74
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
74
в
о
з
д
у
ш
н
ы
е
Л
Э
П
воздушные ЛЭП
Г
ололёдные
аварии
на
воз
-
душных
линиях
электропе
-
редачи
(
ЛЭП
)
составляют
для
территории
России
около
25%
от
общего
количества
повреждений
на
воздушных
ли
-
ниях
,
а
их
продолжительность
составляет
около
40%
от
общей
продолжительности
всех
аварий
-
ных
отключений
[1].
Гололёдные
аварии
являются
одними
из
са
-
мых
тяжёлых
и
трудноустранимых
аварий
на
воздушных
линиях
.
При
этом
возникают
массовые
прови
-
сания
и
обрывы
проводов
,
разру
-
шения
арматуры
,
поломки
опор
воздушных
ЛЭП
.
Аварии
имеют
массовый
характер
и
приносят
большой
ущерб
.
Ликвидация
их
последствий
затруднена
из
-
за
зим
-
него
бездорожья
,
мёрзлого
грунта
и
разбросанности
по
линии
одно
-
временно
поражённых
участков
.
Многочисленные
аварии
по
-
казали
,
что
оптимально
спроекти
-
ровать
линию
(
сведя
этот
процесс
только
к
расчёту
и
определению
геометрических
параметров
ли
-
нии
)
без
использования
различных
способов
и
устройств
,
ограничива
-
ющих
и
предупреждающих
атмос
-
ферные
воздействия
на
неё
,
не
-
возможно
[2].
Процесс
образования
гололёда
на
проводах
воздушных
линий
за
-
висит
от
климатического
района
и
подчиняется
определённым
метео
-
рологическим
закономерностям
:
зависит
от
влажности
и
температу
-
ры
окружающего
воздуха
,
ветрово
-
го
режима
.
На
образование
гололё
-
да
влияет
также
диаметр
проводов
,
высота
их
подвеса
,
жёсткость
их
крепления
,
исключающая
закру
-
чивание
,
величина
протекающего
нагрузочного
тока
.
В
настоящее
время
существуют
два
направления
обнаружения
го
-
лолёда
:
•
прогнозирование
вероятности
возможного
гололёдообразо
-
вания
на
основе
метеороло
-
гических
данных
воздушной
среды
,
окружающей
провода
,
с
учётом
технических
параме
-
тров
ЛЭП
;
•
непосредственный
контроль
процесса
гололёдообразова
-
ния
на
проводах
с
помощью
датчиков
и
устройств
обна
-
ружения
гололёда
[3—6],
что
позволяет
достаточно
точно
определять
момент
начала
его
плавки
.
Прогнозирование
гололёдо
-
образования
на
основе
метео
-
рологических
данных
воздушной
среды
применяют
во
многих
стра
-
нах
,
где
обледенение
линий
элек
-
тропередачи
является
актуальной
проблемой
,
чтобы
смягчить
или
избежать
его
влияния
на
работо
-
способность
этих
линий
.
В
настоящее
время
нет
опре
-
делённой
модели
гололёдных
отложений
,
которая
может
до
-
стоверно
учитывать
все
физиче
-
ские
и
механические
процессы
,
участвующие
в
обледенении
,
поэтому
при
таком
прогнозе
ко
-
личество
ложных
тревог
бывает
достаточно
велико
.
К
тому
же
данные
прогноза
не
могут
быть
конкретным
указанием
о
начале
плавки
гололёда
,
образовавшего
-
ся
на
проводах
воздушных
линий
электропередачи
.
Практическое
применение
для
обнаружения
гололёда
наш
-
ли
метод
взвешивания
проводов
[5, 6]
и
метод
локационного
зон
-
дирования
ЛЭП
[3, 4].
Известно
,
что
нарастание
го
-
лолёда
до
аварийных
пределов
может
произойти
за
считанные
часы
.
Подготовка
к
действию
устройства
для
плавки
гололёда
требует
времени
от
одного
часа
и
более
.
Поэтому
для
эффективной
борьбы
с
гололёдом
важны
два
фактора
:
•
раннее
обнаружение
начала
гололёдообразования
;
•
достоверная
и
надёжная
ин
-
формация
о
динамике
гололё
-
дообразования
.
В
настоящее
время
для
кон
-
троля
воздушных
линий
в
России
используется
«
Автоматизирован
-
ная
информационная
система
контроля
гололёдообразования
(
АИСКГ
)» [5, 6],
а
за
рубежом
—
си
-
стема
«
САТ
-1» (
концерн
NEXANS)
[7].
В
упомянутых
системах
для
об
-
наружения
гололёда
применяют
-
ся
весовые
(
тензометрические
)
точечные
датчики
,
определяющие
вес
гололёдного
отложения
только
около
одной
опоры
ЛЭП
и
пере
-
Локационный метод
обнаружения гололёда
на проводах воздушных
ЛЭП
Ренат МИНУЛЛИН, Казанский государственный энергетический университет
(ФГБОУ ВПО «КГЭУ»), профессор, д.ф.-м.н.
75
№
1 (22),
январь
–
февраль
, 2014
75
дающие
данные
на
диспетчерский
пункт
с
использованием
средств
те
-
лемеханики
.
Для
расширения
зоны
контроля
применяются
устройства
видеонаблюдения
.
Общая
гололёд
-
ная
ситуация
на
ЛЭП
определяется
путём
прогнозирования
опасных
гололёдных
отложений
на
основе
текущих
метеорологических
данных
(
температура
и
влажность
окружаю
-
щей
среды
,
направление
и
скорость
ветра
),
а
также
данных
о
температу
-
ре
токонесущего
провода
[5, 6].
АИСКГ
состоит
из
пунктов
кон
-
троля
,
расположенных
на
линиях
электропередачи
в
местах
наиболее
вероятного
гололёдообразования
,
и
приёмных
пунктов
,
расположенных
в
диспетчерских
центрах
.
К
сожалению
,
вес
провода
с
го
-
лолёдными
отложениями
измеряет
-
ся
на
отдельных
пролётах
воздуш
-
ной
линии
,
в
то
время
как
гололёд
может
образоваться
и
на
других
,
неконтролируемых
,
пролётах
линии
,
где
он
не
будет
обнаружен
.
Поэтому
для
повышения
достоверности
из
-
мерений
необходимо
увеличивать
количество
датчиков
и
устройств
,
передающих
их
показания
на
пункт
управления
,
что
является
достаточ
-
но
сложной
технической
задачей
.
Метод
локационного
зондирова
-
ния
заключается
в
подаче
импульс
-
ного
сигнала
в
контролируемую
линию
и
определении
времени
,
за
-
траченного
на
его
распространение
вдоль
провода
в
прямом
и
обрат
-
ном
направлениях
после
отраже
-
ния
от
конца
линии
либо
от
высоко
-
частотного
(
ВЧ
)
заградителя
[3, 4].
Исследования
локационных
методов
обнаружения
в
линиях
электропередачи
повреждений
[3, 8—11]
и
гололёдных
отложений
[4, 10—12]
ведутся
в
Казанском
государственном
энергетическом
университете
(
КГЭУ
)
более
15
лет
(
с
1998
года
).
При
локационном
способе
обна
-
ружения
гололёда
[4]
информацию
о
его
появлении
несут
импульсы
,
отражённые
от
любой
неоднородно
-
сти
волнового
сопротивления
линии
(
далее
—
неоднородности
),
имею
-
щейся
на
ней
.
Неоднородностями
являются
концы
линий
или
ответ
-
влений
от
них
,
ВЧ
-
заградители
.
Не
-
однородностями
являются
места
присоединения
ответвлений
к
ли
-
нии
электропередачи
,
места
со
-
единения
воздушных
линий
с
ка
-
бельными
вставками
.
Это
могут
быть
искусственно
включённые
в
линию
неоднородности
в
виде
ВЧ
-
заградителей
как
некие
реперные
точки
,
от
которых
будут
отражаться
зондирующие
импульсы
локацион
-
ного
устройства
.
Схема
подключения
локацион
-
ного
устройства
(
локатора
)
к
ЛЭП
с
использованием
оборудования
вы
-
сокочастотного
тракта
показана
на
рис
. 1 [3].
Гололёдные
образования
на
про
-
водах
представляют
собой
неодно
-
родный
диэлектрик
,
уменьшающий
скорость
распространения
сигнала
вдоль
линии
и
вызывающий
его
до
-
полнительное
затухание
,
обуслов
-
ленное
диэлектрическими
потерями
энергии
электромагнитной
волны
,
которая
расходуется
на
нагрев
слоя
гололёдного
покрытия
.
Локацион
-
ный
метод
позволяет
определить
появление
гололёдных
образова
-
ний
на
проводах
ЛЭП
путём
сравне
-
ния
времени
распространения
от
-
ражённых
сигналов
или
их
амплитуд
при
наличии
и
при
отсутствии
голо
-
лёдных
образований
.
В
КГЭУ
с
участием
ОАО
«
НПО
«
Радиоэлектроника
им
.
В
.
И
.
Шим
-
ко
»
для
мониторинга
гололёда
на
ЛЭП
разработан
программно
-
аппа
-
ратный
комплекс
(
локатор
),
который
представляет
собой
автономное
устройство
для
автоматического
об
-
наружения
гололёдных
отложений
.
При
зондировании
линии
им
-
пульсным
локатором
(
рефлектоме
-
тром
),
упрощённая
схема
подклю
-
чения
которого
к
линии
показана
на
рис
. 2,
а
,
совокупность
отражённых
импульсов
образует
рефлектограм
-
му
.
Появление
гололёдных
отложе
-
ний
на
линии
вызывает
изменения
рефлектограммы
.
Если
из
штатной
(
эталонной
)
рефлектограммы
(
рис
.
2,
б
—
зелёная
линия
)
вычесть
те
-
кущую
рефлектограмму
(
рис
. 2,
б
—
синяя
линия
),
то
разностные
из
-
менения
надёжно
обнаружива
-
ются
по
появлению
сигнала
,
соот
-
ветствующего
концу
линии
(
рис
.
2,
в
—
красная
линия
).
Чем
больше
волновое
сопротивление
линии
бу
-
дет
изменяться
под
действием
тол
-
щины
гололёдных
отложений
из
-
за
изменения
диэлектрической
прони
-
цаемости
между
проводами
линии
,
тем
больше
будет
разность
между
рефлектограммами
,
тем
больше
бу
-
дут
увеличение
задержки
импульса
Δ
и
уменьшение
амплитуды
им
-
пульса
∆
U (
рис
. 2,
б
).
При
появлении
гололёдных
отло
-
жений
величины
U
и
Δ
изменяются
синхронно
,
как
это
видно
на
рис
. 3
(
отмечено
штриховыми
овалами
).
Красными
штриховыми
линиями
обозначены
пороговые
значения
U
и
Δ
.
Использование
двух
критери
-
ев
повышает
надёжность
обнаруже
-
ния
гололёда
на
ЛЭП
.
На
отсчёты
амплитуды
U
и
запаз
-
дывания
Δ
отражённого
импульса
кроме
гололёдных
отложений
могут
влиять
погодные
условия
,
изме
-
нения
температуры
окружающей
среды
(
пунктирная
линия
на
рис
. 3,
шкала
температур
с
правой
сторо
-
ны
рисунка
),
ветровые
воздействия
и
т
.
д
.
В
—
выключатель
;
ЛР
—
линейный
разъединитель
;
ВЧЗ
—
высокочастотный
загради
-
тель
;
КС
—
конденсатор
связи
;
ФП
—
фильтр
присоединения
;
ВК
—
высокочастотный
кабель
;
АС
—
аппаратура
связи
;
локатор
—
локационное
устройство
Рис
. 1.
Схема
подключения
локационного
устройства
к
линии
,
имеющей
элементы
высокочастотной
обработки
ЛР
В
ФП
АС
ВК
КС
Локатор
ВЧЗ
76
СЕТИ РОССИИ
Был
выполнен
четырёхгодичный
цикл
(2010—2013
гг
.)
круглосуточных
измерений
параметров
U
и
Δ
на
ЛЭП
110
кВ
«
Кутлу
Букаш
» — «
Рыбная
Слобода
»
и
«
Бугульма
№
14» — «
Бу
-
гульма
-500».
Исследования
показали
,
что
при
изменении
температуры
θ
в
течение
года
в
пределах
70°
С
(
от
-30°
до
+40°
С
)
усреднёные
изменения
ам
-
плитуды
U
составляют
5%,
а
случай
-
ные
флуктуации
амплитуды
достига
-
ют
±15%.
Наблюдается
слабая
связь
между
изменениями
амплитуды
от
-
ражённого
импульса
и
температурой
окружающей
среды
.
Как
показыва
-
ют
эксперименты
,
изменения
ам
-
плитуды
отражённого
сигнала
даже
при
появлении
слабой
изморози
на
проводах
намного
выше
изменений
амплитуды
из
-
за
температурных
воз
-
действий
.
Поэтому
небольшие
(
ме
-
нее
15%)
случайные
флуктуации
ам
-
плитуды
в
штатных
условиях
не
будут
мешать
обнаружению
гололёда
на
проводах
ЛЭП
[10].
Согласно
экспериментальным
данным
за
четырёхгодичный
цикл
измерений
установлено
,
что
имеют
место
годовые
и
суточные
вари
-
ации
запаздывания
сигналов
Δ
,
которые
необходимо
суммировать
при
определении
уставки
для
авто
-
матического
обнаружения
гололёда
на
проводах
ЛЭП
.
Так
,
например
,
для
ЛЭП
«
Кутлу
Букаш
» — «
Рыбная
Слобода
»
длиной
40000
м
усреднён
-
ные
годовые
вариации
Δ
под
вли
-
янием
температуры
окружающей
среды
достигают
0,3
мкс
,
что
соот
-
ветствует
удлинению
проводов
ли
-
нии
на
45
м
(0,11%)
от
длины
линии
,
усреднённые
суточные
— 0,1
мкс
или
15
м
(0,04%),
случайные
—
±0,2
мкс
или
±30
м
(±0,075%).
При
этом
погрешность
измерения
за
-
паздывания
отражённых
сигналов
Δ
определяется
дискретностью
от
-
счётов
АЦП
,
которая
равна
0,08
мкс
для
применяемой
аппаратуры
.
За
-
паздывания
отражённых
сигналов
Δ
при
появлении
гололёдных
отло
-
жений
на
порядок
выше
флуктуаци
-
онных
изменений
[10].
Итак
,
в
результате
длительных
теоретических
и
эксперименталь
-
ных
исследований
установлено
,
что
локационный
метод
измерения
за
-
паздываний
импульсных
сигналов
на
линиях
электропередачи
облада
-
ет
весьма
высокой
чувствительно
-
стью
.
При
этом
флуктуационная
не
-
стабильность
отражённых
сигналов
по
амплитуде
и
по
запаздыванию
не
будет
влиять
на
условия
обнару
-
жения
гололёда
на
проводах
ЛЭП
[10].
Локационный
комплекс
системы
мониторинга
гололёда
осуществля
-
ет
следующие
операции
[4]:
•
генерирование
и
ввод
в
линию
зондирующих
импульсов
дли
-
тельностью
1—10
мкс
напряже
-
нием
20—50
В
;
•
приём
импульсов
,
отражённых
от
конца
линии
;
а
—
схема
линии
;
б
—
рефлектограммы
линии
без
гололёда
(
————
)
и
при
наличии
гололёда
(
————
);
в
—
разность
(
————
)
рефлектограмм
линии
без
гололёда
и
при
наличии
гололёда
с
колебаниями
сигнала
в
точке
Б
,
обусловленными
наличием
гололёдных
отложений
(
обо
-
значения
показаны
на
рис
. 1)
Рис
. 2.
Обнаружение
гололёда
на
ЛЭП
110
кВ
«
Бугульма
№
14» —
«
Бугульма
-500»
Рис
. 3.
Суточные
изменения
амплитуды
U (
верхний
график
)
и
запаздывания
Δ
(
нижний
график
)
отражённых
импульсов
на
ЛЭП
110
кВ
«
Кутлу
Букаш
» — «
Рыбная
Слобода
»
Примечание
.
Овалами
обозначены
регистрации
гололёдных
образований
[26.03.2012 — 31.03.2012]
Локатор
ВЧЗ
ВЧЗ
ФП
ФП
ПС
«
Бугульма
-
№
14»
ПС
«
Бугульма
-500»
Наличие
гололёда
КС
l
,
м
в
б
a
U
Δ
U
Δ
U
Δ
КС
Б
Б
Б
А
11 800
м
А
А
77
№
1 (22),
январь
–
февраль
, 2014
•
выделение
отражённых
импуль
-
сов
на
фоне
случайных
помех
и
помех
,
вызванных
работой
систем
связи
,
телемеханики
,
релейной
защиты
и
автоматики
;
•
определение
наличия
гололёда
по
задержке
и
уменьшению
амплитуды
отражённого
импуль
-
са
;
•
передача
информации
на
сер
-
вер
оператора
.
Измерения
на
линии
произво
-
дятся
с
периодичностью
30
минут
.
Полученные
данные
передаются
на
центральный
сервер
,
который
раз
-
мещён
на
территории
КГЭУ
.
Уста
-
новленная
на
компьютере
сервера
программа
снимает
данные
с
цен
-
трального
сервера
КГЭУ
и
отобра
-
жает
графики
зависимости
измерен
-
ных
значений
Δ
и
∆
U
от
времени
.
При
образовании
опасной
массы
гололёда
на
экране
дисплея
появля
-
ется
предупреждающее
сообщение
,
которое
сопровождается
звуковой
сигнализацией
.
Программа
,
уста
-
новленная
на
пункте
управления
(
подстанция
),
также
сигнализирует
о
появлении
гололёда
с
указанием
но
-
мера
линии
,
если
в
составе
комплек
-
са
имеется
коммутатор
линий
.
Исполнительная
часть
комплек
-
са
осуществляет
регистрацию
и
архивацию
полученных
сведений
в
виде
протокола
измерений
.
Прото
-
кол
содержит
в
себе
информацию
о
времени
и
дате
измерений
,
о
со
-
стоянии
окружающей
среды
,
изме
-
нении
значений
запаздывания
Δ
и
затухания
∆
U
импульса
.
Полная
информация
может
быть
представ
-
лена
за
разные
периоды
времени
(
сутки
,
неделя
,
месяц
,
квартал
,
год
)
в
виде
графиков
зависимости
ис
-
следуемого
параметра
от
времени
.
Для
передачи
данных
с
локаци
-
онного
комплекса
на
центральный
сервер
КГЭУ
используются
модемы
сотовой
связи
(GSM).
Отправка
дан
-
ных
для
хранения
осуществляется
на
FTP
сервер
КГЭУ
.
В
настоящее
время
в
автомати
-
ческом
режиме
круглосуточно
функ
-
ционируют
четыре
локационных
комплекса
для
обнаружения
гололё
-
да
,
контролирующие
:
•
с
29
октября
2009
года
ЛЭП
110
кВ
длиной
10800
м
«
Бугуль
-
ма
№
14» — «
Бугульма
-500»,
входящую
в
состав
филиала
ОАО
«
Сетевая
компания
»
Бугульмин
-
ские
электрические
сети
;
•
с
8
декабря
2009
года
ЛЭП
110
кВ
длиной
40300
м
«
Кутлу
Букаш
» — «
Рыбная
Слобода
»,
входящую
в
состав
филиала
ОАО
«
Сетевая
компания
»
Приволжские
электрические
сети
;
•
с
1
февраля
2013
года
ЛЭП
330
кВ
длиной
63800
м
«
Бак
-
сан
» — «
Прохладная
2»,
входя
-
щую
в
состав
ОАО
«
МЭС
Юга
»;
•
с
1
марта
2013
года
ЛЭП
110
кВ
длиной
14270
м
«
Шкапово
» —
«
Чегодаево
»,
входящую
в
состав
ОАО
«
Башкирэнерго
».
Все
четыре
системы
обнаруже
-
ния
гололёда
,
упомянутые
выше
,
передают
информацию
о
состоянии
ЛЭП
на
единый
Центр
управления
в
КГЭУ
(
сервер
оператора
)
и
образуют
один
общий
комплекс
обнаружения
гололёдных
отложений
,
который
осу
-
ществляет
сбор
,
хранение
и
дополни
-
тельную
обработку
рефлектограмм
.
Пример
обнаружения
изморо
-
зевых
образований
на
проводах
линии
110
кВ
«
Кутлу
Букаш
» —
«
Рыбная
Слобода
»
по
запаздыв
-
нию
Δ
отражённых
импульсов
по
-
казан
на
рис
. 4.
На
рис
. 5
приведён
слой
измо
-
рози
на
проводе
линии
электропе
-
редачи
,
наблюдавшийся
во
время
измерений
13
декабря
2009
года
в
11
часов
22
мин
.
Момент
фото
-
съёмки
на
графике
рис
. 4
обозна
-
чен
красным
кружочком
.
Рис
. 4.
Обнаружение
изморозевых
отложений
на
проводе
линии
электропередачи
110
кВ
«
Кутлу
Букаш
» — «
Рыбная
Слобода
»
по
увеличению
запаздывания
отражённого
импульса
(
Δ
> 0,3
мкс
) [11.12—15.12 2009]
Рис
. 5.
Изморозь
на
проводе
,
наблюдавшаяся
во
время
измерений
на
линии
110
кВ
«
Кутлу
Букаш
» — «
Рыбная
Слобода
» 13
декабря
2009
года
в
11
часов
22
мин
Примечание
.
Момент
фотосъёмки
на
графике
рис
. 4
обозначен
красным
кружком
.
78
СЕТИ РОССИИ
Разработана
методика
пере
-
счёта
запаздывания
импульсов
Δ
в
толщину
стенки
гололёдных
обра
-
зований
.
Результаты
более
длительных
на
-
блюдений
в
течение
января
2013
г
.
представлены
на
рис
. 6.
Максимум
гололёдного
образования
толщиной
в
3
мм
наблюдался
4
января
2013
г
.
Данные
гололёдные
отложения
не
представляли
угрозы
целостности
проводов
воздушных
линий
,
поэтому
плавка
гололёда
не
производилась
.
Итак
,
приведённые
примеры
убедительно
характеризуют
возмож
-
ности
локационного
метода
обна
-
ружения
гололёдных
отложений
на
проводах
ЛЭП
и
подтверждают
его
высокую
чувствительность
,
обеспе
-
чивающую
раннее
обнаружение
гололёда
,
начиная
с
толщины
стенки
0,5
мм
и
даже
ниже
.
Недостатком
классического
ло
-
кационного
метода
является
не
-
возможность
отличить
наличие
не
-
большого
по
толщине
гололёдного
образования
на
большой
длине
воздушной
линии
от
опасной
кон
-
центрации
льда
в
отдельных
её
пролётах
.
В
этом
случае
приме
-
Рис
. 6.
Контроль
локационным
методом
в
течение
месяца
толщины
стенки
гололёдных
образований
на
проводах
ВЛ
110
кВ
«
Кутлу
Букаш
» — «
Рыбная
Слобода
» [1.01—31.01.2013]
Рис
. 7.
Графики
удельной
плотности
запаздывания
упл
по
длине
линии
110
кВ
«
Кутлу
Букаш
» — «
Рыбная
Слобода
»
на
5
участках
за
четыре
дня
появления
гололёдных
образований
различной
интенсивности
[
декабрь
2011
г
.]
3
2
1
0
0,15
0,1
0,05
0
0,15
0,1
0,05
0
0,15
0,1
0,05
0
0,15
0,1
0,05
0
79
№
1 (22),
январь
–
февраль
, 2014
нятся
метод
разбиения
воздушной
линии
на
отдельные
локационные
участки
.
Пример
такого
разбиения
линии
длиной
40300
м
«
Кутлу
Букаш
» —
«
Рыбная
Слобода
»
на
5
участков
приведён
на
рис
. 7.
В
течение
де
-
кабря
2011
года
наблюдалось
че
-
тыре
случая
образования
гололёда
на
проводах
(
рис
. 7
а
,
б
,
в
,
г
).
На
графиках
хорошо
видно
,
что
удель
-
ная
плотность
запаздывания
Δ
упл
,
измеряемая
в
мкс
/
км
(
толщина
b
стенки
гололёдного
образования
—
правая
шкала
по
оси
ординат
),
раз
-
лична
на
разных
участках
линии
.
Естественно
,
что
угроза
обрыва
проводов
линии
максимальна
на
участках
,
где
наблюдаются
мак
-
симальные
значения
Δ
упл
.
Разра
-
ботана
и
опробирована
методика
пересчёта
удельной
плотности
за
-
паздываний
Δ
упл
в
удельную
плот
-
ность
толщины
стенки
гололёдного
покрытия
.
По
этим
данным
рас
-
считывается
вес
гололёдной
муфты
в
пролёте
.
При
превышении
веса
гололёдной
муфты
допустимых
зна
-
чений
даётся
сигнал
для
начала
плавки
гололёда
.
В
приведённых
случаях
плавка
гололёда
не
потре
-
бовалась
.
На
рис
. 7
а
,
б
,
в
,
г
нанесены
розы
ветров
,
из
которых
видно
,
что
ветер
во
всех
четырёх
случаях
дул
преиму
-
щественно
на
север
.
С
1
февраля
2013
г
.
проводи
-
лись
совместные
сравнительные
эксперименты
по
обнаружению
го
-
лолёда
локационным
методом
и
ме
-
тодом
взвешивания
на
ЛЭП
330
кВ
«
Баксан
» — «
Прохладная
2» (
ОАО
«
МЭС
Юга
»,
Северный
Кавказ
).
На
рис
. 8
а
показаны
измене
-
ния
во
времени
запаздывания
Δ
отражённого
сигнала
при
зондиро
-
вании
ЛЭП
330
кВ
«
Баксан
» — «
Про
-
хладная
2»
локационным
комплек
-
сом
,
разработанным
в
КГЭУ
.
Показания
P
весовых
датчиков
,
расположенных
на
расстояниях
1,3
км
(
опора
№
243)
и
29,3
км
(
опора
№
134)
от
начала
линии
«
Баксан
» — «
Прохладная
2»,
приве
-
дены
на
рис
. 8
б
и
8
в
соответствен
-
но
.
Как
видно
на
рис
. 8
а
,
круп
-
ный
гололёд
,
образовавшийся
,
по
локационным
данным
,
на
линии
2.02.2013
г
. (
А
0
),
вызвал
макси
-
а
—
методом
локационного
зондирования
(
измеряется
запаздывание
Δ
);
б
,
в
—
методом
взвешивания
проводов
(
измеряется
вес
P
гололёдной
муфты
в
одном
пролёте
);
овалами
обозначе
-
ны
регистрации
гололёдных
образований
; * —
момент
начала
плавки
гололёда
[1.02—28.02.2013]
Рис
. 8.
Сравнение
регистраций
гололёдных
отложений
на
линии
330
кВ
«
Баксан
» —
«
Прохладная
2» (
Северный
Кавказ
)
80
СЕТИ РОССИИ
мальное
запаздывание
сигнала
Δ
макс
= 1
мкс
.
Гололёд
повторился
3.02.2013
г
. (
Б
0
)
с
величиной
Δ
макс
=
4,5
мкс
,
а
4.02.2013
г
. (
В
0
) —
с
Δ
макс
= 2,8
мкс
.
Около
опоры
№
243
гололёд
2.02—4.02.2013
г
.
не
был
обнару
-
жен
(
рис
. 8
б
).
На
опоре
№
134 (
рис
. 8
в
)
гололёд
был
зафиксирован
2.02.2013
г
. (
А
2
)
с
максимальной
нагрузкой
P
макс
=
10
кг
,
на
другой
день
, 3.02.2013
г
.
(
Б
2
), —
с
P
макс
= 20
кг
,
а
на
третий
день
, 4.02.2013
г
. (
В
2
), —
с
P
макс
=
40
кг
.
В
интервале
5.02—23.02.2013
г
.
(
рис
. 8
а
,
б
,
в
)
обнаруживались
не
-
большие
гололёдные
образования
одновременно
локационным
мето
-
дом
(
Г
0
,
Д
0
,
Е
0
,
Ж
0
)
и
методом
взве
-
шивания
на
опоре
№
243 (
Г
1
,
Д
1
,
Е
1
,
Ж
1
)
и
опоре
№
134 (
Г
2
,
Д
2
,
Е
2
,
Ж
2
).
Следующее
появление
крупных
гололёдных
отложений
наблюдалось
в
интервале
24.02—27.02.2013
г
.
По
данным
локационного
зондиро
-
вания
(
рис
. 8
а
)
гололёд
начал
на
-
растать
с
полуночи
24.02.2013
г
.,
отложения
на
линии
достигли
макси
-
мума
в
полдень
25.02.2013
г
. (
З
0
)
с
Δ
макс
= 4,5
мкс
.
Потом
на
некоторых
участках
линии
произошёл
сброс
гололёда
,
затем
рост
гололёда
про
-
должился
до
полудня
26.02.2013
г
.
(
И
0
)
с
Δ
макс
= 3,3
мкс
.
В
это
время
началась
плавка
гололёда
, (
на
рис
.
8
а
отмечено
звёздочкой
).
Принуди
-
тельный
сброс
гололёдных
отложе
-
ний
в
результате
плавки
произошёл
в
полдень
26.02.2013
г
.
Однако
рост
гололёдных
отложений
продол
-
жался
до
полудня
27.02.2013
г
. (
К
0
)
с
Δ
макс
= 2,5
мкс
.
Затем
произошёл
естественный
сброс
гололёдных
от
-
ложений
и
линия
вернулась
в
своё
штатное
состояние
.
По
данным
весовых
датчиков
на
опоре
№
243 (
рис
. 8
б
)
гололёдное
отложение
постепенно
нарастало
до
момента
его
плавки
в
полдень
26.06.2013
г
. (
И
1
).
После
плавки
го
-
лолёд
продолжал
медленно
нарастать
(
К
1
).
Затем
в
полдень
27.02.2013
г
.
отложения
исчезли
естественным
пу
-
тём
.
Как
видно
из
сравнения
рис
. 8
а
и
8
б
,
общая
динамика
величины
гололёд
-
ных
отложений
в
обеих
регистрациях
примерно
одинакова
.
Но
в
деталях
есть
различия
,
так
как
при
локационном
зон
-
дировании
контролируется
вся
линия
,
а
весовые
датчики
контролируют
только
один
пролёт
линии
,
где
гололёда
из
-
за
его
локальности
может
и
не
быть
.
Сравнение
показаний
датчиков
на
опорах
№
243
и
134
на
рис
. 8
б
и
8
в
показывает
,
что
гололёдные
от
-
ложения
,
обнаруживаемые
датчи
-
ком
на
опоре
№
243,
не
обнаружи
-
ваются
датчиком
на
опоре
№
134
(
и
наоборот
)
из
-
за
неравномерно
-
сти
гололёдного
отложения
.
При
локационном
зондировании
все
возникшие
гололёдные
отложе
-
ния
А
0
—
К
0
фиксируются
чётко
(
рис
.
8
а
).
Можно
считать
,
что
локационный
метод
обнаружения
гололёда
явля
-
ется
более
объективным
и
более
информативным
,
чем
метод
взве
-
шивания
проводов
.
Определение
места
гололёдного
отложения
,
веду
-
щего
к
аварии
ЛЭП
,
осуществляет
-
ся
с
использованием
специальных
мер
,
как
было
показано
выше
на
рис
. 7.
Аппаратура
локационного
зон
-
дирования
обычно
устанавливается
около
стойки
высокочастотной
свя
-
зи
,
так
как
подключается
к
его
вы
-
ходной
клемме
параллельно
с
высо
-
кочастотным
кабелем
.
В
настоящее
время
аппарату
-
ра
системы
мониторинга
линий
электропередачи
имеет
несколько
вариантов
исполнения
:
настенный
(
рис
. 9
а
),
мобильный
,
настольный
и
стоечный
.
Сотрудниками
КГЭУ
со
-
вместно
с
сотрудниками
ОАО
«
НПО
«
Радиоэлектроника
»
им
.
В
.
И
.
Шим
-
ко
»
по
заказу
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
»
разра
-
ботан
,
изготовлен
и
испытан
опыт
-
ный
образец
системы
мониторинга
гололёда
на
16
каналов
(
рис
. 9
б
).
Намечены
предприятия
,
готовые
его
тиражировать
.
Локационный
метод
позволяет
надёжно
следить
в
реальном
вре
-
мени
за
динамикой
обледенения
проводов
,
позволяет
чётко
опреде
-
лять
начало
необходимой
плавки
гололёдных
отложений
для
предот
-
вращения
обрыва
проводов
элек
-
тролиний
и
обусловленный
этим
недоотпуск
электроэнергии
потре
-
бителям
.
Метод
позволяет
следить
за
эффективностью
плавки
гололё
-
да
и
даёт
возможность
определять
момент
его
своевременного
пре
-
кращения
при
исчезно
-
вении
опасности
разру
-
шения
линии
и
обрыва
проводов
.
Оптимиза
-
ция
времени
плавки
гололёда
способствует
энергосбережению
и
позволяет
сэкономить
значительные
финан
-
совые
средства
,
так
как
плавка
гололёда
требует
дорогостоящих
энергетических
затрат
.
В
то
же
время
в
некоторых
ситуациях
можно
будет
избежать
плавки
гололёда
,
если
вес
отложений
будет
меньше
нормативной
величины
и
начнётся
81
№
1 (22),
январь
–
февраль
, 2014
естественный
сброс
гололёда
с
про
-
водов
.
При
этом
будет
исключён
недоотпуск
электроэнергии
потре
-
бителям
из
-
за
отключения
линии
на
время
плавки
гололёда
и
сэконом
-
лена
электроэнергия
,
которая
была
бы
израсходована
для
его
плавки
токами
повышенного
значения
.
Важнейшим
преимуществом
ло
-
кационного
способа
обнаружения
гололёда
является
то
,
что
вся
аппа
-
ратура
располагается
около
начала
или
конца
линии
электропередачи
в
производственных
помещениях
подстанции
и
не
требует
вмеша
-
тельства
в
конструкцию
ЛЭП
,
при
этом
линия
контролируется
по
всей
длине
.
Локационный
метод
обнаруже
-
ния
гололёда
перед
методом
взве
-
шивания
проводов
имеет
следую
-
щие
преимущества
:
•
зондирующий
импульсный
сиг
-
нал
одновременно
выполняет
функции
датчика
и
носителя
информации
о
гололёдном
отложении
на
проводе
,
поэтому
нет
необходимости
в
установке
отдельных
гололёдных
датчиков
на
проводах
ЛЭП
и
телемеха
-
нической
аппаратуры
для
пере
-
дачи
показаний
датчиков
на
диспетчерский
пункт
;
•
обеспечивается
контроль
всей
линии
,
а
не
только
одного
про
-
лёта
;
•
используется
меньший
,
более
простой
и
дешёвый
состав
аппа
-
ратуры
;
•
при
монтаже
локационного
устройства
не
требуется
вмеша
-
тельства
в
конструкцию
ЛЭП
;
•
отсутствует
угроза
вандализма
,
т
.
к
.
локационное
устройство
располагается
в
помещении
подстанции
;
•
ввод
в
действие
аппаратуры
локационного
зондирования
занимает
несколько
минут
,
если
ЛЭП
имеет
высокочастотную
обработку
;
•
имеется
возможность
периоди
-
ческого
контроля
с
помощью
коммутатора
одним
локацион
-
ным
устройством
всех
линий
,
отходящих
с
подстанции
.
Локационное
зондирование
кро
-
ме
обнаружения
гололёда
[4, 10—
12]
позволяет
[3, 8—11]:
•
обнаруживать
повреждения
линии
в
виде
обрывов
и
коротких
замыканий
проводов
,
а
также
однофазных
замыканий
на
землю
с
указанием
вида
повреждения
и
расстояния
до
него
;
•
определять
наличие
металличе
-
ского
короткого
замыкания
на
проводах
ЛЭП
при
срабатыва
-
нии
автомата
повторного
вклю
-
чения
(
АПВ
);
•
обнаруживать
кабельные
встав
-
ки
на
воздушных
ЛЭП
и
муфты
на
подземных
ЛЭП
с
измерени
-
ем
расстояния
до
них
;
•
обнаруживать
несанкциони
-
рованные
подключения
к
про
-
водам
ЛЭП
с
целью
хищения
электроэнергии
;
•
выполнять
роль
охранной
сигна
-
лизации
при
хищении
проводов
ЛЭП
с
указанием
расстояния
до
места
хищения
.
Локационное
зондирование
может
осуществляться
на
ЛЭП
,
на
-
ходящихся
под
напряжением
,
и
на
отключённых
линиях
,
а
также
на
гро
-
зотросах
,
т
.
е
.
на
любых
металлических
проводниках
.
Локационное
устрой
-
ство
может
функционировать
при
аварийном
отключении
питающего
напряжения
на
ЛЭП
за
счёт
наличия
собственного
генератора
зондирую
-
щих
импульсов
,
на
что
не
способны
системы
релейной
защиты
и
авто
-
матики
.
Сигналы
локационного
зондиро
-
вания
не
влияют
на
работу
аппара
-
туры
релейной
защиты
,
противоава
-
рийной
автоматики
,
телемеханики
и
связи
.
В
то
же
время
при
определён
-
Рис
. 9.
Варианты
исполнения
программно
-
аппаратурных
комплексов
системы
мониторинга
гололёдообразования
на
линиях
электропередачи
а
—
настольный
а
—
настольный
б
—
настенный
б
—
настенный
82
СЕТИ РОССИИ
ной
цифровой
обработке
эти
сигналы
перестают
быть
помехами
сигналам
локационного
зондирования
.
Данные
о
повреждениях
и
голо
-
лёдных
отложениях
могут
переда
-
ваться
через
GSM-
канал
или
Интер
-
нет
на
рабочее
место
диспетчера
без
ограничения
расстояния
,
обе
-
спечивая
в
удобном
интерфейсе
наблюдение
за
динамикой
гололё
-
дообразования
на
проводах
ЛЭП
и
за
динамикой
освобождения
прово
-
дов
от
гололёдных
покрытий
при
их
плавке
.
Предлагаемая
система
монито
-
ринга
гололёда
наиболее
эффектив
-
на
в
условиях
горно
-
пересечённой
местности
и
бездорожья
.
Таким
образом
,
разработан
и
вве
-
дён
в
эксплуатацию
локационный
ком
-
плекс
по
обнаружению
гололёдных
образований
на
воздушных
линиях
электропередачи
110—330
кВ
.
Ком
-
плекс
позволяет
надёжно
следить
за
динамикой
обледенения
проводов
и
чётко
определять
по
времени
начало
необходимой
плавки
гололёдных
отло
-
жений
.
Своевременное
обнаруже
-
ние
появления
гололёдно
-
изморо
-
зевых
отложений
является
весьма
актуальной
проблемой
для
электро
-
энергетики
нашей
страны
при
ре
-
шении
задач
энергосбережения
.
Итак
,
после
рассмотрения
трёх
используемых
в
настоящее
время
способов
обнаружения
гололёдных
отложений
на
проводах
линий
электро
-
передачи
можно
утверждать
,
что
спо
-
соб
прогнозирования
является
самым
ненадёжным
и
может
применяться
только
из
-
за
отсутствия
диагностиче
-
ской
аппаратуры
с
целью
примерной
оценки
возможного
появления
голо
-
лёдных
образований
.
Метод
взвешивания
проводов
по
-
зволяет
контролировать
гололёдные
образования
в
пролётах
той
опоры
,
у
которой
установлен
датчик
.
Этот
уча
-
сток
линии
должен
быть
характерным
для
всей
линии
электропередачи
.
Если
гололёд
образуется
на
других
участках
линии
,
где
нет
датчиков
,
то
он
не
будет
обнаружен
.
Чтобы
контролировать
линию
по
всей
длине
,
необходимо
установить
датчики
гололёда
у
каждой
опоры
—
такая
задача
,
к
сожалению
,
технически
не
выполнима
.
Локационный
метод
даёт
возмож
-
ность
контролировать
всю
линию
электропередачи
и
в
реальном
вре
-
мени
наблюдать
процесс
нарастания
гололёдных
отложений
и
их
сброс
при
плавке
гололёдной
муфты
.
Метод
яв
-
ляется
самым
надёжным
и
информа
-
тивным
из
рассмотренных
в
данной
статье
.
На
сегодняшний
день
метод
ло
-
кационного
обнаружения
гололёда
,
согласно
информационному
поиску
глубиной
в
40
лет
и
материалам
про
-
шедшей
в
июне
2013
года
в
Канаде
15-
й
конференции
IWAIS [13],
нигде
в
мире
не
реализован
,
наши
исследова
-
ния
и
их
результаты
не
имеют
анало
-
гов
в
мире
и
являются
пионерскими
.
Аппаратура
системы
мониторин
-
га
гололёда
демонстрировалась
на
многочисленных
выставках
и
презен
-
тациях
.
В
2013
году
экспонировалась
на
Международной
промышленной
выставке
«Hannover Messe-2013»
в
Ганновере
(
Германия
),
на
Между
-
народном
форуме
«
Россия
и
СИГРЭ
:
объединяя
опыт
и
инновации
»
в
рам
-
ках
программы
126-
го
заседания
Ад
-
министративного
совета
по
большим
электрическим
системам
высокого
напряжения
СИГРЭ
(
Казань
,
КГЭУ
),
на
Промышленной
выставке
в
Казани
.
Выражаю
благодарность
В
.
А
.
Ка
-
симову
и
М
.
Р
.
Яруллину
за
помощь
в
выполнении
измерений
.
Исследования
и
разработки
аппа
-
ратуры
обнаружения
гололёда
на
ЛЭП
выполнены
в
2010—2012
годах
на
средства
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
»
при
техниче
-
ской
поддержке
ОАО
"
Сетевая
компа
-
ния
" (
Татарстан
).
ЛИТЕРАТУРА
1.
Шалыт
Г
.
М
.
Определение
мест
повреждений
линий
электропе
-
редачи
импульсным
методом
.
М
.:
Энергия
, 1968. 216
с
.
2.
Яковлев
Л
.
В
.
Комплексные
ме
-
тоды
и
устройства
для
защиты
проводов
и
грозозащитных
тро
-
сов
воздушных
линий
от
вибра
-
ции
, «
пляски
»
и
гололёдообразо
-
вания
. //
Энергетик
. 2004.
№
3.
с
. 15—17.
3.
Минуллин
Р
.
Г
.,
Фардиев
И
.
Ш
.
Ло
-
кационная
диагностика
воздуш
-
ных
линий
электропередачи
.
Ка
-
зань
:
Казан
.
гос
.
энерг
.
ун
-
т
, 2008.
202
с
.
4.
Минуллин
Р
.
Г
.
и
др
.
Обнаружение
гололёдных
образований
на
ли
-
ниях
электропередачи
локаци
-
онным
зондированием
.
Казань
:
Казан
.
гос
.
энерг
.
ун
-
т
, 2010.
207
с
.
5.
Дьяков
А
.
Ф
.
Эксплуатация
ВЛ
330—500
кВ
в
условиях
интен
-
сивных
гололёдно
-
ветровых
воз
-
действий
.
Внедрение
системы
автоматического
наблюдения
за
гололёдом
. //
Энергетик
. 2005.
№
6.
6.
Левченко
И
.
И
.,
Засыпкин
А
.
С
.,
Аллилуев
А
.
А
.,
Сацук
Е
.
И
.
Диа
-
гностика
,
реконструкция
и
экс
-
плуатация
воздушных
линий
электропередачи
в
гололёдных
районах
.
Учеб
.
пособие
.
М
.:
Изд
.
дом
МЭИ
, 2007. 446
с
.
7.
Костиков
И
.
Система
монито
-
ринга
«
САТ
-1» —
эффективная
защита
ВЛЭП
от
гололёда
. //
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
. 2011.
№
1.
с
. 32—35.
8.
Минуллин
Р
.
Г
.,
Закамский
Е
.
В
.
Определение
мест
повреждения
в
электрических
сетях
напряже
-
нием
6—35
кВ
импульсным
ме
-
тодом
. //
Доклады
Российского
национального
симпозиума
по
энергетике
, 3-
го
Международ
-
ного
симпозиума
по
энергети
-
ке
,
окружающей
среде
и
эконо
-
мике
.
Казань
:
КГЭУ
, 2001.
т
. 2.
с
. 62—64.
9.
Минуллин
Р
.
Г
.,
Закамский
Е
.
В
.,
Андреев
В
.
В
.
Исследования
ус
-
ловий
отражения
импульсных
сигналов
в
распределительных
электрических
сетях
с
древовид
-
ной
топологией
. //
Электротехни
-
ка
. 2003.
№
10.
с
. 39—44.
10.
Минуллин
Р
.
Г
.,
Касимов
В
.
А
.,
Яруллин
М
.
Р
.,
Филимонова
Т
.
К
.
Исследование
параметров
вы
-
сокочастотного
тракта
линии
электропередачи
локационным
методом
в
штатных
условиях
при
отсутствии
гололёда
. //
Энергети
-
ка
Татарстана
. 2012.
№
4 (28).
с
. 44—50.
11.
Минуллин
Р
.
Г
.
Обнаружение
го
-
лолёда
и
повреждений
на
воз
-
душных
линиях
электропереда
-
чи
локационным
методом
. //
Энергетика
Татарстана
. 2011.
№
2 (22).
с
. 15—17.
12.
Минуллин
Р
.
Г
.,
Лукин
Э
.
И
.,
Сухомят
-
кин
М
.
О
.
и
др
.
Особенности
обна
-
ружения
гололёдных
отложений
на
проводах
линий
электропередачи
локационным
зондированием
.
//
Электротехника
. 2011.
№
5.
с
. 6—12.
13.
Proc. 15th International Work-
shop on Atmospheric Icing of
Structures. St John’s, Canada.
June 2013.
Оригинал статьи: Локационный метод обнаружения гололёда на проводах воздушных ЛЭП
Многочисленные аварии показали, что оптимально спроектировать линию (сведя этот процесс только к расчёту и определению геометрических параметров линии) без использования различных способов и устройств, ограничивающих и предупреждающих атмосферные воздействия на неё, невозможно.
