, 

так

как

исключает

влияние

индуктивного

сопротивления

ВЛ

на

параметры

источника

питания

схемы

плавки

и

протяженность

проплавляемых

участков

, 

в

том

числе

и

при

плавке

гололеда

на

коротких

ВЛ

.

1. 

СПГ

постоянным

током

на

ВЛ

 35, 110 

кВ

, 

отходящих

от

ПС

 110/35/10 

кВ

 «

Н

9», 

на

базе

управляемой

установки

ВУПГ

или

В

-

ТПП

с

регулированием

тока

плавки

за

счет

измене

-

ния

угла

открытия

тиристоров

при

схеме

соединения

прово

-

дов

фаз

ВЛ

  «

фаза

 — 

фаза

» 

возможна

на

всех

ВЛ

. 

Сум

-

марное

время

поочередных

плавок

гололеда

от

ВУПГ

на

проводах

фаз

отходящих

ВЛ

35, 110 

кВ

 — 432 

минуты

 (

с

уче

-

том

времени

на

переключение

схем

плавки

гололеда

между

двумя

циклами

в

 15°), 

при

этом

затрачивается

 44,5 

тысяч

кВт

·

ч

электрической

энергии

из

сети

, 

отметим

, 

что

 25% 

израсходо

-

ваны

вхолостую

.

2. 

СПГ

постоянным

током

на

ВЛ

35, 110 

кВ

, 

отходящих

от

ПС

110/35/10 

кВ

  «

Н

9», 

на

базе

предлагаемой

управляемой

установки

УУПГ

импульсами

постоянного

тока

сверхниз

-

кой

частоты

с

регулированием

тока

плавки

за

счет

изменения

: 

структуры

выпрямительного

моста

, 

схемы

соединения

про

-

водов

фаз

ВЛ

и

длительности

бестоковой

паузы

, 

возможна

на

всех

ВЛ

. 

Суммарное

вре

-

мя

одновременных

плавок

гололеда

на

фазах

отходя

-

щих

ВЛ

 35, 110 

кВ

 — 185 

ми

-

нут

, 

при

этом

затрачивается

34 000 

кВт

·

ч

электрической

энергии

из

сети

.

Сравним

рассмотренные

выше

СПГ

на

проводах

ВЛ

 35, 

110 

кВ

по

общим

показателям

эффективности

, 

приведенным

в

таблице

 2:

Табл

. 2. 

Общие

показатели

эффективности

СПГ

на

проводах

ВЛ

№

Тип

система

плавки

голо

леда

на

проводах

ВЛ



t

пл

,

мин

.



W

пл

,

МВт

·

ч

S

пл

. 

max

,

МВА

Дополнительное

силовое

электрооборудование

1

Переменным

то

-

ком

по

способам

: 

КЗ

 (

К

3

, 

К

2

, 

змей

-

ка

) 

и

встречного

включения

фаз

352

41,0

30

ТДТН

-40000/110/35/10 — 1 

шт

.

РПГ

 35 

кВ

 — 6 

шт

.

РПГ

 110 

кВ

 — 6 

шт

.

СШ

ПГ

 10 

кВ

 — 10 

м

КЛ

 10 

кВ

 — 150 

м

2

Постоянным

(

выпрямленным

) 

током

от

ВУПГ

(

В

-

ТПП

) 

пооче

-

редно

432

44,5

15

ВУПГ

-14/1400 — 1 

шт

.

РТОС

-10/1200-0,25 — 3 

шт

.

ТТ

ПГ

 10 

кВ

, 1200 

А

 — 3 

шт