32
СЕТИ РОССИИ
Б
лагодаря
проведённым
программам
по
мо
-
дернизации
электроэнергетики
РФ
,
ограни
-
чители
перенапряжений
(
ОПН
)
получили
широкое
распространение
в
схемах
защиты
от
перенапряжений
оборудования
подстанций
и
вы
-
соковольтных
линий
(
ВЛ
).
ОПН
играют
важную
роль
в
защите
гораздо
более
дорогостоящего
оборудова
-
ния
и
обеспечении
бесперебойного
электроснабже
-
ния
потребителей
.
Выход
из
строя
ОПН
,
не
обнаруженный
до
про
-
хождения
импульса
перенапряжения
,
маловероя
-
тен
,
но
возможен
,
и
может
привести
к
авариям
и
зна
-
чительным
экономическим
потерям
.
Для
того
чтобы
этого
не
случилось
,
проводится
диагностика
состоя
-
ния
ОПН
,
которая
в
основном
необходима
и
техни
-
ко
-
экономически
оправдана
для
ограничителей
на
классы
напряжения
от
35
кВ
и
выше
,
поскольку
:
•
стоимость
самого
ограничителя
и
защищаемого
им
оборудования
(
от
35
кВ
и
более
)
значительно
выше
стоимости
оборудования
,
чем
на
классы
напряжения
0,22—6, 10
кВ
;
•
характеристики
ОПН
на
классы
напряжения
от
110
кВ
с
глухо
-
или
эффективно
заземлённой
нейтралью
рассчитываются
на
длительно
прило
-
женное
рабочее
фазное
напряжение
сети
.
ОПН
на
классы
напряжения
до
35
кВ
,
работающие
в
сетях
с
изолированной
нейтралью
,
рассчиты
-
ваются
на
длительно
приложенное
рабочее
линейное
напряжение
.
При
этом
ограничители
работают
под
линейным
напряжением
только
при
однофазых
или
двухфазных
КЗ
,
то
есть
ограни
-
ченное
время
,
и
ресурс
варисторов
исчерпывает
-
ся
меньше
,
чем
в
ОПН
на
классы
напряжения
от
35
кВ
и
выше
.
О
способах
контроля
ОПН
в
эксплуатации
ска
-
зано
достаточно
много
,
и
практически
все
фирмы
,
выпускающие
ограничители
перенапряжений
,
раз
-
рабатывают
или
свои
приспособления
для
диагно
-
Приборы контроля состояния
Приборы контроля состояния
ограничителей перенапряжения
от ЗАО «Полимер-Аппарат»
Реализованные решения и перспективы развития
Алексей ПАНОВ, заместитель генерального директора,
Александр ВОЛОВИЧ, заместитель главного конструктора,
ЗАО «Полимер-Аппарат»
33
№
6 (33) 2015
стики
,
или
применяют
готовые
.
При
этом
все
приспособления
требуют
наличия
в
кон
-
струкции
ОПН
изолированного
основания
или
изолированного
от
нижнего
фланца
вы
-
вода
с
колонки
варисторов
.
Это
,
естествен
-
но
,
усложняет
и
удорожает
конструкцию
,
поэтому
является
ещё
одним
резоном
для
систематического
контроля
ОПН
в
процессе
эксплуатации
только
на
классы
напряжения
от
35
кВ
.
Поскольку
непосредственное
измере
-
ние
текущих
параметров
ОПН
,
находяще
-
гося
под
высоким
рабочим
напряжением
,
затруднено
,
то
чаще
всего
контролируются
параметры
,
косвенно
характеризующие
со
-
стояние
ОПН
.
Обычно
контролируется
ко
-
личество
разрядных
импульсов
,
прошедших
через
ОПН
,
и
ток
утечки
через
ОПН
,
находя
-
щийся
под
рабочим
напряжением
.
На
осно
-
вании
анализа
нескольких
косвенных
пара
-
метров
,
их
динамики
принимается
решение
о
дальнейшей
эксплуатации
ОПН
или
его
замене
.
При
этом
качество
анализа
и
правиль
-
ность
решения
о
замене
ОПН
во
многом
за
-
висят
от
полноты
данных
,
которые
персонал
получает
от
средств
контроля
состояния
ОПН
.
Значение
полного
тока
утечки
ОПН
мало
информативно
,
так
как
оно
содержит
как
активную
составляющую
,
свидетель
-
ствующую
о
состоянии
ОПН
,
так
и
паразит
-
ную
ёмкостную
составляющую
.
При
этом
паразитная
ёмкостная
составляющая
много
-
кратно
превосходит
активную
и
зависит
от
внешних
факторов
(
погоды
,
загрязнённости
ограничителя
и
т
.
д
.).
Это
приводит
к
тому
,
что
изменение
активной
составляющей
тока
утечки
теряется
на
фоне
колебаний
полного
тока
утечки
,
происходящего
из
-
за
изменения
внешних
условий
.
Выделить
активную
составляющую
тока
утечки
каждого
ОПН
одиночным
устройством
,
установленным
в
шину
заземления
ОПН
,
не
представляется
возможным
.
Поэтому
приме
-
няются
приборы
,
проводящие
гармонический
анализ
тока
утечки
и
вычисляющие
значение
3-
й
(150
Гц
)
и
5-
й
(250
Гц
)
гармоник
,
которые
в
большей
степени
характеризуют
состоя
-
ние
нелинейных
резисторов
ОПН
(
варисто
-
ров
),
чем
полный
ток
утечки
.
При
этом
на
значение
3-
й
гармоники
тока
утечки
влияет
3-
я
гармоника
,
присутствующая
в
сетевом
на
-
пряжении
.
Изменение
сетевого
напряжения
и
степени
присутствия
3-
й
гармоники
в
нём
приводят
и
к
изменению
значения
3-
й
гар
-
моники
тока
утечки
ОПН
. 5-
я
же
гармоника
в
сетевом
напряжении
практически
отсутству
-
ет
.
Таким
образом
,
значение
5-
й
гармоники
меньше
остальных
показателей
зависит
от
внешних
факторов
,
и
её
изменение
в
боль
-
шей
степени
свидетельствует
о
состоянии
ОПН
.
ЗАО
«
Полимер
-
Аппарат
»
для
замены
устаревших
прибо
-
ров
контроля
тока
утечки
предлагает
более
удобный
много
-
функциональный
цифровой
прибор
контроля
ОПН
ИТУС
-1
на
современной
элементной
базе
(
рис
. 1).
Прибор
контроля
ИТУС
-1
имеет
следующие
преимуще
-
ства
перед
другими
аналогичными
средствами
измерения
:
•
встроенный
счётчик
разрядных
импульсов
,
разделяю
-
щий
импульсы
средней
и
высокой
мощности
;
•
измерение
действующего
значения
5-
й
гармоники
тока
утечки
;
•
для
снятия
показаний
достаточно
нажать
кнопку
на
лице
-
вой
панели
;
•
в
процессе
снятия
показаний
отсутствует
контакт
персо
-
нала
с
токоведущими
частями
,
которые
могут
оказаться
под
высоким
напряжением
при
прохождении
разрядного
импульса
.
При
эксплуатации
ОПН
большое
значение
имеют
не
толь
-
ко
цифры
,
полученные
с
приборов
контроля
состояния
,
но
и
динамика
их
изменения
.
Повреждение
оболочки
ОПН
и
раз
-
герметизация
не
влияют
на
высокие
гармоники
тока
утечки
,
но
отражаются
на
полном
токе
.
При
этом
,
анализируя
дан
-
ные
,
полученные
одновременно
с
нескольких
ОПН
,
нахо
-
дящихся
в
одинаковых
внешних
условиях
,
можно
выделить
ОПН
,
отличающийся
по
своим
параметрам
от
ряда
аналогич
-
ных
ОПН
.
Проследив
за
динамикой
показаний
,
полученных
с
этого
ОПН
,
можно
сделать
выводы
о
возможном
снижении
его
ресурса
,
а
также
его
работоспособности
и
надёжности
.
В
2011
году
ЗАО
«
Полимер
-
Аппарат
»
перед
грозовым
сезоном
передало
в
опытную
эксплуатацию
приборы
кон
-
троля
состояния
ОПН
ИТУС
-1
в
шесть
энергосистем
Рос
-
сии
.
В
течение
года
данные
приборы
показали
высокую
на
-
дёжность
,
достоверность
информации
,
простоту
и
удобство
в
эксплуатации
.
С
2012
года
на
энергетических
объектах
ПАО
«
Россети
»
уже
находятся
в
эксплуатации
более
тыся
-
чи
приборов
мониторинга
состояния
ОПН
ИТУС
-1 (
рис
. 2).
Снятие
показаний
с
традиционных
датчиков
ДТУ
-
УКТ
и
ИТУС
-1
требует
значительных
временных
затрат
.
Обслужи
-
вающий
персонал
должен
обойти
все
установленные
ОПН
,
снять
показания
с
датчиков
и
подготовить
отчётность
для
обработки
.
По
этой
причине
данные
с
датчиков
чаще
всего
Рис
. 1.
Прибор
контроля
состояния
параметров
ОПН
ИТУС
-1
34
СЕТИ РОССИИ
снимаются
один
раз
в
год
—
перед
грозовым
сезо
-
ном
,
как
того
требует
нормативная
документация
.
Анализ
динамики
изменения
показателей
в
таких
ус
-
ловиях
проводить
сложно
—
слишком
мало
данных
.
Да
и
процессы
,
которые
могут
привести
к
выходу
из
строя
ОПН
—
происходят
значительно
быстрее
,
и
по
данным
,
получаемым
один
раз
в
год
,
их
обнаруже
-
ние
маловероятно
.
Для
решения
проблемы
непрерывного
отслежи
-
вания
параметров
ОПН
ЗАО
«
Полимер
-
Аппарат
»
разработало
прибор
мониторинга
состояния
ОПН
с
беспроводной
передачей
данных
ИТУС
-2 (
рис
. 3).
ИТУС
-2
позволяет
контролировать
полный
ток
утечки
,
его
1-
ю
, 3-
ю
и
5-
ю
гармоники
,
температуру
окружающей
среды
,
регистрировать
случаи
сраба
-
тывания
ОПН
,
записывая
дату
и
время
прохождения
разрядного
импульса
.
Эти
данные
автоматически
,
один
раз
в
сутки
,
передаются
на
пульт
сбора
данных
ИТУС
-
ПСД
-1
по
радиоканалу
.
Пульт
сбора
данных
эти
значения
сохраняет
и
по
запросу
передаёт
либо
в
персональный
компьютер
через
порт
USB,
либо
в
АСУ
ТП
подстанции
по
протоколу
МЭК
61850.
SCADA-
система
АСУ
ТП
подстанции
,
приняв
дан
-
ные
от
пульта
сбора
данных
,
может
передать
их
на
рабочее
место
оператора
ОПУ
и
ответственному
за
состояние
изоляции
в
эксплуатирующей
организа
-
ции
.
Благодаря
этому
служба
изоляции
будет
регу
-
лярно
получать
актуальные
данные
о
состоянии
экс
-
плуатируемых
ОПН
.
Таким
образом
,
при
помощи
датчиков
ИТУС
-2
и
пультов
ИТУС
-
ПСД
-1,
размещённых
на
объектах
,
служба
изоляции
энергосистемы
получает
актуаль
-
ный
массив
данных
,
позволяющий
оперативно
про
-
водить
сравнительный
анализ
параметров
ОПН
в
динамике
по
всей
энергосистеме
.
Благодаря
этому
достоверность
и
оперативность
выявления
ОПН
,
требующих
замены
,
может
значительно
повыситься
,
что
приведёт
к
повышению
надёжности
энергосисте
-
мы
в
целом
.
Кроме
того
,
использование
беспроводной
систе
-
мы
мониторинга
состояния
ОПН
часто
бывает
не
-
обходимо
,
в
случае
если
ограничители
перенапря
-
жений
устанавливаются
на
опорах
высоковольтных
линий
(
ВЛ
)
на
территориях
крупных
городов
—
при
осуществлении
схем
«
отпаек
»,
кабельных
«
вставок
»,
переходов
ВЛ
через
водные
преграды
,
железнодо
-
рожные
линии
,
крупные
автомагистрали
и
т
.
д
.
В
этих
случаях
ограничители
перенапряжений
необходимо
устанавливать
на
приличной
высоте
,
и
традиционные
датчики
тока
утечки
здесь
применять
проблематич
-
но
,
ввиду
возможного
появления
посторонних
людей
около
основания
опоры
ВЛ
,
которая
проходит
непо
-
средственно
по
территории
города
(
рис
. 4).
Рис
. 3.
Система
мониторинга
состояния
ОПН
со
сбором
данных
по
радиоканалу
Рис
. 4.
Новая
опора
с
ОПН
110
кВ
в
г
.
Челябинске
с
приборами
контроля
ИТУС
-2
от
ЗАО
«
Полимер
-
Аппарат
»
на
кабельных
вводах
Рис
. 2.
Более
тысячи
приборов
ИТУС
-1
находятся
в
эксплуатации
35
№
6 (33) 2015
Кроме
применения
на
электрических
подстанци
-
ях
,
ОПН
всё
шире
используются
для
защиты
ЛЭП
.
Для
мониторинга
состояния
таких
ОПН
описанные
выше
приборы
использовать
не
получится
—
уда
-
лённость
ОПН
от
земли
и
близость
к
ВЛ
не
позволя
-
ют
использовать
ИТУС
-1,
а
протяжённость
ЛЭП
не
позволяет
использовать
ИТУС
-2.
Для
линейных
ОПН
на
основе
прибора
ИТУС
-2
разрабатывается
распределённая
система
сбора
данных
,
которая
позволит
контролировать
параме
-
тры
линейных
ОПН
так
же
,
как
и
ОПН
подстанций
,
не
совершая
их
обход
.
Система
состоит
из
беспроводных
датчиков
ИТУС
-2
с
автономным
питанием
,
устанавливаемых
на
каждый
ОПН
,
и
пультов
сбора
данных
ИТУС
-
ПСД
-3,
принимающих
данные
с
датчиков
по
кана
-
лу
беспроводной
связи
частотой
2,4
ГГц
.
Данные
записываются
во
встроенную
энергонезависимую
флэш
-
память
пульта
ИТУС
-
ПСД
-3
и
передаются
в
эксплуатирующую
организацию
через
сеть
GSM.
Для
местности
,
где
сеть
GSM
недоступна
,
возмо
-
жен
автоматический
сбор
данных
с
пультов
при
помощи
БПЛА
или
любого
другого
транспортного
средства
.
Пульт
сбора
данных
ИТУС
-
ПСД
-3
устанавлива
-
ется
на
одну
из
опор
ЛЭП
на
высоте
6—7
м
,
имеет
автономное
питание
и
доступен
для
обслуживания
без
выведения
ЛЭП
.
Для
сокращения
эксплуатационных
затрат
на
си
-
стему
предлагается
кустовая
схема
распределения
датчиков
ИТУС
-2
и
пультов
сбора
данных
ИТУС
-
ПСД
-3,
которая
представлена
на
рис
. 5.
Датчики
ИТУС
-2
одновременно
,
по
расписанию
,
активируются
,
проводят
измерение
токов
утечки
ОПН
и
устанавливают
связь
с
соседними
датчиками
и
пультом
сбора
данных
ИТУС
-
ПСД
-3,
образуя
сеть
передачи
данных
.
После
того
как
связь
установле
-
на
,
данные
об
измерениях
и
значения
счётчиков
импульсов
со
всех
датчиков
ИТУС
-2
передаются
на
пульт
сбора
данных
ИТУС
-
ПСД
-3.
Периодичность
снятия
данных
с
датчиков
ИТУС
-2
может
быть
уста
-
новлена
от
одного
раза
в
сутки
до
одного
раза
в
неделю
.
Пульт
сбора
данных
передаёт
принятые
от
ИТУС
-2
результаты
измерений
по
сети
GSM
на
сер
-
вер
с
GSM-
модемом
,
установленный
в
эксплуатиру
-
ющей
организации
.
Сервер
предоставляет
данные
для
анализа
ответственным
за
состояние
изоляции
ВЛ
лицам
через
web-
интерфейс
,
доступ
к
которому
можно
получить
при
помощи
любого
Интернет
-
бра
-
узера
.
Данные
от
датчиков
ИТУС
-2
автоматически
заносятся
в
архив
,
который
может
храниться
на
сервере
неограниченное
время
.
За
одним
пуль
-
том
сбора
данных
может
быть
закреплено
от
3
до
120
датчиков
.
Такая
схема
позволит
получить
минимальные
эксплуатационные
затраты
при
высокой
надёжно
-
сти
системы
.
Для
работы
системы
нужна
одна
SIM-
карта
на
каждый
пульт
ИТУС
-
ПСД
-3
и
ещё
одна
SIM-
карта
—
в
GSM-
модеме
сервера
.
Самокон
-
фигурирующаяся
сеть
позволяет
исключать
из
це
-
почки
передачи
датчики
,
вышедшие
из
строя
.
Если
на
одной
опоре
более
одного
датчика
ИТУС
-2,
то
передача
данных
об
измерении
от
более
удалён
-
ных
от
пульта
датчиков
будет
происходить
через
любой
из
них
.
Таким
образом
,
надёжность
системы
передачи
данных
тем
выше
,
чем
больше
датчиков
установлено
на
одной
опоре
.
Использование
предлагаемой
системы
монито
-
ринга
состояния
ОПН
позволит
эксплуатирующей
организации
обоснованно
оценивать
надёжность
защиты
линии
от
перенапряжений
,
что
снизит
за
-
траты
на
ликвидацию
последствий
аварий
,
вызван
-
ных
перенапряжением
,
и
повысит
качество
электро
-
снабжения
потребителей
.
Практически
все
используемые
в
настоящее
вре
-
мя
приборы
для
оценки
состояния
ОПН
используют
параметры
,
косвенно
характеризующие
состояние
ОПН
(
полный
ток
утечки
и
его
гармоники
).
Однако
лучше
всего
о
состоянии
ОПН
говорят
его
активное
сопротивление
и
температура
варисторов
под
ра
-
бочим
напряжением
.
В
настоящее
время
ЗАО
«
Полимер
-
Аппарат
»
разрабатывает
систему
мониторинга
состояния
ОПН
,
позволяющую
измерить
активную
составляю
-
щую
тока
утечки
и
рассчитать
активное
сопротивле
-
ние
и
температуру
ОПН
,
установленных
на
подстан
-
ции
.
Такая
система
будет
способна
автоматически
в
режиме
online
отслеживать
состояние
ОПН
и
опера
-
тивно
передавать
в
АСУ
ТП
энергообъекта
сведения
о
потенциально
опасных
и
аварийных
процессах
,
происходящих
с
ОПН
.
Использование
этой
системы
мониторинга
выведет
систему
защиты
от
перенапря
-
жений
на
новый
уровень
надёжности
.
Рис
. 5.
Система
мониторинга
состояния
ОПН
на
ЛЭП
Оригинал статьи: Приборы контроля состояния ограничителей перенапряжения от ЗАО «Полимер-Аппарат». Реализованные решения и перспективы развития
Благодаря проведённым программам по модернизации электроэнергетики РФ, ограничители перенапряжений (ОПН) получили широкое распространение в схемах защиты от перенапряжений оборудования подстанций и высоковольтных линий (ВЛ). ОПН играют важную роль в защите гораздо более дорогостоящего оборудования и обеспечении бесперебойного электроснабжения потребителей.
