Опыт эксплуатации в АО «Россети Тюмень» геоинформационной системы определения места повреждения воздушных линий электропередачи 3–35 кВ

26

Ежеквартальный спецвыпуск № 1 (24), март 2022

В статье представлена система определения поврежденного 

участка сети 3–35 кВ, реализованная АО «Россети Тюмень» 

совместно с ООО «Релематика», позволяющая повысить по-

казатели  надежности  электроснабжения.  Указывается  акту-

альность разработки, ее уникальность, подробно описыва-

ется  назначение  и  принцип  работы  каждого  из  элементов 

системы, приводится заключение о работе системы на объ-

екте АО «Россети Тюмень».

Опыт эксплуатации 

в АО «Россети Тюмень» 

геоинформационной системы  

определения места 

повреждения воздушных линий 

электропередачи 3–35 кВ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ  

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ОМП

Нормативно­ правовые акты [1] регламентируют единый подход при оценке надежности 

электроснабжения потребителей, которая определяется количеством отключений потре

-

бителей (Пsaifi), средней продолжительностью таких отключений (Пsaidi), а также недоот

-

пуском электроэнергии (Пens). Эти показатели надежности применяются для нормирова

-

ния услуг электроснабжения в ведущих мировых экономиках [2].

В этой связи задача быстрого определения места повреждения (ОМП) в распредели

-

тельной сети (РС) 3–35 кВ становится особенно актуальной.

Воздушные линии электропередачи эксплуатируются в сложных условиях и подверга

-

ются воздействию погодных факторов. Наиболее подвержены этому распределительные 

сети 3–35 кВ как самые массовые воздушные линии электропередачи. При этом боль

-

шинство линий проходит по лесистой местности и в труднодоступных районах, и в случае 

возникновения повреждений определить место повреждения очень сложно, а поиск по

-

вреждения может быть достаточно долгим. Оперативное обнаружение аварийных участ

-

ков в таких случаях является первостепенным.

Задача снижения средней продолжительности отключений, а соответственно, и снижения 

недоотпуска электроэнергии может быть решена установкой реклоузеров с последующим вы

-

полнением сетевого автоматического восстановления электроснабжения. Однако реализация 

таких мероприятий требует значительных финансовых затрат. Бюджетным решением повы

-

шения показателей надежности электроснабжения является использование геоинформаци

-

онной системы определения места повреждения воздушных линий 3–35 кВ (ОМП), реализо

-

Андрей СТЕБЕКОВ,

инженер ведущий 

Службы релейной 

защиты и автоматики 

филиала АО «Россети 

Тюмень» Тюменские 

электрические сети

Алексей РЕКЕЕВ,

заведующий сектором 

разработок 2 отдела 

разработок 02 

РЗА Департамента 

разработок 

ООО «Релематика»

Инновации

27

ванной  АО  «Россети  Тюмень» 

совместно  с  ООО  «Релемати

-

ка»,  разработанной  в  рамках 

научно­ исследовательской 

и 

опытно­ конструкторской 

работы  (НИОКР)  и  введен

-

ной  в  опытную  эксплуатацию 

с 27.11.2016.

Экспериментальный  этап 

работы в основном выполнял

-

ся  в  лабораториях  ООО  «Ре

-

лематика»,  опытная  эксплуа

-

тация проводилась в филиале 

АО «Россети Тюмень» Тюмен

-

ские электрические сети.

Местом  опытной  и  про

-

мышленной  эксплуатации  вы

-

брана  подстанция  110/10  кВ 

«Перевалово»  с  разветвлен

-

ной распределительной сетью 

10 кВ, расположенной на запа

-

де Тюменского муниципального района на расстоянии более 

40 км от места базирования бригад ОВБ (рисунок 1).

ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОМП

Распределительные сети 3–35 кВ (далее — РС 3–35 кВ) 

характеризуются высокой разветвленностью — от одной 

ЛЭП  может  быть  запитано  несколько  десятков  потреби

-

телей. По этой причине отсутствуют регулярные методы 

одностороннего ОМП коротких (КЗ) и однофазных замы

-

каний  (ОЗЗ).  Для  решения  данной  задачи  в  РС  3–35  кВ 

стало  целесообразным  использовать  разработанную 

и испытанную в рамках НИОКР геоинформационную си

-

стему  ОМП  (ГИС  ОМП),  предназначенную  для  работы 

в  РС  3–35  кВ  с  изолированной  или  компенсированной 

нейтралью с односторонним питанием. Структура систе

-

мы приведена на рисунке 2.

ГИС ОМП ПС 110/10 кВ «Перевалово» состоит из эле

-

ментов, представленных на рисунке 3:

Рис. 1. Карта центров питания, обслуживаемых бригадами ОВБ Южного РЭС Управления филиала АО «Россети Тюмень»  

Тюменские электрические сети

Рис. 2. Структура системы ОМП

УШЗ

ТРАНСМИТТЕР

ТРАНСМИТТЕР ТРАНСМИТТЕР

ТРАНСМИТТЕР

Несработавшие ИПВЛ

Сработавшие ИПВЛ

К

(1)

ПС

РТП

РЭС

СЕРВЕР СБОРА 

ДАННЫХ

sms

sms

sms

sms

28

Ежеквартальный спецвыпуск № 1 (24), март 2022

1)  индикаторы повреждения ВЛ (ИПВЛ­02) с радиоканалом, 

предназначенные для выявления ОЗЗ и КЗ в воздушной 

линии электропередачи — 234 шт.;

2)  трансмиттеры (приемопередатчики — устройства сбора 

информации с ИПВЛ и ее дальнейшей передачи на верх

-

ний уровень) — 47 шт., питание трансмиттеров осущест

-

вляется от аккумуляторной батареи, подзарядка которой 

происходит от солнечной панели;

3)  устройства шунтирования замыкания (УШЗ) — 2 шт.;

4)  программное  обеспечение  топографического  ОМП  — 

геоинформационная  система  определения  ме

-

ста  повреждения  ЛЭП  3–35  кВ  по  показаниям  дат

-

чиков  —  1  шт.,  предназначенная  для  удаленного 

мониторинга  состояния  ВЛ  посредством  получения 

информации от трансмиттеров, установленных на опо

-

рах  ЛЭП  по  GSM­каналу,  с  целью  повышения  опера

-

тивности  определения  видов  и  места  повреждения  

ЛЭП и маршрутов ремонтных бригад.

Уникальность системы заключается в способе детекти

-

рования ОЗЗ, который основан на кратковременном увели

-

чении тока в поврежденной при ОЗЗ фазе, достаточном для 

срабатывания  ИПВЛ  и  недостаточном  для  срабатываний 

токовых  защит  присоединений.  В  результате  отсутствует 

необходимость  расчета  параметров  срабатывания  ИПВЛ, 

в том числе и при изменении конфигурации сети.

ИПВЛ  устанавливаются  непосредственно  на  провода 

воздушной  линии  электропередачи  (рисунок  4)  на  развил

-

ках ЛЭП, через определенное расстояние на протяженных 

участках  сети,  исходя  из  требуемой  точности,  до  и  по

-

сле  труднодоступных  участков  (леса,  болота,  реки,  горы), 

а  также  на  границе  балансовой  принадлежности.  ИПВЛ 

могут  устанавливаться  в  двух  фазах  для  детектирования 

КЗ  и  в  трех  фазах  для  дополнительного  детектирования 

ОЗЗ. ИПВЛ может монтироваться как на голый провод, так 

и на самонесущий изолированный провод. Монтаж индика

-

торов не требует наличия специальных навыков у эксплуа

-

тирующего  персонала,  большим  преимуществом  является 

возможность монтажа ИПВЛ без снятия напряжения с ЛЭП.

ИПВЛ содержит датчики тока и напряжения и срабаты

-

вает при протекании через него аварийного тока (рисунок 2). 

При  срабатывании  ИПВЛ  активирует  светодиодную  инди

-

кацию и передает информацию в трансмиттер. По своему 

принципу действия ИПВЛ отстроен от ложных срабатываний 

при внешних КЗ, при набросах токов нагрузки, бросках тока 

намагничивания. ИПВЛ различает КЗ и однофазное замыка

-

ние на землю.

Алгоритм детектирования междуфазных КЗ следующий. 

При коротких замыканиях на контролируемом участке ИПВЛ 

реагирует на наброс тока более чем на 120 А с последующим 

(в течение 8 с) спадом тока и напряжения до нуля, характери

-

зующим отключение контролируемого участка. По спаду тока 

до нуля отслеживается работа выключателя присоединения 

(коммутационного аппарата). В свою очередь, при внешнем 

коротком  замыкании  происходит  отключение  поврежденно

-

го  участка  смежным  выключателем,  при  этом  на  контроли

-

руемом  участке  ВЛ  сохраняется  протекание  тока  нагрузки, 

и по этой причине ИПВЛ не срабатывает. ИПВЛ срабатывает 

только при внутренних КЗ (КЗ на контролируемом участке).

В ИПВЛ реализован самовозврат по времени или по вос

-

становлению  линии.  Контроль  напряжения  позволяет  от

-

строиться от срабатываний при броске тока намагничивания.

ОЗЗ детектируются за счет кратковременного увеличе

-

ния тока (от 20 до 50 А) в поврежденной фазе, которое со­

здается с помощью УШЗ.

ГИС ОМП

Индикатор 

повреждения ВЛ 

(питание 

осуществляется 

от внутренней батареи 

со сроком службы до 

8 лет)

Трансмиттер (приемопередатчик 

данных от ИПВЛ  

в ПТК «ГИС ОМП» по GSM-каналу)

(питание осуществляется от внутреннего 

аккумулятора с зарядкой в дневное время от 

солнечной батареи)

Устройство 

шунтирования 

замыканий (УШЗ)

Рис. 3. Элементы системы ОМП

Рис. 4. ИПВЛ и трансмиттеры, установленные на объекте 

в зоне эксплуатационной ответственности филиала Тюмен

-

ские электрические сети

РАДИОКАНАЛ  

2,4 ГГЦ 

Инновации

29

УШЗ устанавливается на каждую секцию питающей подстан

-

ции (рисунки 2, 3, 5) для создания режима, необходимого для на

-

дежного срабатывания ИПВЛ при ОЗЗ. По факту возникновения 

ОЗЗ (появление напряжения 3U0) УШЗ при помощи избирателя 

поврежденной фазы подключает высокоомный резистор в непо

-

врежденную  фазу,  тем  самым  увеличивая  на  короткое  время 

ток в поврежденной фазе на величину до 50 А. ИПВЛ реагируют 

на сигнал, создаваемый УШЗ в поврежденной при ОЗЗ фазе.

Трансмиттеры — устройства сбора и передачи инфор

-

мации — монтируются на опору рядом с ИПВЛ (рисунок 4). 

Их  питание  осуществляется  от  встроенного  портативного 

аккумулятора,  подзарядка  которого  происходит  от  солнеч

-

ной  батареи.  При  срабатывании  датчик  ИПВЛ  активирует 

модуль светодиодной индикации и передает сигнал в транс

-

миттер по радиоканалу на частоте 2,4 ГГц о факте своего 

срабатывания и виде повреждения. Радиус действия канала 

передачи данных «ИПВЛ­трансмиттер» составляет 25–30 м. 

Разрешение на использование частоты 2,4 ГГц не требует

-

ся.  Трансмиттер  осуществляет  ретрансляцию  полученной 

от ИПВЛ информации по GSM­каналу на верхний уровень 

системы  (РЭС)  в  программу  топографического  ОМП  (ГИС 

ОМП), установленную на сервере (рисунок 6).

ГИС  ОМП  обрабатывает  поступающую  информацию 

от трансмиттеров, определяет поврежденный участок сети, 

Рис. 5. Шкаф 

устройства 

шунтирования 

замыкания (УШЗ) 

на ПС 110/10 кВ 

«Перевалово»: 

1) трансфор

-

матор тока, 

используется 

для контроля 

набрасываемого 

тока; 2) вакуум

-

ные контакторы 

КВО-10-4-400 

Рис. 6. Программный продукт топографического ОМП

2

1

30

Ежеквартальный спецвыпуск № 1 (24), март 2022

вид и время возникновения повреждения,  осуществляется 

оповещение  дежурного  (ремонтного)  персонала  посред

-

ством SМS сообщений и электронных писем. Для удобства 

пользователя  результаты  ОМП  выводятся  на  интерактив

-

ную карту, где диспетчер фиксирует поврежденный участок 

на карте местности. Интерактивная карта отображает топо

-

логию  сетевого  района:  структуру  ЛЭП  (трассы  прохожде

-

ния, опоры, пункты секционирования и пр.), места установки 

ИПВЛ,  трансмиттеров  и  УШЗ.  Трассы  прохождения  ЛЭП 

строятся  на  этапе  наладки  —  при  монтаже  фиксируются 

географические координаты мест установки ИПВЛ и транс

-

миттеров.

Реализована интеграция программно­ технического ком

-

плекса «ГИС ОМП» в АСУ энергообъекта по протоколу МЭК 

60870–5–104.  Наряду  с  информацией  о  повреждении  РС 

в АСУ может быть передана телеметрия (аварийные и на

-

грузочные токи) от индикаторов повреждения, а также раз

-

личная диагностическая информация (о разряде элементов 

питания, потери связи с устройствами).

В эксплуатации задействованы 18 линий электропереда

-

чи 10 кВ общей протяженностью более 140 км (рисунок 7).

Основные  технические  характеристики  системы  ОМП 

представлены в таблице 1.

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ГИС ОМП

В ГИС ОМП заложен алгоритм, обеспечивающий правиль

-

ную  работу  системы  при  изменении  топологии  распреде

-

лительной сети (ремонтные режимы, изменение состояния 

реклоузеров и пр.).

За  время  эксплуатации  в  филиале  АО  «Россети  Тю

-

мень» Тюменские электрические сети ГИС ОМП по показа

-

ниям датчиков отказов и ложной работы не зафиксировано.

Оборудование показало высокую надежность. При воз

-

никновении  нештатных  ситуаций  поврежденный  участок 

определялся верно. За время эксплуатации зафиксировано 

239 повреждений. Среднее время информирования персо

-

нала о повреждении составило порядка 10–15 мин.

Эксплуатирующий  и  диспетчерский  персонал  отмеча

-

ет  простоту  применения,  удобный  и  понятный  интерфейс 

программно­ технического комплекса «ГИС ОМП», высокую 

функциональность системы, отсутствие необходимости рас

-

чета  параметров  срабатывания  ИПВЛ,  возможность  мон

-

тажа ИПВЛ и трансмиттеров без проведения оперативных 

мероприятий по выводу ВЛ из работы, а также возможность 

отображения  поврежденного  участка  с  привязкой  к  карте 

местности.

Также  отмечена  простота  настройки  программно­ 

технического комплекса «ГИС ОМП»:

–

графическое  представление  линии  электропередачи 

осуществляется с помощью координат GPS/Глонасс;

–

привязка  устройств  к  геоподложке  осуществляется 

по МАС­адресам;

–

для осуществления информирования персонала энерго

-

объекта создается база данных сотрудников с указанием 

номеров телефонов или электронных почтовых номеров.

Основные достоинства системы ОМП:

–

100%­ная надежность и селективность определения ОЗЗ 

(уникальный алгоритм детектирования ОЗЗ), подтверж

-

денная  многолетними  результатами  работы  системы 

на действующем энергообъекте;

–

возможность интегрирования ГИС ОМП в любую SCADA 

энергообъекта по протоколу МЭК 60870–5–104;

–

оперативное оповещение персонала посредством SMS 

и email­ рассылки;

Рис. 7. Места установки индикаторов повреждения на разветвленной сети 10 кВ от ПС 110/10 кВ

Инновации

31

–

масштабируемость  —  возможно  развертывание  систе

-

мы  как  на  отдельном  персональном  компьютере  (ПК) 

или ноутбуке, так и в клиент­ серверном варианте с про

-

извольным  количеством  автоматических  рабочих  мест 

(АРМ) диспетчера и инженера;

–

серверная  часть  ПО  «ГИС  ОМП»  устанавливается 

на  серверных  мощностях  эксплуатирующего  предпри

-

ятия  (не  требуется  аренда  сервера  производителя 

системы);

–

ГИС ОМП работает в постоянном режиме (после потери 

питания  ГИС  ОМП  восстанавливается  автоматически 

при возобновлении питания);

–

возможность поэтапного внедрения;

–

простота внедрения и эксплуатации;

–

отсутствие  необходимости  расчета  параметров  сраба

-

тывания ИПВЛ, в том числе при изменении конфигура

-

ции сети;

–

подключение элементов питания осуществляется через 

разъем, замена элементов питания не требует примене

-

ния пайки и обращения к потребителю;

–

уникальный  алгоритм  детектирования  ОЗЗ  позволяет 

использовать  систему  ОМП  и  в  сетях  с  компенсацией 

емкостного тока;

–

алгоритм детектирования ОЗЗ с применением устройств 

шунтирования замыканий не накладывает никаких огра

-

ничений на установку устройств на ВЛ;

–

отстройка от ложных срабатываний при внешних КЗ, при 

изменениях тока нагрузки, при бросках тока намагничи

-

вания без задания уставок пользователем;

–

независимость алгоритма детектирования ОЗЗ от состо

-

яния устройств, установленных в соседних фазах (выход 

из строя одного из устройств не приводит к невозмож

-

ности зафиксировать ОЗЗ другими устройствами).
Эффект от внедрения:

–

снижение  операционных  расходов,  направленных 

на поиск мест повреждений (уменьшение маршрута ОВБ 

для  поиска  повреждений)  и  снижение  диспетчерской 

нагрузки;

–

уменьшение  времени  локализации  поврежденного 

участка  с  3,5  часов  до  1  часа  по  сравнению  с  ранее 

затраченным;

–

снижение  величины  недоотпуска  электроэнергии,  обу

-

словленное  уменьшением  времени,  требуемого  для 

восстановления электроснабжения после возникновения 

аварийной ситуации;

–

уменьшение времени воздействия повышенного напря

-

жения на электросетевое оборудование 3–35 кВ при ОЗЗ 

и, как следствие, сокращение его износа;

–

обеспечение  реализации  концепции  цифровой  транс

-

формации;

–

оперативное  информирование  потребителей  электро

-

энергии.

Табл. 1. Основные технические характеристики системы ОМП

Описание

Параметр

Эксплуатация

Диапазон рабочих температур

–40°C…+80°C

Параметры ВЛ

Линейное напряжение

не более 35 кВ

Режим работы линии

тупиковая / радиальная

Минимальный нагрузочный ток

0 А

Диаметр провода

6–32 мм

ИПВЛ

Минимальный наброс тока при КЗ/ОЗЗ

120 А / 20 А

Максимально допустимый ток 

31,5 кA / 2 сек

Индикация

9 мигающих светодиодов

Время возврата

2, 4, 6, 8, 10, 12, 24, 48 ч

Видимость индикации

300 м днем / 500 м ночью

Масса

<0,5 кг

Частота радиосигнала

2,4 ГГц

Расстояние радиопередачи

до 25 м

Трансмиттер

Масса

4,5 кг

GSM­модем

E­GSM

АКБ, Ресурс без подзарядки 

3,7 В / 5,5 А

·

ч, полтора года

32

Ежеквартальный спецвыпуск № 1 (24), март 2022

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанная  система  «ГИС  ОМП»  позволяет  опера

-

тивно обнаружить поврежденный участок сети, в макси

-

мально короткие сроки вывести его из работы и восста

-

новить  электроснабжение  неповрежденной  части  сети. 

При этом значительно уменьшается недоотпуск электро

-

энергии,  сохраняется  ресурс  первичного  оборудования 

(выключатели, трансформаторы и пр.), сокращается ве

-

роятность  гибели  людей  и  животных  при  поиске  места 

ОЗЗ.

В  2018  году  разработка  «Геоинформационная  систе

-

ма  ОМП  ВЛЭП  3–35  кВ»  стала  лауреатом  первой  премии 

Международного  конкурса  научных,  научно­ технических 

и  инновационных  разработок,  направленных  на  развитие 

топливно­ энергетической и добывающей отраслей.

Разработанное в рамках выполнения НИОКР устройство 

защищено  патентом  на  изобретение  №  2744035  «Устрой

-

ство определения поврежденного участка воздушной линии 

электропередачи  с  ответвлениями  в  распределительной 

сети 6–35 кВ», заявка № 2020124768, приоритет изобрете

-

ния  16.07.2020,  зарегистрировано  в  Государственном  ре­

естре изобретений Российской Федерации 02.03.2021.

Положительный  опыт  АО  «Россети  Тюмень»  повлиял 

на  решение  по  реализации  типового  технического  авто

-

матизированного  комплекса  определения  поврежденного 

участка ЛЭП другими дочерними обществами ПАО «Россе

-

ти»: филиал ПАО «Россети Центр и Приволжье» — «Ниж

-

новэнерго»,  Филиал  в  Республике  Коми  ПАО  «Россети 

Северо­Запад», Карельский филиал ПАО «Россети Севе

-

ро­Запад» и др.

Компанией  «Релематика»  проведены  работы  по  зна

-

чительному снижению стоимости УШЗ с целью экономиче

-

ской  привлекательности  внедрения  системы  «ГИС  ОМП» 

на энергообъектах заказчиков. 

ЛИТЕРАТУРА

1.  Приказ  Минэнерго  РФ  от  29.11.2016  №  1256  «Об  ут

-

верждении методических указаний по расчету уровня 

надежности и качества поставляемых товаров и ока

-

зываемых услуг для организации по управлению еди

-

ной  национальной  (общероссийской)  электрической 

сетью и территориальных сетевых организаций». URL: 

https://base.garant.ru/71578114/.

2.  Овсянников А.А.  Методика  управления  затратами 

на  повышение  надежности  функционирования  меж

-

региональных  распределительных  электросетевых 

компаний  //  Современные  наукоемкие  технологии. 

Региональное приложение, 2012, № 1(29). С. 49–54.

Инновации