Дистанционная цифровая диагностика проводов ЛЭП

Электроэнергетика является особо ответственной и достаточно сложной наукоемкой отраслью. Она нуждается в постоянном поддержании работоспособности линий электропередачи и различных обслуживающих установок. Без эффективного и уверенного управления эксплуатацией и ремонтными работами функционирование энергетического хозяйства невозможно.

Эта задача требует сиюминутного владения актуальными сведениями о состоянии оборудования. Диагностика нуждается не только в техническом оснащении, но и в оперативной передаче информации между вовлеченными службами и специалистами. Достичь это возможно с помощью такого современного комплексного подхода как цифровизация.

Актуальность

Основная цель энергетики – подача потребителю электрического тока с заданным напряжением и с необходимой частотой. Поставки выполняются по высоковольтной линии (ВЛ) от генерирующей электростанции, для этого требуется следующее:

• воздушные (в основном) линии электропередачи;
• оборудование для изменения параметров энергии;
• контрольно-измерительные приборы;
• автоматика управления, предохранители, изоляторы и т.д.

Чем более надежной является система из этих элементов, тем более устойчивым будет электроснабжение. Довершает функционирование цифровизация. Этим понятием обозначается весь спектр устройств, современных технологий и методик, которые призваны преобразовать управление сферой энергетики.

Установка датчиков или камер видеонаблюдения даже в большом количестве не имеет смысла без системы стандартов и протоколов. Их суть заключается в подчинении работы всех отдельных устройств единой цели – они подлежат управлению по принятым алгоритмам.

Ценность цифровизации в электроэнергетике состоит в следующем:

• возможность мгновенной оценки технического состояния сети ВЛ;
• снабжение оператора информацией о происходящем на интересующем участке;
• управление параметрами работы даже наиболее удаленного электрооборудования.

Обеспечить это можно только с помощью качественного улучшения систем дистанционного наблюдения, связи и управления.

Реализация цифровых возможностей

Сегодня уже достаточно широко распространена практика задействования на местах различных средств удаленной работы с оборудованием. Для этого применяются измерительные и управляющее устройства. Монтируются они непосредственно на подстанциях, линиях электропередачи (на проводах или опорах), информация от них передается в диспетчерские пункты.

Операторы, все чаще выполняющие функцию наблюдателя, размещаются в узловых пунктах – там, где потоки энергии перераспределяются между различными направлениями или получателями. Поступающие сюда данные интерпретируются специальными блоками и выдаются в понятном человеку формате. Такие блочные системы состоят из следующих компонентов:

• приемо-передающая система;
• процессор для обработки и анализа данных;
• питающая подсистема;
• датчики для сбора определенной информации на заданной линии.

Последние подразделяются с учетом своего функционального предназначения. Применяется много разновидностей датчиков, чаще всего – для замеров таких параметров как:

• сила электрического тока;
• величина напряжения;
• температура кабеля;
• усилие натяжения кабеля;
• величина провисания;
• наличие «пляски» провода, сила и амплитуда вибрации;
• фактические погодные условия.

Энергетические характеристики измеряются бесконтактно.

Сбор и обработка информации производятся с помощью модульных устройств, объединяемых в систему. Так, силами компании «Россети Центр и Приволжье» ведется разработка целой серии диагностических модулей. Они предназначены для снятия параметров механических конструкций и проводов ВЛ с номинальным напряжением в интервале от 6 до 220 кВ. Результат работы этой системы – так называемый «цифровой двойник» обследуемой линии электропередачи.

Возможности системы дистанционной диагностики ВЛ достаточно широки:

• электрический ток: в интервале от 10 до 250% от номинального значения;
• температура провода: -40°С…+200°С;
• величина провисания провода: до 5% от начального положения;
• вибрация провода: обнаружение амплитуды в интервале от 1 до 1000 мм при частоте движения от 0,1 до 1000 Гц;
• возможность обнаружения места разрушения провода и других ответственных элементов (включая изоляторы) – при точности позиционирования не более 1 пролета между отдельными опорами.

Диагностика изоляторов осуществляется оптическим и акустическим способом. Распределительная сеть находится под контролем при частоте от 100 до 10000 Гц.

Формирование цифровой модели

Цифровой двойник ВЛ с номинальным напряжением от 6 до 110 кВ состоит из следующих основных модульных устройств:

• дистанционная диагностика всех отдельных проводов: для отслеживания величины силы электрического тока, температуры, угла провисания, параметров вибрации, для указания места обрыва (информация выдается в формате позиционирования по GPS-координатам и с привязкой к указанной карте);
• дистанционная проверка состояния изоляторов: для поиска тока утечки и обнаружения его взаимосвязи с погодными условиями, для указания угла выхода провода из вертикальной оси, а также для обнаружения обрыва одиночного провода;
• дистанционная проверка положения и состояния опоры ВЛ: контроль наклона всей конструкции, частота и амплитуда вибрации верхнего пролета;
• собственная метеорологическая станция: замеры влажности, температуры окружающего воздуха, направление и скорость ветра, мощность осадков и солнечного излучения;
• модуль охраны: контроль появления в охранной зоне человека и крупных животных, обнаружение подъема человека на металлоконструкцию ЛЭП и даже ее несанкционированного демонтажа.

В основном устройства монтируются на опору (модули контроля кабелей монтируются прямо на провода) и работают в непрерывном режиме. Их задача – собирать указанную информацию и передавать ее в блок обработки информации. Обмен пакетами данных производится беспроводным способом. Качество выделенных каналов связи обеспечивается отдельно, с гарантией полного покрытия в любой местности.

После интерпретации сведения транслируются в нуждающиеся в них диспетчерские пункты энергетической компании. Здесь они отражаются на пультах и в системе диагностики ВЛ, за которыми постоянно следят сотрудники энергетической компании:

• ситуация по каждой опоре и проводу отображается в режиме реального времени, в т.ч. – по механическому состоянию компонентов (с учетом фактически измеряемого растяжения и фактической вибрации);
• информация о нагрузке на провода находится не только под вниманием человека, но и записывается в постоянном режиме;
• блок интерпретации способен распознавать аварийные и предаварийные режимы, а также выдавать оповещения об их появлении;
• аналитический ресурс цифрового двойника выдает рекомендации по управлению энергетической сетью и устранению потерь в ней;
• в холодное время года рассчитывается вероятность и ведется контроль обледенения опор и проводов;
• обслуживание материальной части выполняется по предписанному регламенту (в фоновом режиме и при отсутствии аварийных факторов) или по получаемым данным (с учетом фактической ситуации);
• ценная информация накапливается, структурируется и сохраняется в базы данных, из которых в любой момент можно ее достать для повторного анализа.

Цифровая модель имеет выход на средства связи – это дает возможность отправки сообщений заранее указанному персоналу. Аварийное информирование производится по СМС и в «Скайпе».

В результате целевые аварийные службы получают информацию о появлении и развитии нештатной ситуации в режиме онлайн. С такими данными крайне оперативно выполняется анализ происходящего и при необходимости – легко организовывается выезд на место происшествия.

Опыт применения

Существующие линии электропередачи уже оснащаются описываемыми цифровыми двойниками. Так, ВЛ «Звезда – Бегичево» (Тульская область) и ряд ЛЭП в других областях России успешно отслеживаются и контролируются такими системами. Легко можно проверить не только данные по силе тока – датчики фиксируют динамичные изменения в колебаниях проводов. Движение каждого из них раскладывается на 3 компонента – ускорение, стрела провисания и частота вибрации.

При появлении обрыва система мгновенно оповещает дежурную смену диспетчеров и делает запись в цифровом журнале. Точность позиционирования благодаря установке специальных модулей на расчетные опоры – более 1 пролета.

Выводы

Концепция цифрового двойника имеет целый ряд достоинств. Система датчиков и обработка получаемой от них информации позволяют вести учет фактического состояния ВЛ, помогают обнаружить и предотвратить аварийную и нештатную ситуацию, а также предупредить соответствующие службы об их возникновении. О несанкционированном появлении человека на опоре и обледенении проводов незамедлительно информируется дежурный диспетчер.

Дистанционное снятие требуемых характеристик имеет значительную ценность: другим образом в зоне высокой опасности информацию получить сложно. Этот же способ заметно снижает трудовые и финансовые затраты на поддержание энергетического хозяйства в работоспособном состоянии. Эффективность аварийных служб и диспетчерских постов качественно возрастает, а срок устранения неисправностей значительно снижается.

В результате применения цифрового двойника повышается надежность эксплуатации ВЛ, качественно улучшается энергоснабжение каждого потребителя, а потери удается снизить до технически возможных минимумов.