Система определения места повреждения воздушных линий электропередачи 6–10 кВ

Page 1

Page 2

воздушные линии

Брагин

первый заместитель

генерального

директора —

главный инженер

АО «Тюменьэнерго»

статье

представлена

система

определения

поврежденного

участка

сети

3–35

кВ

реализованная

АО

Тюменьэнерго

совместно

ООО

Релематика

»,

позволяющая

повысить

показатели

надежности

электроснабжения

Указывается

актуальность

разработки

ее

уникальность

подробно

описывается

назначение

принцип

работы

каждого

из

элементов

системы

приводится

заключение

работе

системы

на

объекте

АО

Тюменьэнерго

».

новь вводимые нормативно-правовые акты

регламентируют единый подход при оцен-

ке надежности электроснабжения потреби-

телей, которая определяется количеством

отключений потребителей (Пsaiﬁ ), средней продол-

жительностью таких отключений (Пsaidi), а также не-

доотпуском электроэнергии (Пens). Эти показатели

надежности применяются для нормирования услуг

электроснабжения в ведущих мировых экономиках

В этой связи задача быстрого определения места

повреждения (ОМП) в распределительной сети (РС)

3–35 кВ становится особенно актуальной.

Воздушные линии электропередачи эксплуати-

руются в сложных условиях и подвергаются воздей-

ствию погодных факторов. Наиболее подвержены

этому распределительные сети 3–35 кВ как самые

массовые воздушные линии электропередачи. При

этом большинство линий проходит по лесистой мест-

ности и труднодоступных районах, и в случае возник-

Приказ

Минэнерго

РФ

от

29.11.2016

№

1256 «

Об

утверждении

методических

ука

заний

по

расчету

уровня

надежности

качества

поставляемых

товаров

оказы

ваемых

услуг

для

организации

по

управлению

единой

национальной

(

общероссий

ской

)

электрической

сетью

территориальных

сетевых

организаций

».

Овсянников

Методика

управления

затратами

на

повышение

надежности

функционирования

межрегиональных

распределительных

электросетевых

компа

ний

Современные

наукоемкие

технологии

Региональное

приложение

, 2012,

№

. 33–37.

Система определения
места повреждения
воздушных линий
электропередачи 6–10 кВ

Опыт применения в АО «Тюменьэнерго»
(предоставляет услуги под брендом
«Россети Тюмень»)

По материалам

V Всероссийской научно-технической конференции

РАЗВИТИЕ

ПОВЫШЕНИЕ

НАДЕЖНОСТИ

ЭКСПЛУАТАЦИИ

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СЕТЕЙ

Page 3

новения повреждений определить место поврежде-

ния очень сложно, а поиск повреждения может быть

достаточно долгим. Оперативное обнаружение ава-

рийных участков в таких случаях является первосте-

пенным.

Задача снижения средней продолжительности

отключений, соответственно, и снижения недоотпу-

ска электроэнергии может быть решена установкой

реклоузеров с последующим выполнением сетево-

го автоматического восстановления электроснаб-

жения и пр. Однако реализация таких мероприятий

требует значительных финансовых затрат. Бюджет-

ным решением повышения показателей надежности

электроснабжения является геоинформационная

система определения места повреждения (ОМП)

воздушных линий 3–35 кВ (реализованная АО «Тю-

меньэнерго» совместно с ООО «Релематика»), разра-

ботанная в рамках научно-иссле до ва тель ской и опыт-

но-конструкторской работы (НИОКР) и введенная

в опытную эксплуатацию с 27.11.2016 г.

Экспериментальный этап работы в основном

выполнялся в лабораториях ООО «Релематика»,

опытная эксплуатация проводилась в филиале АО

«Тюмень энерго» — «Тюменские распределительные

сети».

Местом опытной и промышленной эксплуатации

выбрана подстанция 110/10 кВ «Перевалово» с раз-

ветвленной распределительной сетью 10 кВ, располо-

женная на западе Тюменского муниципального райо-

на на расстоянии более 40 км от места базирования

бригад ОВБ (рисунок 1).

ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ

СИСТЕМА

ОМП

Распределительные сети (РС) 3–35 кВ характеризу-

ются высокой разветвленностью — от одной ЛЭП мо-

жет быть запитано несколько десятков потребителей.

По этой причине от-

сутствуют регулярные

методы односторонне-

го ОМП коротких (КЗ)

и однофазных замы-

каний (ОЗЗ). Для ре-

шения данной задачи

в РС 3–35 кВ стало це-

лесообразным исполь-

зовать разработанную

и испытанную в рамках

НИОКР геоинформа-

ционную систему ОМП

(ГИС ОМП), предна-

значенную для работы

в РС 3–35 кВ с изоли-

рованной или компен-

сированной

нейтра-

лью с односторонним

питанием. Структура

системы приведена на

рисунке 2.

Рис

. 1.

Карта

центров

питания

обслуживаемых

бригадами

ОВБ

Южного

РЭС

Управления

филиала

АО

Тюмень

энерго

» — «

Тюменские

распределительные

сети

Рис

. 2.

Структура

системы

ОМП

№

5 (56) 2019

Page 4

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

ГИС ОМП ПС 110/10 кВ «Перевалово» состоит

из следующих элементов (рисунок 3):

1) индикаторы повреждения ВЛ (ИПВЛ-02) с ра-

диоканалом, предназначенные для выявления

ОЗЗ и КЗ в воздушной линии электропереда-

чи — 234 шт.;

2) трансмиттеры (приемопередатчики — устрой-

ства сбора информации с ИПВЛ и ее дальней-

шей передачи на верхний уровень) — 47 шт.,

питание трансмиттеров осуществляется от

аккумуляторной батареи, подзарядка которой

происходит от солнечной панели;

3) устройства шунтирования замыкания (УШЗ) —

2 шт.;

4) программное обеспечение топографического

ОМП — геоинформационная система опреде-

ления места повреждения ЛЭП 3–35 кВ по по-

казаниям датчиков — 1 шт., предназна-

ченная для удаленного мониторинга

состояния ВЛ посредством получения

информации от трансмиттеров, уста-

новленных на опорах ЛЭП по GSM-

каналу с целью повышения опера-

тивности определения видов и места

повреждения ЛЭП и маршрутов ре-

монтных бригад.

Уникальность системы заключается

в способе детектирования ОЗЗ, который ос-

нован на кратковременном увеличении тока

в поврежденной при ОЗЗ фазе, достаточном

для срабатывания ИПВЛ и не достаточном

для срабатываний токовых защит присо-

единений. В результате, отсутствует необ-

Рис

. 3.

Элементы

системы

ОМП

Индикатор повреждения ВЛ

Питание осуществляется

от внутренней батареи

со сроком службы до 8 лет

Геоинформационная

система определения

места повреждения (ГИС ОМП)

Устройство шунтирования

замыкания (УШЗ)

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

Радиоканал 2,4 ГГц

ходимость расчета параметров срабатывания ИПВЛ,

в том числе и при изменении конфигурации сети.

ИПВЛ устанавливаются непосредственно на про-

вода воздушной линии электропередачи (рисунок 4)

на развилках ЛЭП, через определенное расстояние

на протяженных участках сети, исходя из требуе-

мой точности, до и после труднодоступных участков

(леса, болота, реки, горы), а также на границе ба-

лансовой принадлежности. ИПВЛ могут устанавли-

ваться 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

индикаторов не требует наличия специальных навы-

ков у эксплуатирующего персонала, большим пре-

имуществом является возможность монтажа ИПВЛ

без снятия напряжения с ЛЭП.

Рис

. 4.

ИПВЛ

трансмиттеры

установленные

на

объек

те

зоне

эксплуатационной

ответственности

филиала

АО

Тюмень

энерго

» — «

Тюменские

распределительные

сети

Page 5

ИПВЛ содержит датчики тока и напряжения и сра-

батывает при протекании через него аварийного тока

(рисунок 2). При срабатывании ИПВЛ активирует

светодиодную индикацию и передает информацию

в трансмиттер. По своему принципу действия ИПВЛ

отстроен от ложных срабатываний при внешних КЗ,

при набросах токов нагрузки, бросках тока намагни-

чивания. ИПВЛ различает КЗ и однофазное замыка-

ние на землю. Алгоритм детектирования междуфаз-

ных 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, характеризующим отключе-

ние контролируемого участка. По спаду тока до нуля

отслеживается работа выключателя присоедине-

ния (коммутационного аппарата). В свою очередь,

при внешнем коротком замыкании происходит от-

ключение поврежденного участка смежным выклю-

чателем, при этом на контролируемом 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 самовоз-

врат по времени или по восста-

новлению линии. Контроль на-

пряжения позволяет отстроиться

от срабатываний при броске тока

намагничивания.

ОЗЗ детектируются за счет

кратковременного увеличения то-

ка (от 20 до 50 А) в поврежденной

фазе, которое создается с помо-

щью УШЗ.

УШЗ устанавливается на каж-

дую секцию питающей подстанции

(рисунки 2, 3, 5) для создания ре-

жима, необходимого для надежно-

го срабатывания ИПВЛ при ОЗЗ.

Рис

. 5.

Шкаф

УШЗ

на

ПС

110/10

кВ

Перевалово

»:

1 —

трансформатор

тока

(

используется

для

контро

ля

набрасываемого

тока

); 2 —

вакуумные

контакторы

КВО

-10-4-400

По факту возникновения ОЗЗ (появление напряже-

ния 3U0) УШЗ при помощи избирателя поврежден-

ной 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 по-

врежденной при ОЗЗ фазе.

Трансмиттеры — устройства сбора и передачи

информации монтируются на опору рядом с ИПВЛ

(рисунок 4). Их питание осуществляется от встро-

енного портативного аккумулятора, подзарядка ко-

торого происходит от солнечной батареи. При сра-

батывании ИПВЛ активирует модуль светодиодной

индикации и передает сигнал в трансмиттер по ради-

оканалу на частоте 2,4 ГГц о факте своего срабаты-

вания и виде повреждения. Радиус действия канала

передачи данных «ИПВЛ-трансмиттер» составляет

25–30 м. Разрешение на использование частоты

2,4 ГГц не требуется. Трансмиттер осуществляет

ретрансляцию полученной от ИПВЛ информации

по GSM-каналу на верхний уровень системы (РЭС)

в программу топографического ОМП (ГИС ОМП),

установленную на сервере (рисунок 6).

Рис

. 6.

Программный

продукт

топографического

ОМП

№

5 (56) 2019

Page 6

ГИС ОМП обрабатывает поступающую информа-

цию от трансмиттеров, определяет поврежденный

участок сети, вид и время возникновения повреж-

дения, осуществляет оповещение дежурного (ре-

монтного) персонала посредством SМS-сообщений

и электронных писем. Для удобства пользователя

результаты ОМП выводятся на интерактивную карту,

где диспетчер фиксирует

поврежденный участок на

карте местности. Интерак-

тивная карта отображает

топологию сетевого района:

структуру ЛЭП (трассы про-

хождения, опоры, пункты

секционирования и пр.), ме-

ста установки ИПВЛ, транс-

миттеров и УШЗ. Трассы

прохождения ЛЭП стро-

ятся на этапе наладки —

при монтаже фиксируются

географические координа-

ты мест установки ИПВЛ

и трансмиттеров.

Монтаж элементов ав-

томатизированной систе-

мы ОМП 3–35 кВ осу-

ществлен на следующих

объектах:

• на отходящих ВЛ 10 кВ

от ПС 110/10 кВ «Пере-

валово»:

Космаково,

Зырянка, Горьковка, Ко-

лос, Сосновый, Кармак,

Успенка, Перевалово,

Подъем-1, Подъем-2;

• на отходящих ВЛ 10 кВ

от РП 10 кВ «Успенка»:

ПТУ, Чаплык, Ушаково;

• на отходящих ВЛ 10 кВ

от РП 10 кВ «Подъем»:

фидер № 11, фидер № 13, фидер № 14, фидер

№ 15, фидер № 18.

В эксплуатации задействованы 18 линий элек-

тропередачи 10 кВ с общей протяженностью более

140 км (рисунок 7).

Основные технические характеристики системы

ОМП представлены в таблице 1.

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Табл. 1. Основные технические характеристики системы ОМП

Описание

Параметр

Эксплуатация

Диапазон рабочих температур

–40°С…+80°С

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

GSM-модем

E-GSM

АКБ, ресурс без подзарядки

3,7 В / 5,5 А·ч, полтора года

Рис

. 7.

Места

установки

индикаторов

повреждения

на

разветвленной

сети

кВ

от

ПС

110/10

кВ

Перевалово

Page 7

ОПЫТ

ПРИМЕНЕНИЯ

ГИС

ОМП

В ГИС ОМП заложен алгоритм, обеспечивающий

правильную работу системы при изменении топо-

логии распределительной сети (ремонтные режимы,

изменение состояния реклоузеров и пр.).

За время эксплуатации в филиале АО «Тюмень-

энерго» — «Тюменские распределительные сети»

геоинформационной системы определения мест

воздушных линий 3–35 кВ по показаниям датчи-

ков ГИС ОМП отказов и ложной работы не зафик-

сировано.

Оборудование показало высокую надежность.

При возникновении нештатных ситуаций поврежден-

ный участок определялся верно. За время эксплу-

атации зафиксировано 177 повреждений. Среднее

время информирования персонала о повреждении

составило порядка 5–10 минут.

Эксплуатирующий и диспетчерский персонал от-

мечает простоту применения, удобный и понятный

интерфейс программно-технического комплекса

ГИС ОМП, высокую функциональность системы,

отсутствие необходимости расчета параметров

срабатывания ИПВЛ, возможность монтажа ИПВЛ

и трансмиттеров без проведения оперативных ме-

роприятий по выводу ВЛ из работы, а также воз-

можность отображения поврежденного участка на

карте с привязкой к карте мест ности.

Также отмечена простота настройки программно-

технического комплекса ГИС ОМП:

• графическое представление линии электропере-

дачи осуществляется с помощью GPS/Глонасс-

координат;

• привязка устройств к геоподложке осуществляет-

ся по МАС-адресам;

• для осуществления информирования персонала

энергообъекта необходимо создать базу данных

сотрудников с указанием номеров телефонов или

электронных почтовых адресов.

Опытно-промышленная эксплуатация ГИС ОМП

продолжена до 30 ноября 2019 года.

Система показала себя с лучшей стороны при

урагане 16–19 июня 2017 г. в Тюменской области.

Грозовой фронт с ливнем и шквалистым ветром до

23 метров в секунду, обрушившийся на юг области,

стал причиной множественных аварийных отклю-

чений ЛЭП. За два дня выпала месячная норма

осадков. Всего без электричества оставалось около

15 000 человек. В этот период системой ОМП было

зафиксировано 16 повреждений. Во всех случаях

сис тема срабатывала оперативно и корректно. Ни

один из элементов системы поврежден не был.

Основные достоинства системы ОМП:

• 100%-ная надежность и селективность определе-

ния ОЗЗ (уникальный алгоритм детектирования

ОЗЗ);

• возможность интегрирования ГИС ОМП в любую

SCADA энергообъекта по протоколу МЭК 60870-5-

104;

• оперативное оповещение персонала посред-

ством SMS и E-mail рассылки;

• масштабируемость: возможно развертывание сис-

те мы как на отдельном персональном компьютере

(ПК) или ноутбуке, так и в клиент-серверном вари-

анте с произвольным количеством автоматических

рабочих мест (АРМ) диспетчера и инженера;

• ГИС ОМП работает в постоянном режиме, после

потери питания ГИС ОМП восстанавливается ав-

томатически при возобновлении питания;

• возможность поэтапного внедрения;

• отсутствие необходимости расчета параметров

срабатывания ИПВЛ, в том числе при измене-

нии конфигурации сети;

• простота внедрения и эксплуатации.

На прав

ах рек

ламы

+7 (8352) 24-06-50 | [email protected] | www.relematika.ru

Индикатор повреждения

воздушной линии (ИПВЛ)

•

Позволяет оперативно обнаружить повреж денный

участок сети и в максимально ко рот кие сроки восстановить

электроснабжение

•

Корпус ударопрочный, водонепроницаемый, устойчив к воз-

действию солнечной радиации и галопированию проводов

•

Возможность монтажа на ЛЭП под напряжением

•

Питание устройства от батареи с дли тельным

сроком службы (до 8 лет) и от тока линии

•

Уникальный алгоритм определения ОЗЗ, обеспе чивающий

100%-ную надежность и селективность

•

Широкий температурный диапазон эксплуатации

(от –45°С до +80°С)

•

Возможность графического представления ВЛ на карте

местности с привязкой к GPS/Глонасс-координатам

•

Интеграция в SCADA энергообъекта по протоколу МЭК-60870-5-104

•

Возможность информирования оперативного и эксплуатационного персонала

посредством SMS или E-mail

•

Постоянная модернизация решения, усовершенствование работы в сложных сетях

воз

з-

ов

ий

60870-5-10

-10

ационного пер

сон

ала

№

5 (56) 2019

Page 8

Эффект от внедрения:

• снижение операционных расходов, направлен-

ных на поиск мест повреждений (уменьшение

маршрута ОВБ для поиска повреждений) и сни-

жение диспетчерской нагрузки;

• уменьшение времени локализации поврежден-

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

с ранее затраченным;

• снижение величины недоотпуска электроэнергии,

обусловленное уменьшением времени, требуе-

мом для восстановления электроснабжения по-

сле возникновения аварийной ситуации;

• уменьшение времени воздействия повышенно-

го напряжения на электросетевое оборудова-

ние 3–35 кВ при ОЗЗ и, как следствие, сокраще-

ние его износа;

• обеспечение реализации концепции цифровой

трансформации;

• оперативное информирование потребителей

электроэнергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанная система ГИС ОМП позволяет опе-

ративно обнаружить поврежденный участок сети,

в максимально короткие сроки вывести его из ра-

боты и восстановить электроснабжение неповреж-

денной части сети. При этом значительно умень-

шается недоотпуск электроэнергии, сохраняется

ресурс первичного оборудования (выключатели,

трансформаторы и пр.), сокращается вероятность

гибели людей и животных при поиске места ОЗЗ.

В 2018 году разработка «Геоинформационная

система ОМП ВЛЭП 3–35 кВ» стала лауреатом

первой премии Международного конкурса науч-

ных, научно-технических и инновационных разра-

боток, направленных на развитие топливно-энер-

гетической и добывающей отраслей.

В настоящее время ведется работа по подготовке

документов для представления в Роспатент РФ.

Положительный опыт АО «Тюменьэнерго» по-

влиял на решение по реализации типового тех-

нического автоматизированного комплекса опре-

деления поврежденного участка ЛЭП другими

дочерними зависимыми обществами ПАО «Россе-

ти» (филиал ПАО «МРСК Центра и Приволжья» —

«Нижновэнерго», филиал ПАО «МРСК Северо-

Запада» — «Комиэнерго», филиал ПАО «МРСК

Северо-Запада» — «Колэнерго» и др.).

Компанией «Релематика» проведены работы по

значительному снижению стоимости УШЗ с целью

экономической привлекательности внедрения дан-

ной системы на энергообъектах заказчиков.

СРАВНЕНИЕ

СИСТЕМ

ОМП

ПРЕДСТАВЛЕННЫХ

НА

РОССИЙСКОМ

РЫНКЕ

Производитель

Модель

iHost

NetTroll

4.1 TCP

ГИС

ОМП

Элькон

КОМОРСАН

Отображение

сработавших

приборов на карте



Отображение

направления

поиска на аварию



Отправка

SMS-сообщений

при покупке

NetAlert



Редактирование

карт (располо-

жение ВЛ, ТП,

пользователей)

при покупке

NetDraw



Уведомление

по e-mail



Отображение

осциллограмм

и векторных

диаграмм



100%-ная

надежность

и селективность

определения ОЗЗ



ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Оригинал статьи: Система определения места повреждения воздушных линий электропередачи 6–10 кВ

Читать онлайн

По материалам V Всероссийской научно-технической конференции «РАЗВИТИЕ И ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ». В статье представлена система определения поврежденного участка сети 3–35 кВ, реализованная АО «Тюменьэнерго» совместно с ООО «Релематика», позволяющая повысить показатели надежности электроснабжения. Указывается актуальность разработки, ее уникальность, подробно описывается назначение и принцип работы каждого из элементов системы, приводится заключение о работе системы на объекте АО «Тюменьэнерго».