CC BY
10
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.311.22 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-4-159-165
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ИЗОЛЯТОРОВ ВЛ ПО КАНАЛУ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА УТЕЧКИ
В.О. Акуличев, В.Ю. Непомнящий, С.Г. Висич, В.М. Степанов, М.В. Панарин, В.М. Панарин, A.A. Маслова
Рассмотрено построение цифровой математической модели модуля дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ по каналу измерения тока утечки, включая модели фиксации динамики нарастания тока утечки изоляторов модуля дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ и фиксации разрядов на изоляторах модуля дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ. Предлагаемая модель реализуется непосредственно на интеллектуальном модуле и на сервере диспетчерского пункта электросетевой компании.
Ключевые слова: дистанционная диагностика, воздушная линия электропередач, электрический ток, ток короткого замыкания, изолятор, измерение, диспетчерский пункт.
Оценка технического состояния гирлянд изоляторов на обследуемой линии в настоящее время осуществляется на основании сведений о ежегодном потоке отказов подвесных изоляторов, как в поддерживающих, так и в натяжных гирляндах изоляторов. Такие данные должны содержаться в эксплуатационной документации. При отсутствии такой информации необходимо проводить полное обследование состояния изоляции ВЛ на данный момент.
ООО «СервисСофт» совместно с филиалом «Тулэнерго» ПАО «МРСК Центра и Приволжья» предлагает для оценки технического состояния изоляторов использовать цифровую математическую модель дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ по каналу измерения тока утечки.
Мониторинг изоляторов проводится посредством измерения величины токов утечек через изоляторы. Токи утечек замеряются высокочувствительными трансформаторами тока.
Модуль дистанционного мониторинга изоляторов проводит фиксирование токов утечки, динамику изменения токов утечек во времени и частичных разрядов. Данные параметры позволяют провести косвенную оценку состояния изоляторов и принять меры по проведению предиктивных действий для предотвращения проявления нештатных и аварийных ситуаций [1-2].
Последовательность мгновенных измеренных значений тока утечки, измеряемых с периодом квантования по времени Тут , запишем в виде
iyT(/c), iyT(k - 1), iyT(k - 2),... iyT(k - N + 1), iyT(k - (1)
где k - порядок отсчета значений переменных при квантовании с периодом Тут.
159
Значение N определяется соотношением
Л = 7е. (2)
где N - количество отсчетов тока утечки через установленные интервалы времени; Г/ут - период передачи данных от модуля интеллектуальной диагностики (время между соседними посылками при штатных параметрах мониторинга), с; Тут - период квантования по времени значений с трансформатора тока утечки, с.
В результате последовательность (1) формируется непосредственно в модуле дистанционного мониторинга изоляторов.
Данная последовательность представляет собой набор отсчетов тока утечки через установленные интервалы времени, длина последовательности составляет N отсчетов.
При построении цифровой модели фиксации динамики нарастания тока утечки изоляторов модуля дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ формируется числовая последовательность вида [3]
¿ут(0), ¿ут(1). ¿ут(2)' - *ут(ЫТ1С - !)' ¿утОг(с - 2), ¿уТ(МГ(с) , (3)
причем ¿ут(0) = 0, фиксация перехода синусоидального тока через ноль в положительную область; ]УГ.С - количество отсчетов значений тока утечки /ут на периоде сетевого напряжения
"т1с = , (4)
1 1ут
где Тс - период сети переменного тока, с; Г,'ут - период квантования по времени значений с трансформатора тока утечки, с.
Фиксацию динамики нарастания тока утечки изоляторов модуля дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ производим на основе анализа изменения связанных отсчетов тока на соседних периодах сети.
Для этого формируются две последовательности отсчетов тока утечки, сдвинутые на один период.
Последовательность отсчетов тока утечки текущего периода имеет вид
¿ут(0), 1ут(2)' - ' *ут{ыт1с - !)' *ут{мт1с - 2), ¿утОГ(с) . (5)
Последовательность отсчетов тока утечки предыдущего периода приставим в
виде
ти
¿ут(АО, 1ут(МТ1с + 1), 1ут(МТ1с + 2),... ¿утОГ;с + 3), (6)
1ут{мТ1с + мТ1с),
Проводим сравнение связанных отсчетов тока утечки на соседних периодах се-КуЛЮ = . ч для к £ (1, щл (7)
где КуТ(/<:) - расчетный коэффициент превышения тока утечки.
ут V
Полученный расчетный коэффициент превышения тока утечки сравнивается коэффициентом фиксации динамики нарастания тока утечки изоляторов модуля дистанционного мониторинга изоляторов Кутф.
Если
Кут(к) > КуТф, (8)
то вырабатывается сигнал фиксации динамики нарастания тока утечки изолятора Кутфн, на котором установлен модуль интеллектуальной диагностики изоляторов.
При соблюдении условия (8) модуль интеллектуальной диагностики изоляторов формирует последовательность значений тока утечки, превышающих величины, установленные коэффициентом фиксации динамики нарастания тока утечки изоляторов
'утфн (0), '•утфн (1), 'утфн
(2), ... 1уТфн(^Г[С - 1),
1утфн(^г;с - 2), ¿утфнОг(с) ; (9)
где 1уТфн - значения тока утечки, превышающих величины, установленные коэффициентом фиксации динамики нарастания тока утечки изоляторов.
Модуль интеллектуальной диагностики изоляторов передает полученную последовательность в диспетчерский пункт электросетевой компании с установленным периодом передачи данных.
В диспетчерском пункте электросетевой компании формируют общую последовательность значений тока утечки, превышающих величины, установленные коэффициентом фиксации динамики нарастания тока утечки изоляторов и используют для анализа работы и диагностики изоляторов [4].
Цифровая математическая модель фиксации разрядов на изоляторах модуля
дистанционного мониторинга изоляторов разрабатывается на входных данных, пред- »Г 77ут
ставляющих собой последовательность тока утечки на некотором интервале N =-
Тут
¿утОО» ¿утС^ ~~ ~ 2)> ■■■ - N + 1), ¿ут(/с - Л0 (10)
Фиксация частичных разрядов, оценка их мощности и повторяемости позволяет своевременно выявить развивающиеся повреждения изоляции и принять необходимые меры для их устранения.
Для фиксации разрядов на изоляторах модуля дистанционного мониторинга изоляторов разрабатывается на входных данных введем пороговое значение тока частичного разряда на изоляторе ¿утп .
Если измеренное значение тока утечки ¿ут(/с), ниже порогового значения тока частичного разряда на изоляторе ¿утп , то принимаем, что частичного разряда на изоляторе не произошло.
Условие фиксации разрядов на изоляторах модуля дистанционного мониторинга изоляторов представим в виде неравенства
¿ут(/с) > ¿утп. (11)
При соблюдении данного неравенства модуль дистанционного мониторинга изоляторов принимает решение о проявлении частичного разряда на изоляторе.
Параметры частичного разряда на изоляторе фиксируем через величину превышения тока утечки в абсолютной и относительной величинах, а также длительности частичного разряда и выделяемой мощности каждого частичного разряда [5-6].
Абсолютная величина превышения тока утечки при фиксации частичного разряда на изоляторе определяется
•ута (Ю - •утл
(12)
где ¿ута СО ~ абсолютная величина превышения тока утечки при фиксации частичного разряда, А; ¿ут(/с) - измеренное текущее значение тока утечки, А; ¿утп - пороговое значение тока частичного разряда на изоляторе, А.
Параметр частичного разряда на изоляторе, характеризующий во сколько раз, возрастает величина тока утечки при частичном разряде, фиксируем как величину относительного превышения тока утечки
К1 (к) = №. (13)
1утп
где К1уто(к) - относительная величина превышения тока утечки порогового значения тока частичного разряда на изоляторе.
Из последовательности К1уто{к) выделяется максимальная К1у.готах относительная величина превышения тока утечки порогового значения тока частичного разряда на изоляторе.
Дополнительно параметр частичного разряда на изоляторе фиксируем через длительность частичного разряда.
Для этого при наступлении события для к отсчета, при котором измеренное значение тока утечки ¿ут(/с) превышает пороговое значения тока частичного разряда на изоляторе ¿утп
¿ут(/с) > ¿утп (14)
Запускаем счетчик количества отсчётов, при которых соблюдается данное
условие
^УТП ~~ ^УТП "Ь 1 (15)
и проверяем
•ут
{к + 1) >
••утп-
(16)
Затем
•ут
{к + 2) >
•утп
(17)
и так далее
¿ут(/с + 3) > ¿утп (18)
вплоть да спада тока утечки ниже величины порогового значения тока частичного разряда на изоляторе ¿утп
¿ут(/с + Nyl:nj < ¿утп, (19)
где ]Уутп - количество периодических отсчетов, при которых величина тока утечки превышала пороговое значение тока частичного разряда на изоляторе.
Длительность частичного разряда на изоляторе фиксируем уравнением
Тути — Ыути * Тут (20)
где Гутп - период квантования по времени значений с трансформатора тока утечки, с.
Величина пропорциональная выделяемой мощности каждого частичного разряда определяется соотношением
РуТ= 1ЙТ ии * ¿ут (к), (21)
где Рут - параметр выделяемой мощности каждого частичного разряда, Вт; IIИ - напряжение, прикладываемое к изолятору (гирлянде изоляторов), В.
Рассчитанные интеллектуальным модулем дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ интегрированные параметры частичного разряда на изоляторе: К1уто тах -максимальная относительная величина превышения тока утечки порогового значения тока частичного разряда на изоляторе; Гутп - длительность частичного разряда на изоляторе, с; Рут - параметр выделяемой мощности каждого частичного разряда, Вт.
В реальном времени передаются в диспетчерский пункт электросетевой компании с установленным периодом передачи данных Г/ут.
Принятые в диспетчерском пункте электросетевой компании значения параметров частичных разрядов на изоляторах объединяются на продолжительных интервалах времени.
На основании данных относительных величин превышения тока утечки порогового значения тока частичного разряда на изоляторе, поступивших от интеллектуального модуля дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ, строится функция максимальных значений на интервале наблюдений электросетевой компании
К01уто тях(т); К1Луто тах(т~'~1Х К01уТотах(г11+2'),
™Утотах(т+3), К01уТотах(т+М), (22)
где К01утотах(т) - максимальное значение на интервале наблюдений электросетевой компании для ш - принятого отсчета от интеллектуального модуля дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ; Тн — интервал наблюдений электросетевой компании, с;
Тн
М = —--количество отсчетов (посылок), принятых от интеллектуального модуля дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ на интервале наблюдений электросетевой компании Тн.
Переданные от интеллектуального модуля дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ и принятые в диспетчерском пункте электросетевой компании значения длительности частичного разряда на изоляторе Гутп суммируются на том же интервале наблюдения Тн
Тоутп 2ш= 1 7уТ1Ъ (23)
где ГОу.,,,, - суммарная длительность частичного разряда на изоляторе на интервале наблюдения на сервере электросетевой компании Тн.
Относительная длительность частичных разрядов на изоляторах на интервале наблюдения на сервере электросетевой компании Тн определяется соотношением
ТОуТи отн —11т=1Тутп- (24)
Мощность частичных разрядов на изоляторах на интервале наблюдения на сервере электросетевой компании Тн определяется соотношением
РО ут= ¿Е£=1Рут(т), (25)
где РОутп - суммарная мощность частичных разрядов на изоляторе на интервале наблюдения на сервере электросетевой компании Тн, Вт; Рут - мощность каждого частичного разряда, Вт; Тн — интервал наблюдения на сервере электросетевой компании, с.
Параметры частичных разрядов на сервере электросетевой компании сравниваются с допустимыми пределами
уТ0 шах №)¿уго гпах доп, ТОу.гп отн < ТОуТП отн д0П; (26)
рп < рп
I ^ ' ^ут доп,
где утотахдоп ~ предельно допустимое максимальное значение на интервале наблюдений электросетевой компании; ТОутпотндоп - предельно допустимое максимальное значение относительной длительности частичных разрядов на изоляторах на интервале наблюдения на сервере электросетевой компании; Рйут доп - предельно допустимое максимальное значение суммарной мощности частичных разрядов на изоляторе на интервале наблюдения на сервере электросетевой компании, Вт.
Если полученные неравенства соблюдаются, то сервер электросетевой компании предупреждающих сигналов не вырабатывает. Принимается, что изолятор работает по параметрам частичных разрядов в допустимых пределах.
Если данные неравенства не соблюдаются, что соответствует работе изолятора по параметрам частичных разрядов вне допустимых пределов, то сервер электросетевой компании вырабатывает предупреждающие сигналы, по которым оперативная служба проверяет состояние указанного изолятора.
Модуль дистанционного мониторинга изоляторов позволяет получить достоверную информацию о темпах и закономерностях снижения прочности и отказах подвесных изоляторов в период эксплуатации ВЛ.
Выводы. Разработана математическая модель дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ по каналу измерения тока утечки. Получены соотношения для оценки динамики нарастания тока утечки изоляторов ВЛ и фиксации частичных разрядов.
Практическая ценность модели состоит в использовании полученных уравнений при реализации системы дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ с использованием модулей дистанционной диагностики, монтируемых непосредственно на проводах, фиксирующих и передающих значения тока утечки, динамики его нарастания и данные частичных разрядов в реальном масштабе времени на сервер электросетевой компании.
Полученные теоретические и практические результаты, модуль дистанционной диагностики проводов находят применение в оперативных службах электросетевых компаний.
Список литературы
1. Методика расчета предельных токовых нагрузок по условиям сохранения механической прочности проводов и допустимых габаритов воздушных линий. СТО 56947007- 29.240.55.143-2013. ОАО «ФСК ЕЭС». 2013. 42 с.
2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Глава 2.5. Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ (Издание седьмое). Приказ Минэнерго России от 20.05.2003 № 187. 109 с.
3. Анализ распределения температуры по сечению самонесущих изолированных проводов / А. А. Бубенчиков [и др.] // Омский научный вестник. 2009. №3(83). С. 171-175.
4. Войтов D.H., Попова Е.В. Алгоритм учета температуры провода при расчете потокораспределения в электрической сети // Электричество. 2010. № 9. С. 24-30.
5. Guide for Thermal Rating Calculations of Overhead Lines. WG B2.43, Tech. Rep. 601. CIGRE, 2014. 95 p.
6. Mo Y., Zhou X., Wang Ya., Liang L. Study on operating status of overhead transmission lines based on wind speed variation. Progress In Electromagnetics Research M, 2017. Vol. 60. P. 111-120.
Акуличев Виталий Олегович, первый заместитель генерального директора, директор по развитию, Akulichev. VO@mrsk-1.ru, Россия, Калининград, ПАО «МРСК Центра и Приволжья»,
Непомнящий Валерий Юрьевич, первый заместитель директора, главный инженер филиала «Тулэнерго», tulenergo@,tl.mrsk-cp.ru, Россия, Тула, ПАО «МРСК Центра и Приволжья»,
Висич Сергей Геннадьевич, ведущий инженер, Visich.SG@tl.mrsk-cp.ru, Россия, Тула, ПАО «МРСКЦентра и Приволжья»,
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Панарин Михаил Владимирович, канд. техн. наук, директор, pmv@ssoft24. com, Россия, Тула, ООО «СервисСофт Инжиниринг»,
Панарин Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, panarin-tsu@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Маслова Анна Александровна, д-р техн. наук, доцент, an-na_zuykova@,rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MA THEMA TICAL MODEL REMOTE MONITORING OF HV-LINE INSULA TORS BY LEAKAGE CURRENT MEASUREMENT CHANNEL
V. O. Akulichev, V. Yu. Nepomniachtchi, S. G. Visich, V.M. Stepanov, M.V. Panarin, V.M. Panarin, A.A. Maslova
The construction of a digital mathematical model of the module for remote monitoring of overhead line insulators via the leakage current measurement channel, including models for fixing the dynamics of the increase in the leakage current of insulators of the module for remote monitoring of overhead line insulators and fixing discharges on the insulators of
164
the remote monitoring module for overhead line insulators. The proposed model is implemented directly on the intelligent module and on the server of the control room of the power grid company.
Key words: remote diagnostics, overhead power line, electric current, short circuit current, insulator, measurement, control room.
Akulichev Vitaly Olegovich, first deputy general director, director for development, Akulichev. VO@mrsk-1.ru, Russia, Kaliningrad, IDGC of Center and Volga Region, PJSC,
Nepomnyashchy Valery Yurievich, first deputy director, chief engineer of the tulen-ergo branch, tulenergoatl. mrsk-cp. ru, Russia, Tula, IDGC of Center and Volga Region, PJSC,
Visich Sergey Gennadievich, lead engineer, Visich. SG@tl. mrsk-cp. ru, Russia, Tula, IDGC of Center and Volga Region PJSC,
Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, energy@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Panarin Mikhail Vladimirovich, candidate of technical sciences, director, pmv@ssoft24. com, Russia, Tula, ServiceSoft Engineering LLC,
Panarin Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, panarin-tsu@yandex. ru. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Maslova Anna Aleksandrovna, doctor of technical sciences, docent, an-na_zuykova@,rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.316.728 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-4-165-173
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОДКЛЮЧЕНИЯ СИСТЕМ НАКОПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Я.Э. Шклярский, О.С. Васильков
Рассматривается возможность применения систем накопления электроэнергии (СНЭЭ) для регулирования графика нагрузки предприятия. Представлен разработанный алгоритм определения мест подключения СНЭЭ в энергосистеме, в основе которого лежит выявленный критерий, позволяющий оценить влияние изменения графика нагрузки в одном узле на энергосистему в целом. Применение данного алгоритма позволит определить место подключения СНЭЭ для максимального снижения потерь электроэнергии в сети.
Ключевые слова: системы накопления электроэнергии, регулирование графика нагрузки, выбор места подключения.
В последнее десятилетие как в мировом, так и в Российском энергетическом секторе началась «накопительная революция». Ее стремительное развитие связано, в первую очередь, с распространением возобновляемых источников электроэнергии, снижением материалоемкости, повышением удельных характеристик, а также с постепенной интеллектуализацией сетей, в которых накопители будут играть одну из ключевых ролей. По последним прогнозам Bloomberg New Energy Finance к 2040 году совокупная установленная мощность систем накопления электроэнергии (СНЭЭ) превысит
165
