Молниезащита без грозотросов и применение БПЛА для диагностики и ремонта ВЛ. Обзор заседания секции НТС ПАО «Россети»

6 апреля 2022 года состоялось заседание секции № 1 «Технологии и оборудование линий электропередачи» Научно-технического совета ПАО «Россети». Повестку заседания составили два вопроса. Первый был посвящен грозопоражаемости воздушных линий, расположенных в горных районах Большого Кавказского хребта. Второй — автоматическому обслуживанию и ремонту электрических сетей с применением роботизированного комплекса «Канатоход». Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» следил за работой секции. Ключевые моменты заседания — в нашем обзоре.

Работу секции открыл приветственным словом член НТС заместитель начальника департамента управления производственными активами — начальник управления эксплуатации ВЛ ПАО «Россети» Игорь Калиновский. Он кратко обозначил повестку заседания и регламент, а также представил докладчиков.

Первый доклад «Грозопоражаемость ВЛ, расположенных в горных районах Большого Кавказского хребта. Сбор и обработка статистических данных. Определение эффективных средств и способов молниезащиты ВЛ» собравшимся представил заместитель генерального директора АО «Полимер-Аппарат», к.т.н. Александр Гайворонский.

Спикер охарактеризовал повышение надежности молниезащиты воздушных линий электропередачи высших классов напряжения как одну из ключевых проблем в электроэнергетике, которой в последние годы уделяется большое внимание. Особо Александр Гайворонский отметил, целевую инвестиционную программу повышения грозоупорности ВЛ, реализуемую ПАО «ФСК ЕЭС». В рамках программы был достигнут значительный прогресс в данном направлении, отметил Гайворонский. В частности, были предложены новые технологии молниезащиты, разработаны конструкции новых типов защитных аппаратов, заложены научные основы их применения, подготовлена соответствующая методическая и нормативная база, накоплен опыт проектирования и эксплуатации молниезащиты.

Первая часть доклада была посвящена общим вопросам проектирования и эксплуатации молниезащиты и мерам повышения ее эффективности. Здесь спикер выделил 4 вопроса молниезащиты ВЛ 110–500 кВ, наиболее актуальных в условиях горных районов Кавказа:

  • проблемные ВЛ по условиям молниезащиты;
  • технические решения по повышению грозоупорности ВЛ;
  • опыт эксплуатации молниезащиты с применением линейных ограничителей перенапряжения (ОПН);
  • меры повышения эффективности молниезащиты.

Далее спикер отметил, что существующая традиционная система молниезащиты ВЛ 110–500 кВ, основанная на применении грозозащитных тросов и заземлении опор, в большинстве случаев себя оправдывает. Дополнительные меры по повышению грозоупорности требуются в тех случаях, когда традиционная система не может быть применена по каким-либо причинам, или же, когда ее оказывается недостаточно. К таким случаям относятся ВЛ 110–500 кВ, эксплуатируемые без тросов, и ВЛ 110–330 кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов, говорит Александр Гайворонский.

Основными факторами риска применительно к Кавказу являются экстремально высокая грозовая активность в регионе, повышенные гололедные и ветровые нагрузки, труднодоступность, сложные условия прохождения трасс ВЛ в горной местности. Отказ от тросов на Кавказе, по словам Александра Гайворонского, продиктован их частыми повреждениями и обрывами из-за гололеда и ветра. А из-за труднодоступности горных районов, аварии, связанные с обрывами грозотросов, требуют больших затрат и часто приводят к длительным перерывам в электроснабжении.

Среди дополнительных традиционно применяемых мер грозозащиты Александр Гайворонский назвал: снижение сопротивлений заземления опор, усиление изоляции, защиту отдельно стоящими молниеотводами, подвеску дополнительных заземленных тросов под проводами ВЛ.

Также спикер отметил, что в последние годы получили применение и более современные решения, которые предусматривают установку защитных аппаратов на опорах ВЛ. Эти аппараты обеспечивают защиту линейной изоляции от грозовых перенапряжений. Сейчас для этих целей применяются в основном аппараты двух типов: линейные ОПН и разрядники с внешним искровым промежутком (ЛР). Эффективными оказались и комбинированные решения, сочетающие традиционные меры дополнительной защиты с установкой ЛР.

Далее Александр Гайворонский рассказал об опыте эксплуатации молниезащиты с применением ОПН. При этом спикер отметил, что данные могли бы быть и точнее, поскольку «в настоящее время системная работа по обобщению молниезащиты с применением ОПН не проводится, а имеющийся опыт «замыкается» внутри энергокомпаний или производителей». При этом обобщение опыта эксплуатации новых средств молниезащиты крайне важно, поскольку позволит оценить эффективность их применения, правильность принимаемых проектных решений и перспективы дальнейшего внедрения, считает Александр Гайворонский. Тем не менее, даже в условиях отсутствия системного сбора данных, по самым пессимистичным оценкам, можно отметить, что число грозовых отключений ВЛ до и после установки защитных аппаратов снизилось в 5–7 раз, резюмировал спикер.

Говоря о дальнейших перспективах внедрения и повышения эффективности молниезащиты на основе линейных ОПН, Александр Гайворонский отметил, что в данной части необходимы комплексные меры, направленные на разработку и совершенствование конструкции самих ограничителей перенапряжения. Также спикер отметил важность совершенствования нормативной базы. А ключевой задачей назвал повышение достоверности актуальных исходных данных по характеристикам разрядов молнии (в особенности, для горных условий Кавказа), а также открытость и своевременность получения этих данных.

Вторая часть доклада Александра Гайворонского была посвящена мониторингу грозопоражаемости ВЛ. Данную задачу спикер охарактеризовал как один из ключевых моментов повышения эффективности молниезащиты.

По словам Гайворонского, сейчас информация ограничивается только констатацией фактов отключения ВЛ из-за грозовых воздействий. А данные о грозовой обстановке на трассе ВЛ в реальном времени практически отсутствует. Данное обстоятельство подчеркивает актуальность разработки автоматизированных систем, которые бы обеспечивали контроль за грозовой обстановкой и грозовыми воздействиями на ВЛ в режиме онлайн-мониторинга, считает спикер.

Данные функции мониторинга, по мнению Александра Гайворонского, способна решить система СМ ВОЛНА, разработанная компанией «Полимер-Аппарат». Эта система, основанная на волновом методе двухсторонних измерений, регистрирует импульсные электрические сигналы, вызванные электромагнитными волнами, которые распространяются по линии в обе стороны от места КЗ или удара молнии. Это позволяет зафиксировать сам факт грозового воздействия или повреждения изоляции и определить расстояние от подстанции до места удара молнии или КЗ.

Таким образом, система СМ ВОЛНА обеспечивает:

  • идентификацию событий грозовых воздействий на ВЛ по дате, времени, месту и виду воздействия (удар молнии в провод, трос, опору, ближний удар в землю, расстояние от ПС до места удара, фаза и т.д.);
  • идентификацию событий аварийных отключений ВЛ по дате, времени, месту КЗ, причине отключения (грозовое/негрозовое);
  • контроль работы ОПН, установленных на ВЛ — срабатываний ОПН при ударах молнии в линию, а также повреждений ОПН (пробои, обрывы заземляющих проводников, отделителей);
  • формирование электронной базы данных по событиям грозовых воздействий и аварийных отключений ВЛ.

Александр Гайворонский отметил, что систему СМ ВОЛНА предпочтительно использовать на линиях 110–500 кВ, подверженных частым аварийным отключениям по причине грозовых воздействий, трассы которых проходят в труднодоступных условиях, а также на ВЛ, эксплуатируемых без грозозащитных тросов, но с установленными линейными ОПН.

В завершение доклада Александр Гайворонский выступил с предложениями по организации мониторинга грозопоражаемости на ВЛ 110–500 кВ в районах Южного и Северного Кавказа, включая ВЛ 110–500 кВ, оснащенные линейными ОПН, а также ВЛ 110–500 кВ, эксплуатируемые без грозозащитных тросов и дополнительных средств молниезащиты. Для мониторинга предполагается использовать систему СМ ВОЛНА, а также датчики-регистраторы тока молнии по принципу пояса Роговского.

Подводя итог выступления Александра Гайворонского, Игорь Калиновский отметил, что проблема грозозащиты ВЛ была и остается одной из самых актуальных. Также он обратил внимание собравшихся, что в рамках работы НТС ПАО «Россети» всегда проводились и проводятся накопление, обобщение и анализ данных по молниезащите с применением линейных ОПН.

Также Игорь Николаевич отметил, что немаловажным моментом в части внедрения линейных ОПН для грозозащиты ВЛ, проложенных в сложных условиях, является и устойчивость к жестким условиям самих ограничителей перенапряжения. В целом технологические решения по грозозащите, представленные докладчиком, Игорь Калиновский охарактеризовал как перспективные, и отметил, что «Россети» готовы рассмотреть применение данных наработок. Перспективным Калиновский признал и систему мониторинга, отметив однако, что внедрение волновых методов определения КЗ на линии требует дальнейшей совместной проработки.

Отвечая на вопросы участников секции, Александр Гайворонский уточнил, что решение по грозозащите с применением линейных ОПН возможно к применению не только на Кавказе, но и в принципе на тех участках ВЛ, которые проходят в труднодоступных условиях, то есть там, где применение традиционных методов молниезащиты затруднено. Также он рассказал об экономической стороне данного решения. И подробнее остановился на технических аспектах работы системы СМ ВОЛНА.

Во второй части заседания с результатами пилотного внедрения проекта контактной системы технического обслуживания и ремонта электрических сетей «Канатоход» (CableWalker) собравшихся ознакомил главный инженер компании «Лаборатория будущего» Алексей Соколов.

Роботизированная система мониторинга, обслуживания и локального ремонта воздушных линий электропередачи «Канатоход» является основным продуктом «Лаборатории будущего». По словам Алексея Соколова данная контактная система предназначена для работы на включенных ВЛ напряжением от 35 до 500 кВ.

Технически «Канатоход» представляет собой беспилотный летательный аппарат (гексакоптер), имеющий специальный колесный модуль, позволяющий ему совершать посадку на провод или грозотрос воздушной линии и перемещаться по нему. Среди задач, которые по словам спикера может решать комплекс «Канатоход» — осмотр ВЛ в дневное время, проверка состояния проводов, молниезащитных тросов, гирлянд изоляторов и контактных соединений с использованием оптической дефектоскопии, проверка расстояний от проводов до поверхности земли и различных объектов, проверка положения опор, тепловизионный контроль ВЛ 110 кВ и др.

Алексей Соколов отметил также, что предлагаемая технология обеспечивает высокое качество диагностики, выявление дефектов (в том числе контактными методами) дистанционное техническое обслуживание и локальный ремонт проводов и тросов ВЛ без отключения линии, контроль качества проведения работ, в том числе для новых и реконструируемых ВЛ.

Также спикер рассказал о различных моделях и комплектациях «Канатохода» и об опыте применения роботизированного комплекса, в том числе на ВЛ ОАО «МРСК Урала» и ПАО «Россети Северо-Запад», а также за рубежом (Казахстан, Саудовская Аравия, Турция, Вьетнам).

В завершение доклада спикер выступил с рядом предложений в проект решения НТС ПАО «Россетти»:

  1. Отметить, что разрабатываемые ООО «Лаборатория будущего» технологии цифрового мониторинга технического состояния, технического обслуживания и локального ремонта воздушных линий электропередачи, находящихся под напряжением, соответствуют основным положениям технической политики ПАО «Россети» и отвечают целевым установкам концепции цифровой трансформации ПАО «Россети» до 2030 года.
  2. Организовать и провести в 2022 году комплексный пилотный проект по использованию технологии «Канатоход» на ВЛ напряжением 110–220–330–500 кВ протяженностью не менее 1000 км в одном или нескольких ДЗО ПАО «Россетти».
  3. Рекомендовать ДЗО ПАО «Россети» рассмотреть возможность выполнения в 2022 году работ по цифровой диагностике, техническому обслуживанию и локальному ремонту ВЛ 110–500 кВ с использованием технологии «Канатоход».

Отвечая на вопрос Игоря Калиновского, Алексей Соколов отметил, что недавно компанией был также разработан новый модуль, имеющий две пары колес. Эта база позволяет «Канатаходу» совершать посадку на ВЛ с двумя проводами в фазе.

Также Игорь Николаевич попросил докладчика уточнить, что компания вкладывает в понятие «цифровая диагностика». Как пояснил Алексей Соколов, под данным термином понимается автоматизированная оценка аппаратным комплексом состояния ВЛ, исходя из загруженных в систему числовых параметров (габаритные расстояния между грозотросом и фазным проводом, расстояние до земли, до угрожающих ВЛ деревьев и т.д.). В ответ на это Игорь Калиновский отметил, что данные, полученные камерой БПЛА, пусть даже и оцененные цифровой системой, не являются полноценной диагностикой. Таким методом можно выявить не более 5% возможных дефектов, считает Калиновский.

Также Игорь Калиновский назвал «Канатоход» «технологией узкого назначения» и напомнил собравшимся, что «Россетти» рекомендовали использование данного комплекса для оценки состояния проводов и грозозащитных тросов в труднодоступных условиях (горные ущелья, большие спецпереходы и т.д.).

Следующий вопрос докладчику коснулся экономической и технической целесообразности применения «Канатохода». Здесь Калиновский попросил спикера предоставить конкретные результаты применения «Канатохода» на ВЛ ОАО «МРСК Урала». По словам Алексея Соколова, проведенные работы позволяют заключить, что применение «Канатохода» на сетях «Свердловэнерго» и «Челябэнерго» выявило «на порядок больше обрывов провода, чем может выявить линейный персонал». Такой вывод, отметил спикер, был получен сопоставлением данных из листков монтерского осмотра и из отчетов «Канатохода». В свою очередь, Игорь Калиновский вновь сделал акцент на том, что роботизированный комплекс может выявить не более 5% критических дефектов. То есть данный вопрос пока остается открытым.

Последний вопрос спикеру коснулся степени участия живого оператора в его управлении, а также приспособленности «Канатохода» к экстремальным условиям (ветер, низкие температуры, гололед). Здесь Алексей Соколов согласился, что работа комплекса, как и других БПЛА в сильный ветер и дождь невозможна. Тем не менее, для работы аппарата остается «не менее 200 полноценных рабочих дней в году», отметил спикер. Что касается необходимости присутствия оператора при работе «Канатохода», Алексей Соколов пояснил, что на сегодня такая необходимость есть. Однако сейчас компания проводит работы по автоматизации как можно большего числа функций аппарата.

Подводя итоги заседания, Игорь Калиновский сказал, что все возникшие в его ходе вопросы будут также рассмотрены в рабочем порядке.

Больше фотографий в галерее Заседание секции № 1 «Технологии и оборудование линий электропередачи» Научно-технического совета ПАО «Россети», 6 апреля 2022 г.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»