26
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3(30),
сентябрь
2023
Рассмотрены
проблемы
качества
оперативно
-
технологиче
-
ского
управления
и
эксплуатации
распределительных
се
-
тей
.
Представлена
структура
и
функционал
разрабатывае
-
мой
информационно
-
измерительной
системы
.
Произведена
классификация
режимов
состояния
провода
ВЛ
.
Показаны
результаты
лабораторных
испытаний
контроля
положения
провода
ВЛ
.
Обозначена
актуальность
необходимости
по
-
вышения
уровня
автоматизации
контроля
состояния
элек
-
трических
сетей
посредством
внедрения
информационно
-
измерительных
систем
.
Владислав
ЛИСТЮХИН
,
заместитель
начальника
службы
производственной
безопасности
и
производственного
контроля
филиала
ПАО
«
Россети
Волга
» —
«
Пензаэнерго
»
Перспективы
внедрения
информационно
-
измерительных
систем
контроля
параметров
ВЛ
0,4–10
кВ
в
сложных
метеорологических
условиях
Надежность
сетей
и
снижение
потерь
В
ажнейшей
задачей
предприятий
электросете
-
вого
комплекса
всегда
являлось
обеспечение
надежности
электроснабжения
потребителей
.
В
части
электросетевых
объектов
межрегио
-
нальных
распределительных
сетевых
компаний
в
боль
-
шей
степени
на
уровень
надежности
влияет
устойчивое
функционирование
ВЛ
в
распределительных
сетях
0,4–
10
кВ
[1].
В
связи
с
чем
становится
актуальным
изуче
-
ние
подходов
к
повышению
уровня
наблюдаемости
сети
и
развитию
систем
дистанционного
мониторинга
ВЛ
рас
-
пределительных
сетей
.
Для
реализации
вышеуказанных
задач
на
кафедре
«
Информационно
-
измерительная
техника
и
метрология
»
Пензенского
государственного
университета
проводятся
исследования
по
разработке
информационно
-
измерительной
системы
контроля
па
-
раметров
ВЛ
в
сложных
метеорологических
условиях
(
ветровые
нагрузки
,
ледяные
дожди
,
гололедно
-
изморо
-
зевые
отложения
).
АКТУАЛЬНОСТЬ
ТЕМЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
На
сегодняшний
день
в
части
обеспечения
надежности
ВЛ
0,4–10
кВ
особо
остро
выделяются
две
проблемы
.
Первая
проблема
обусловлена
необходимостью
сокращения
количества
и
длительности
перерывов
электроснабжения
потребителей
,
поскольку
одним
из
основных
приоритетов
электросетевых
организаций
сегодня
является
клиентоориентированный
подход
.
На
нормальную
работу
ВЛ
влияют
различные
факторы
,
сре
-
ди
которых
:
–
воздействие
неблагоприятных
природных
явлений
(
ветровые
нагрузки
,
ледяные
дожди
),
параметры
кото
-
рых
в
ряде
случаев
превышают
проектные
характери
-
стики
ВЛ
распределительных
сетей
0,4–10
кВ
(
ввиду
того
,
что
основная
часть
ВЛ
введена
в
эксплуатацию
в
период
с
1960
по
2000
годы
с
учетом
требований
неактуальных
на
сегодняшний
день
карт
ветровых
и
гололедных
нагрузок
);
27
–
интенсивная
хозяйственная
деятель
-
ность
сторонних
лиц
и
организаций
(
проведение
сельскохозяйственных
работ
,
проезд
крупногабаритной
тех
-
ники
и
т
.
д
.);
–
изменение
свойств
и
характеристик
материала
оборудования
и
элемен
-
тов
электрических
сетей
в
процессе
длительной
эксплуатации
.
Вышеуказанные
факторы
приводят
к
повреждению
и
автоматическому
от
-
ключению
ВЛ
и
существенным
экономи
-
ческим
затратам
.
На
диаграмме
рисунка
1
показано
коли
-
чество
технологических
нарушений
(
ава
-
рий
)
на
ВЛ
0,4–10
кВ
распределительных
электрических
сетей
филиала
«
Пенза
-
энерго
»
в
период
с
2019
по
2022
год
.
На
рисунке
2
представлена
количе
-
ственная
диаграмма
технологических
на
-
рушений
,
имевших
место
в
сети
0,4–10
кВ
распределительных
электрических
сетей
филиала
«
Пензаэнерго
»
в
период
с
2019
по
2022
год
.
В
таблице
1
представлены
показатели
надежности
оказываемых
потребителям
услуг
по
передаче
электрической
энергии
в
сети
0,4–10
кВ
филиала
«
Пензаэнерго
»
в
период
с
2019
по
2022
год
.
Анализируя
статистические
данные
,
можно
сделать
вывод
,
что
основная
доля
аварийности
в
электрических
сетях
обусловлена
технологическими
нару
-
Всего
аварий
в
сети
0,4–10
кВ
2500
2000
1500
1000
500
0
2019
1544
1498
1987
2009
1202
1172
1602
1577
231
211
236
308
2020
2021
2022
Аварии
в
сети
0,4
кВ
Аварии
в
сети
6–10
кВ
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Неудовлетворительное
техни
-
ческое
состояние
оборудования
(
изменение
свойств
и
характе
-
ристик
материала
в
процессе
длительной
эксплуатации
)
Воздействие
сторонних
лиц
и
организаций
Воздействие
неблаго
-
приятных
природно
-
климатических
явле
-
ний
(
ветер
,
гололед
,
ледяные
дожди
)
Прочие
воздействия
1628
1845
4048
37
Рис
. 1.
Количество
технологических
нарушений
(
аварий
)
на
ВЛ
0,4–10
кВ
распредели
-
тельных
электрических
сетей
филиала
«
Пензаэнерго
»
в
период
с
2019
по
2022
год
Рис
. 2.
Причины
технологических
нарушений
в
сети
0,4–10
кВ
распределительных
электрических
сетей
филиала
«
Пензаэнерго
»
в
период
с
2019
по
2022
год
Табл
. 1.
Показатели
надежности
оказываемых
потребителям
услуг
по
передаче
электрической
энергии
в
сети
0,4–10
кВ
филиала
«
Пензаэнерго
»
в
период
с
2019
по
2022
год
Наименование
показателя
2019
г
.
2020
г
.
2021
г
.
2022
г
.
Показатель
средней
продолжительности
прекращений
передачи
электрической
энергии
(SAIDI)
0,7738
0,9557
1,2965
1,2513
Из
них
по
причине
воздействия
неблагоприятных
природно
-
климатических
явлений
, %
9,8
43,6
52,6
25,8
Показатель
средней
частоты
прекращений
передачи
электрической
энергии
(SAIFI)
0,5976
0,7032
0,9259
0,9904
Из
них
по
причине
воздействия
неблагоприятных
природно
-
климатических
явлений
, %
8,4
36,5
42,8
20,2
Недоотпуск
электрической
энергии
,
кВт
·
ч
117,4
235,3
218,5
222,3
Из
них
по
причине
воздействия
неблагоприятных
природно
-
климатических
явлений
, %
12,4
61,5
62,7
37,8
Экономический
ущерб
,
тыс
.
руб
.
1924,8
5227,3
3906,4
3472,96
Из
них
по
причине
воздействия
неблагоприятных
природно
-
климатических
явлений
, %
6,6
71,7
47
31,2
28
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3(30),
сентябрь
2023
шениями
на
ВЛ
0,4–10
кВ
,
происходящими
по
причине
не
-
удовлетворительного
технического
состояния
оборудования
(
изменение
свойств
и
характеристик
материала
в
процессе
длительной
эксплуатации
),
воздействия
неблагоприятных
природно
-
климатических
явлений
(
ветер
,
гололед
,
ледяные
дожди
),
интенсивной
хозяйственной
деятельности
сторон
-
них
лиц
и
организаций
.
Вторая
проблема
возникает
по
причине
низкого
уровня
наблюдаемости
сети
и
,
как
следствие
,
увеличения
затрат
времени
на
ликвидацию
последствий
технологических
нару
-
шений
и
восстановление
электроснабжения
потребителей
.
Данная
проблема
обусловлена
следующими
факторами
:
–
занятость
оперативного
персонала
работой
с
потребите
-
лями
(
ответы
на
звонки
-
жалобы
со
стороны
населения
),
что
увеличивает
время
ликвидации
технологического
нарушения
;
–
длительное
время
,
необходимое
на
локализацию
места
повреждения
на
ВЛ
0,4–10
кВ
,
и
,
соответственно
,
уве
-
личение
длительности
перерыва
электроснабжения
потребителей
;
–
сложность
локализации
поврежденного
участка
из
-
за
разветвленной
сети
;
–
в
некоторых
случаях
отсутствие
возможности
резерви
-
рования
;
–
повышение
риска
повреждения
коммутационных
аппаратов
из
-
за
необходимости
выполнения
большого
количества
операций
и
,
как
следствие
,
увеличение
риска
травматизма
.
В
свою
очередь
,
применение
информационно
-
измери
-
тельных
систем
дистанционного
мониторинга
позволяет
бы
-
стрее
определять
и
локализовывать
поврежденные
участки
,
тем
самым
сокращая
время
восстановления
электроснаб
-
жения
потребителей
на
неповрежденных
участках
,
а
также
сокращая
организационные
,
временные
и
материальные
затраты
на
проведение
аварийно
-
восстановительных
работ
.
СТРУКТУРА
И
ФУНКЦИОНАЛ
РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ
ИНФОРМАЦИОННО
-
ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ
СИСТЕМЫ
В
целях
обеспечения
надежности
ВЛ
0,4–10
кВ
распре
-
делительных
электрических
сетей
и
достижения
высоких
технико
-
экономических
показателей
качества
оказывае
-
мых
услуг
предлагается
разработка
информационно
-
из
-
мерительной
системы
контроля
параметров
ВЛ
0,4–10
кВ
в
сложных
метеорологических
условиях
(
ИИС
).
По
резуль
-
татам
проведенного
в
ходе
научных
исследований
анализа
существующих
систем
,
средств
и
методов
контроля
пара
-
метров
ВЛ
в
сложных
метеорологических
условиях
уста
-
новлено
следующее
[2]:
–
применение
ряда
существующих
систем
,
средств
и
мето
-
дов
требует
изменения
конструктивных
элементов
ВЛ
;
–
существующие
методы
контроля
параметров
ВЛ
обладают
значительными
недостатками
(
погрешность
измерения
,
применение
сложных
методов
обработки
информации
и
т
.
д
.);
–
процесс
обработки
контролируемых
параметров
,
а
также
оценка
оперативной
ситуации
в
сети
требует
непосред
-
ственного
участия
оперативного
персонала
.
В
результате
исследований
с
учетом
недостатков
су
-
ществующих
систем
предложен
проект
информационно
-
из
-
мерительной
системы
контроля
параметров
ВЛ
0,4–10
кВ
в
сложных
метеорологических
условиях
.
Одним
из
основных
технических
требований
к
разрабатываемой
ИИС
является
исключение
недостатков
существующих
на
сегодняшний
день
аналогичных
систем
,
а
именно
[2]:
–
ИИС
не
требует
изменения
конструкции
ВЛ
и
линейной
арматуры
;
–
ИИС
осуществляет
контроль
параметров
без
излишних
расчетов
и
не
требует
составления
сложных
математи
-
ческих
моделей
;
–
ИИС
осуществляет
только
контроль
параметров
,
ока
-
зывающих
непосредственное
влияние
на
надежное
и
устойчивое
функционирование
ВЛ
.
Разрабатываемая
ИИС
восприимчива
к
развитию
.
На
данном
этапе
разработки
проекта
планируется
реализация
функциональной
возможности
анализа
фактического
состо
-
яния
контролируемого
объекта
(
провод
ВЛ
)
и
реализации
информационного
сопровождения
оперативного
персонала
(
выдача
готовых
решений
оперативному
персоналу
).
К
разрабатываемой
ИИС
предъявляются
следующие
требования
:
–
устойчивость
к
внешним
природным
условиям
;
–
бесконтактный
способ
питания
(«
паразитное
»
питание
от
электромагнитного
поля
провода
посредством
транс
-
форматора
тока
);
–
диагностика
неисправности
ИИС
;
–
автоматическая
калибровка
измерительных
каналов
в
процессе
функционирования
.
Реализация
ИИС
производится
путем
монтажа
первич
-
ных
измерительных
преобразователей
(
ПИП
)
на
провод
ВЛ
.
В
качестве
ПИП
используется
трехосевой
акселерометр
типа
MPU-6050.
Измерительная
информация
(
положение
провода
в
пространстве
по
осям
X, Y, Z
относительно
гори
-
зонтального
положения
и
значение
температуры
окружаю
-
щего
воздуха
в
°C)
с
ПИП
передается
по
организованному
каналу
связи
на
сервер
диспетчерского
пункта
.
Обработка
информации
осуществляется
с
применением
нейронной
сети
.
В
структуре
ИИС
нейронная
сеть
выступает
в
качестве
системы
поддержки
и
принятия
решений
(
СППР
).
В
свою
очередь
,
СППР
выдает
сигнальные
сообщения
оператив
-
ному
персоналу
о
фактическом
состоянии
контролируемых
объектов
в
сети
.
Ввиду
разветвленной
конфигурации
распределительных
сетей
0,4–10
кВ
установку
ИИС
целесообразно
производить
на
отпайках
ВЛ
,
на
участках
,
питающих
существенно
значи
-
мых
потребителей
(
социально
значимые
объекты
,
потреби
-
Надежность
сетей
и
снижение
потерь
29
тели
1
и
2
категорий
),
а
также
на
участках
,
максимально
подверженных
воздействию
неблагоприятных
природно
-
кли
-
матических
явлений
.
Данные
участки
определяются
непо
-
средственно
сетевой
организацией
с
учетом
местных
условий
и
особенностей
эксплуатации
.
На
данный
момент
в
рамках
реализации
проекта
ведутся
исследования
по
определению
оптимальных
мест
установки
ИИС
.
Ввиду
низкой
стоимости
датчиков
,
применяемых
в
ИИС
,
возможна
установка
устрой
-
ства
через
пролет
проводов
на
ВЛ
.
Это
обусловлено
измене
-
нием
стрел
провеса
провода
в
соседних
пролетах
при
разре
-
гулировке
провода
в
контролируемом
пролете
.
Структурная
схема
информационно
-
измерительной
сис
-
темы
контроля
параметров
ВЛ
0,4–10
кВ
в
сложных
метео
-
рологических
условиях
представлена
на
рисунке
3.
Информация
о
фактическом
состоянии
контролируемого
объекта
выводится
на
экран
оперативного
персонала
по
-
средством
специализированного
программного
комплекса
в
виде
информационных
сообщений
,
которые
уведомляют
о
нормальном
состоянии
сети
,
начальном
этапе
образова
-
ния
дефекта
,
аварийной
ситуации
.
Состояния
контролиру
-
емого
объекта
(
провода
ВЛ
)
можно
классифицировать
по
режимам
,
представленным
на
рисунке
4,
где
1N, 2N, 1P, 2P,
1A, 2A —
подклассификаторы
состояния
контролируемого
объекта
:
–
1N —
нормальные
условия
эксплуатации
,
метеорологи
-
ческая
опасность
отсутствует
;
–
2N —
нормальные
условия
эксплуатации
,
но
на
участке
трассы
ВЛ
прогнозируется
метеорологическая
опас
-
ность
(
увеличение
скорости
ветра
,
изменение
/
перепады
температуры
окружающего
воздуха
;
–
1P —
начальный
этап
разрегулировки
провода
,
метеоро
-
логическая
опасность
отсутствует
;
–
2P —
начальный
этап
разрегулировки
провода
,
прогно
-
зируется
метеорологическая
опасность
;
–
1A —
разрегулировка
провода
,
метеорологическая
опас
-
ность
отсутствует
;
Контролируемый
объект
(
провод
ВЛ
)
Трансформатор
тока
Блок
питания
измерительной
системы
(
устройство
контроля
заряда
,
аккумуляторная
батарея
,
преобразо
-
ватель
напряжения
)
Блок
первичных
измерительных
преобразователей
Блок
передачи
измерительной
информации
Микроконтроллер
Блок
первичных
измерительных
преобразователей
Система
под
-
держки
и
принятия
решений
ПК
оперативного
персонала
1N
2N
1P
2P
1A
2A
Нормальный
режим
Предаварийный
режим
Аварийный
режим
Рис
. 3.
Структурная
схема
информационно
-
измерительной
системы
контроля
параметров
ВЛ
0,4–10
кВ
в
сложных
метео
-
рологических
условиях
Рис
. 4.
Классификация
режимов
состояния
провода
ВЛ
Наименование
режима
Классификация
режима
30
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3(30),
сентябрь
2023
–
2A —
разрегулировка
про
-
вода
,
прогнозируется
мете
-
орологическая
опасность
.
Контроль
эксплуатацион
-
ных
параметров
ВЛ
произво
-
дится
в
три
этапа
:
1)
измерение
контролируе
-
мых
величин
;
2)
передача
и
обработка
ин
-
формации
;
3)
сигнальное
уведомление
о
состоянии
контролируе
-
мого
объекта
.
Основными
перспектива
-
ми
применения
информаци
-
онно
-
измерительной
системы
являются
:
–
модернизация
процесса
эксплуатации
сетей
за
счет
дополнения
системы
планово
-
предупредительных
ремонтов
системами
контроля
эксплуатационных
пара
-
метров
в
режиме
реального
времени
;
–
снижение
риска
травматизма
производственного
персо
-
нала
при
оперативном
обслуживании
;
–
снижение
уровня
аварийности
и
повреждаемости
ВЛ
;
–
сокращение
времени
поиска
места
повреждения
на
ВЛ
;
–
сокращение
времени
проведения
аварийно
-
восстанови
-
тельных
работ
при
ликвидации
аварий
и
ненормальных
режимов
;
–
сокращение
числа
операций
с
коммутационными
аппа
-
ратами
.
РАЗРАБОТКА
СТЕНДА
ДЛЯ
ИСПЫТАНИЙ
ИНФОРМАЦИОННО
-
ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ
СИСТЕМЫ
На
кафедре
«
Информационно
-
измерительная
техника
и
ме
-
трология
»
Пензенского
государственного
университета
ве
-
дется
разработка
информационно
-
измерительной
системы
контроля
параметров
ВЛ
в
сложных
метеорологических
усло
-
виях
.
На
одном
из
этапов
научно
-
исследовательской
работы
был
разработан
стенд
ВЛ
0,4
кВ
(
общий
вид
представлен
на
рисунке
5).
Основной
целью
данного
этапа
лабораторных
исследо
-
ваний
являлось
экспериментальное
исследование
причинно
-
следственных
факторов
состояния
контролируемого
объекта
(
провода
ВЛ
),
а
именно
сбор
измерительной
информации
для
формирования
базы
данных
режимов
состояния
провода
ВЛ
для
нейронной
сети
(
система
поддержки
и
принятия
решений
разрабатываемой
ИИС
).
Структурная
схема
испытательной
ИИС
представлена
на
рисунке
6.
Принцип
работы
испытательной
системы
реализуется
посредством
установки
на
провод
ВЛ
трехосевого
акселеро
-
метра
типа
MPU-6050,
который
контролирует
положение
про
-
вода
в
пространстве
относительно
осей
X, Y, Z
и
температуру
Рис
. 5.
Общий
вид
стенда
ВЛ
0,4
кВ
I
k
1
I
k
2
Объект
исследования
(
провод
ВЛ
)
Акселерометр
типа
MPU-6050
Микроконтроллер
Персональный
компьютер
оператора
Рис
. 6.
Структурная
схема
ИИС
(
I
k
1
—
канал
измерения
положе
-
ния
провода
в
пространстве
относительно
осей
X, Y, Z;
I
k
2
—
канал
измерения
температуры
окружающего
воздуха
в
°C)
окружающего
воздуха
в
°C
в
зоне
прохождения
трасы
ВЛ
.
Из
-
мерительные
данные
поступают
в
микроконтроллер
,
в
после
-
дующем
результаты
измерений
через
USB-
порт
выводятся
на
экран
персонального
компьютера
оператора
.
В
ходе
выпол
-
нения
работы
была
реализована
программа
для
отображения
результатов
работы
ИИС
.
В
дальнейшем
планируется
реали
-
зовать
данную
программу
как
автоматизированное
рабочее
место
(
АРМ
)
оперативного
персонала
.
Общий
вид
рабочего
окна
программы
представлен
на
рисунке
7.
В
рамках
НИР
была
успешно
проведена
проверка
работо
-
способности
испытательной
системы
.
На
рисунке
8
представ
-
лены
результаты
работы
в
аварийном
режиме
(
инсценирован
аварийный
режим
отклонения
/
падения
провода
по
оси
X
от
-
носительно
горизонтального
положения
на
70
градусов
).
Проводилась
проверка
работоспособности
испытатель
-
ной
установки
при
различных
значениях
температуры
окру
-
Надежность
сетей
и
снижение
потерь
31
жающего
воздуха
(
от
–9°C
до
+32°C).
Результаты
проверки
работоспособности
испытатель
-
ной
установки
представлены
на
рисунке
9.
Следующим
этапом
реали
-
зации
проекта
по
разработке
информационно
-
измерительной
системы
контроля
параметров
ВЛ
в
сложных
метеорологиче
-
ских
условиях
является
выбор
и
опробование
средств
переда
-
чи
измерительной
информации
,
а
также
разработка
устройства
отбора
мощности
(
системы
пи
-
тания
ИИС
).
Первичное
опро
-
бование
ИИС
планируется
про
-
вести
на
учебно
-
тренировочном
оборудовании
полигона
Пензен
-
ского
производственного
отде
-
ления
филиала
ПАО
«
Россети
Волга
» -— «
Пензаэнерго
».
ВЫВОДЫ
Успешно
проведенные
иссле
-
дования
подтверждают
воз
-
можность
реализации
задач
по
повышению
уровня
наблюдае
-
мости
состояния
электрических
сетей
и
повышения
надежности
распределительных
электриче
-
ских
сетей
0,4–10
кВ
с
помощью
информационно
-
измеритель
-
ных
систем
.
Применение
данных
систем
позволит
автоматизировать
процесс
оперативно
-
технологического
управления
сетями
и
повысить
уровень
надежности
распределительных
сетей
за
счет
детектирования
дефектов
на
начальном
этапе
.
Также
внедрение
информаци
-
онно
-
измерительных
систем
в
бизнес
-
процессы
компании
является
одним
из
этапов
цифро
-
визации
электросетевого
комплекса
.
Рис
. 7.
Общий
вид
рабочего
окна
программы
Рис
. 8.
Результаты
опробования
работоспособности
испытательной
установки
в
аварийном
режиме
Рис
. 9.
Результаты
проверки
работоспособности
испытательной
установки
при
различных
значениях
температуры
окружающего
воздуха
:
а
)
при
температуре
+32,2°C;
б
)
при
температу
-
ре
+16,4°C;
в
)
при
температуре
–5,1°C;
г
)
при
температуре
–9,3°C
б
)
г
)
а
)
в
)
ЛИТЕРАТУРА
1. Listyukhin V.A., Pecher-
skaya E.A., Safronova O.A.,
Artamonov D.V. Systematiza-
tion and monitoring of quality
parameters of overhead pow-
er transmission lines function-
ing. IOP Conference Series:
Earth and Environmental Sci-
ence, 2022, vol. 990, no. 1,
p. 012058.
2.
Листюхин
В
.
А
.,
Печерская
Е
.
А
.,
Артамонов
Д
.
В
.,
Зинченко
Т
.
О
.,
Анисимова
А
.
А
.
Повышение
надежности
воздушных
ли
-
ний
электропередачи
по
-
средством
внедрения
ин
-
формационно
-
измеритель
-
ных
систем
контроля
их
пара
-
метров
//
Измерение
.
Монито
-
ринг
.
Управление
.
Контроль
,
2022,
№
3.
С
. 62–68.
Рассмотрены проблемы качества оперативно-технологического управления и эксплуатации распределительных сетей. Представлена структура и функционал разрабатываемой информационно-измерительной системы. Произведена классификация режимов состояния провода ВЛ. Показаны результаты лабораторных испытаний контроля положения провода ВЛ. Обозначена актуальность необходимости повышения уровня автоматизации контроля состояния электрических сетей посредством внедрения информационно-измерительных систем.
