Локационный метод обнаружения гололёда на проводах воздушных ЛЭП

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