CC BY
86
УДК 621.315
doi: 10.20998/2074-272X.2016.2.12
Е.И. Сокол, М.М. Резинкина, О.Г. Гриб, В.И. Васильченко, А.А. Зуев, А.В. Бортников, Е.В. Сосина
МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УКРАИНЫ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЕЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
Стаття присвячена опису алгоритму комплексного автоматизованого монторингу об'ектгв енергетичног системи Украни, спрямованого на забезпечення безпеки функцюнування ii встаткування та персоналу. Даний монторинг буде використовувати безптотж nовiтрянi апарати (БППА) для плановоi i позаплановог реестраци стану лшш електро-передач (ЛЕП) та високовольтних тдстанцш (ВП). Передбачаеться, що nозаnлановi обльоти будуть здшснюватися при аваршних ситуацiях на ЛЕП. За допомогою БППА будуть записуватися з повтря картини ЛЕП i ВП в оптичному i тфрачервоному дшпазонах, а також вимiрятися напруженост ix електричного (ЕП) i магнтного (МП) nолiв уз-довж траси прольоту. Використання спещально розробленого програмного забезпечення дозволить зрiвняти картини, що рееструються БППА з попередньо створеними еталонними картинами, ят ¡йдпов'дчюшь штатным режимам роботи контрольованих ЛЕП i ВП. Тат еталонн картини в сукупност1 з експериментально отриманими картами захисних заземлень ВП будуть зведеш в единий документ - паспорт ВП i ЛЕП. Даний паспорт повинен мстити також обмiрюванi i розраxованi значення рiвнiв напруженостей ЕП i МП у мсцях перебування персоналу енергетичних об'ектв i розташування встаткування, найбшьш уразливого до впливу електромаг^тних завад. При необxiдностi в рамках виконання проведеного монторингу будуть дан рекомендащг з конструкцй та розташування електромагжт-них екранiв, як1 знижують рiвнi електромаг^тних вплшш, i по розташуванню блискавковiдводiв, що зменшують то-вiрнiсть поразки блискавкою долджуваних об'ектiв. У роботi приводяться аналiтичнi вирази, ят лягли в основу розробленого програмного забезпечення для розрахунку наnруженостi ЕП в околиц ЛЕП. Дане програмне забезпечення буде використано в якостi базового при навкацй БППА уздовж ЛЕП, а також для розтзнавання порушень у роботi ЛЕП. Наведене також nорiвняння розподлв наnруженостi ЕП, розрахованих за допомогою даного програмного забезпечення, з даними, вЫомими з ттератури Вiдмiннiсть пропонованог методики монторингу вид кнуючих полягае в тому, що комплексний контроль ряду nараметрiв, що характеризують зовжшнш стан об'ектiв енергосистеми, а також ii основж електричн параметри будуть повнстю автоматизовань Це стане можливим у результатi використання спещально розробленого програмного забезпечення по розтзнаванню оптичних i тфрачервоних зображень, а також картин тншрiвноiнаnруженостi ЭП i МП. Бiбл. 12, рис. 4.
Ключовi слова: лшй електропередач^ електричне та магштне поле, автоматизований мошторинг, безпшотш повггряш апарати.
Статья посвящена описанию алгоритма комплексного автоматизированного мониторинга объектов энергетической системы Украины, направленного на обеспечение безопасности функционирования ее оборудования и персонала. Данный мониторинг предполагает использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для плановой и внеплановой регистрации состояния линий электропередачи (ЛЭП) и высоковольтных подстанций (ВП). Предполагается, что внеплановые облеты будут производиться при аварийных ситуациях на ЛЭП. С помощью БПЛА будут записываться с воздуха картины ЛЭП и ВП в оптическом и инфракрасном диапазонах, а также измеряться напряженности их электрического (ЭП) и магнитного (МП) полей вдоль трассы пролета. Использование специально разработанного программного обеспечения позволит сравнить регистрируемые БПЛА картины с предварительно созданными эталонными картинами, соответствующих штатным режимам работы контролируемых ЛЭП и ВП. Такие эталонные картины в совокупности с экспериментально полученными картами защитных заземлений ВП будут сведены в единый документ - паспорт ВП и ЛЭП. Данный паспорт должен содержать также измеренные и рассчитанные значения уровней напряженностей ЭП и МП в местах пребывания персонала энергетических объектов и расположения оборудования, наиболее уязвимого к воздействию электромагнитных помех. При необходимости в рамках выполнения проводимого мониторинга будут даны рекомендации по конструкции и расположению электромагнитных экранов, снижающих уровни электромагнитных воздействий, и молниеотводов, уменьшающих вероятность поражения молнией исследуемых объектов. В работе приводятся аналитические выражения, которые легли в основу разработанного программного обеспечения для расчета напряженности ЭП в окрестности ЛЭП. Данное программное обеспечение будет использовано в качестве базового при навигации БПЛА вдоль ЛЭП, а также для распознавания нарушений в работе ЛЭП. Приведено также сравнение зависимостей напряженности ЭП, рассчитанных с помощью данного программного обеспечения, с данными, известными из литературы. Отличие предлагаемой методики мониторинга от существующих состоит в том, что комплексный контроль ряда параметров, характеризующих внешнее состояние объектов энергосистемы, а также ее основных электрических параметров будут полностью автоматизированы. Это станет возможным в результате использования специально разработанного программного обеспечения по распознаванию оптических и инфракрасных изображений, а также картин линий равной напряженности ЭП и МП. Библ. 12, рис. 4.
Ключевые слова: линии электропередачи, электрическое и магнитное поле, автоматизированный мониторинг, беспилотные летательные аппараты.
Введение. В настоящее время проблема обеспечения энергетической безопасности Украины весьма актуальна. При этом особое значение приобретает мониторинг состояния систем передачи электроэнер-
гии от производителя к потребителю. Такой мониторинг должен быть направлен на предотвращение аварийных отключений линий электропередачи (ЛЭП), а также скорейшего восстановления их работоспособ-
© Е.И. Сокол, М.М. Резинкина, О.Г. Гриб, В.И. Васильченко, А.А. Зуев, А.В. Бортников, Е.В. Сосина
ности, если такое отключение произошло. К наиболее перспективным современным методам диагностики состояния ЛЭП относится мониторинг с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Такой мониторинг получил развитие в Российской Федерации (РФ) [1], а также в Европе [2], Китае [3], Бразилии [4] и других странах. При этом осуществляется контроль состояния ЛЭП путем ее оптической регистрации, регистрации с помощью тепловизоров, а также регистрации частичных разрядов, имеющих место в изоляции.
Как показывает анализ причин отказов ЛЭП в РФ, энергосистема которой весьма похожа на энергосистему Украины, они в основном происходят на ЛЭП 110 кВ - 86 %, 11 % - на ЛЭП 220 кВ и 3 % ЛЭП 330-750 кВ (см. [1]). Такое распределение числа отказов пропорционально длине соответствующих ЛЭП. Наибольшее число аварийных отключений ЛЭП в РФ вызвано повреждением проводов и грозозащитных тросов - 56 %. Другими причинами, вызывающими отключения ЛЭП, являются такие повреждения как пробой изоляторов - 19 %, повреждения опор - 15 % и других элементов ЛЭП - 10 %. Согласно имеющейся статистике, резкое возрастание аварийных отключений ЛЭП происходит в весенне-летний период из-за перекрытий изоляционных промежутков зелеными насаждениями. Велико также число аварийных отключений ЛЭП из-за вандализма, такого как разрушение гирлянд изоляторов, похищение проводов и элементов опор ЛЭП, набросы на провода ЛЭП и др. [1].
Постановка задачи. Исходя из вышеизложенного, оперативный контроль состояния ЛЭП, а также высоковольтных подстанций, являющихся неотъемлемой частью системы энергоснабжения, и устранение причин аварийных отключений оказывается весьма эффективным.
Целью данной работы является разработка алгоритма комплексного автоматизированного мониторинга объектов энергетической системы Украины, направленная на обеспечение ее безопасного функционирования
Материалы исследований. Алгоритм выполнения мониторинга объектов энергетической системы Украины. Известны запатентованные технические решения, целью которых является обеспечение управления движением БПЛА с помощью измерения напряженности электрического (ЭП) или магнитного поля (МП) [5, 6]. Данные решения могут быть использованы для разработки методики мониторинга безопасности объектов энергетической системы Украины. Такая методика предусматривает создание паспортов - эталонов, описывающих функционирование ЛЭП и высоковольтных подстанций в штатном режиме. Данные паспорта - эталоны должны включать оптические изображения исследуемых объектов и их изображения в инфракрасном диапазоне, полученные с помощью тепловизоров. В состав таких паспортов должны входить также карты уровней напряженности электрического и магнитного полей, полученных с помощью расчетов и измерений на определенных расстояниях над линиями ЛЭП, а также на определенных
расстояниях над высоковольтными подстанциями. Предполагается, что БПЛА будут с заданной периодичностью производить аэрофотосъемку исследуемых объектов в оптическом и инфракрасном диапазонах, а также измерять напряженности их ЭП и МП. Предполагается, что внеплановые облеты будут производиться при аварийных ситуациях на ЛЭП для определения места и характера повреждений. Сравнение с помощью разработанного программного обеспечения данных, регистрируемых при облетах БПЛА, с данными паспорта - эталона исследуемого объекта позволит принимать оперативные решения по его текущему состоянию: устранять возникшие нарушения, наличие которых может привести к аварийным отказам, или находить места аварий, если их не удалось избежать.
Использование автоматизированной системы для сравнения наиболее значимых параметров, описывающих штатное функционирование исследуемых объектов (ЛЭП и высоковольтных подстанций), позволит также предотвратить несанкционированный отбор мощности из энергосистемы. Анализ таких параметров может быть использован для оптимизации как режимов работы, так и структуры самих исследуемых энергетических объектов.
Такие паспорта должны также включать карты расположения систем защитного заземления высоковольтных подстанций, имеющих ключевое значение для обеспечения безопасности функционирования персонала и оборудования. Причем, такие карты должны быть получены в результате измерений напряженности МП при протекании тока по защитному заземлению. Для этого получения достоверной информации о текущем состоянии системы защитного заземления (СЗЗ) предполагается подсоединять к ней генератор токов и измерять напряженность МП над поверхностью земли. Полученная таким образом карта будет отражать истинное расположение элементов системы защитного заземления. Это даст возможность оценить степень надежности защиты исследуемого объекта системой защитного заземления в различных аварийных режимах короткого замыкания и, при необходимости, разработать рекомендации по восстановлению вышедших из строя участков СЗЗ, а также ее доукомплектованию и модернизации. Полученные таким образом данные о расположении элементов системы защитного заземления вводятся как исходные в разработанное программное обеспечение, позволяющее построить распределения линий равного потенциала и напряженности ЭП на поверхности земли, определить уровни шаговых напряжений и напряжений прикосновения, а также полное сопротивление системы заземления. По данным картинам делаются выводы о надежности существующей системы защитного заземления. При необходимости в рамках выполнения проводимого мониторинга будут даны рекомендации по конструкции и расположению электромагнитных экранов, использование которых позволяет снизить уровни электромагнитных воздействий [7].
Еще одной важной системой, обеспечивающей безопасную работу энергетических объектов, является
их система молниезащиты. С помощью разработанного программного обеспечения по методике [8] будут построены картины распределения вероятности попадания молний на территории высоковольтных подстанций и, при необходимости, даны рекомендации по доукомплектованию и модернизации существующей системы молниезащиты.
С помощью карт распределений напряженностей ЭП и МП при работе ЛЭП и высоковольтных подстанций, полученных в результате измерений и проведенных расчетов напряженностей ЭП и МП, а также достоверных карт системы защитного заземления и молниезащиты должны быть составлены планы безопасного перемещения технического персонала высоковольтных подстанций, а также расположения оборудования, особо чувствительного к возможным электромагнитным воздействиям, на их территории.
Для разработки системы мониторинга безопасности объектов энергетической системы необходимы методики расчета напряженности ЭП и МП. Причем, при отсутствии персонала в зоне действия ЭП могут быть применены аналитические методы.
Основным параметром, характеризующим электромагнитное поле ЛЭП, который не зависит от вида нагрузки ЛЭП, является напряженность ЭП. Остановимся подробнее на принципах, которые легли в основу программного обеспечения, разработанного для реализации предлагаемой методики комплексного мониторинга объектов энергетической системы.
Аналитические методы расчета ЭП ЛЭП.
Для использования аналитических методов при расчете напряженности электрического поля ЛЭП должны быть приняты следующие допущения:
• провода ЛЭП полагаются параллельными бесконечно длинными цилиндрами, заряд которых равномерно распределен вдоль их осей;
• напряжение на проводах ЛЭП изменяется по синусоидальному закону с частотой 50 Гц;
• сдвиг фаз во времени между напряжениями проводов ЛЭП равняется 120°;
• поверхность земли считается плоской, а самая земля по отношению к воздуху абсолютно электропроводной и имеющей нулевой потенциал;
• наличие опор, сооружений, технических и биологических объектов в зоне ЛЭП не учитывается;
• наличие дополнительных тросов (грозозащитных, компенсационных, и т.п.) не учитывается;
• считается, что проводы ЛЭП находятся в воздухе с относительной диэлектрической проницаемостью, равной ее = 1;
• действующие значения напряженности электрического поля определяются у плоскости, которая перпендикулярная направлению проводов ЛЭП, в области наибольшего приближения проводов к земле.
При принятых предположениях значения потенциалов, удельных зарядов и напряженности ЭП могут быть записанные в символической форме для комплексных значений, а электрическое поле представлено как сумма электрических полей проводов ЛЭП и их зеркальных отображений относительно поверхности земли [9, с. 84, 93].
На рис. 1 показанные типовые случаи расположения проводов ЛЭП.
Если провода ЛЭП расщеплены, эквивалентный радиус провода рассчитывается по формуле [9, с. 42]:
г =
(м-грь • аМ-1 ^
• грк •а
где М - количество расщепленных проводов фаз ЛЭП; грК - радиус сечения проводов фаз ЛЭП [м]; а -радиус окружности, по которой располагаются провода расщепленных фаз ЛЭП [м].
В общем случае произвольного расположения проводов ЛЭП, значение емкости на единицу длины рассчитывается по формуле [10, с. 96]:
2лег£,
0
1п
VК • • К 3
'г12 • г23 • г31
г
3г12' • г23'
г31'
где к\, К2, К3 - расстояния от поверхности земли до каждого из проводов ЛЭП; г12, г23, г31 - расстояния между проводами ЛЭП; г^, г23-, г31 - расстояния между проводами ЛЭП и их зеркальными отображениями.
Рис. 1. Типовые случаи расположение проводов ЛЭП
В случае вертикального расположения проводов ЛЭП, как показано на рис. 1,а, емкость ЛЭП на единицу длины рассчитывается по формуле:
2
г
в
Сс
2жегЕ§
1п
гвъ4г
к ■ • (к ■ + Б) • (к ■ + 2Б)
тш ^ тш ^ ^ тш ^
1И
+ Б) • (2к ■ + 2Б) • (2к ■ + 3Б)
Ш1П -1 4 Ш1П у 4 Ш1П у
где Б - расстояние между проводами ЛЭП [м]; кшт -минимальное расстояние проводов ЛЭП до земли (кШln = тт{кь к2, к3}) [м]; ег - относительная диэлектрическая проницаемость среды (воздух), в котором находятся провода ЛЭП; е0 = 0.885-10-9 Ф/м - электрическая постоянная.
В случае горизонтального расположения проводов ЛЭП, как показано на рис. 1,6, емкость ЛЭП на единицу длины рассчитывается по формуле [10, с. 96]:
2жЗуЗо
Сс =-
1п
2к ■ • Б
(4кШт
+ Б 2) •д/кШ
+ Б 2
В случае расположения проводов ЛЭП в вершинах равностороннего треугольника, как показано на рис. 1,е, емкость ЛЭП на единицу длины рассчитывается по формуле:
2яеге0
Сс =-
1п
2Б
кШп • (кщп + Б/з/2)
У^кШп + Б2) •[(2кШ;п + Бл/3/2)2 + Б2/4]
Комплексные величины азимутальной и аксиальной компонент напряженности ЕП ЛЭП в точке Р(хр, ур) (рис. 1,а) рассчитываются по формулам [9, с. 68]:
• , ч ирк • СС
Ех (хР, Ур ) = -г-х
2леге0
(х1 - хр )2 + (к1 + ур )2 (( - хр )2 + (к1 - ур )2
Х2 — Хр Х2 — Хр
1 + ,
.73
1
2 - 7 2
(х2 - ХР)2 + (к2 + Ур у (х2 - ХР у + (к2 - Ур )2
Х3 Хр Х3 Хр
(х3 - ХР )2+(кз + Ур ) (хз - ХР)2 + (кз- Ур )2
• ирк • сс
Еу (ХР, Ур ) = ^-х
2пегЕ0
к + Ур
к - Ур
(х1 - хр )2+(к1 + ур )2 (х1 - хр )2+(к1 -ур)
к2 + Ур +_к
-2+Д 22
-Ур
73
I-7 2
(х2 -ХР)2 +(к2 + УР)2 (х2 -ХР) + (к2 -Ур)2 кз + Ур + кз- Ур
_ (хз- хр ) + (кз + Ур ) (хз- ХР)2 + (кз- Ур )2 Действующее значение напряженности электрического поля в точке Р(хр, ур) рассчитывается по формуле:
Е(хр, ур) = ^Х^^^Ур^^^у^хр^Ур^,
где |Ех (Хр, ур )|, |Еу (хр, ур )| - модули комплексных
величин азимутальной и аксиальной компонент напряженности ЭП ЛЭП в точке Р(хр, ур).
На основе данных формул было разработано программное обеспечение, позволяющее рассчитать напряженности ЭП в окрестности ЛЭП. Сравнение распределений действующих значений напряженности ЭП
ЛЭП, рассчитанных с помощью данного программного обеспечения, с данными [11], приведены на рис. 2,а, 3,а и 2,6, 3,6 соответственно. На рис. 4,а и 4,6 показано такое же сравнение с данными [12].
1.51-
0.5
-°00
-75 -50
-25 0
х, м
а
25
50
75
100
1.5-кУ/т
к 1См 1 "3.»
/ 1
\ V
75 111 100
б
Рис. 2. Рассчитанные зависимости напряженности ЭП в сечении, перпендикулярном проводам ЛЭП 150 кВ на расстоянии 1 м от поверхности земли
2
1.5
0.5
-°00
-75 -50 -25 0 25 50 75 100
х, м а
б
Рис. 3. Рассчитанные зависимости напряженности ЭП в сечении, перпендикулярном проводам ЛЭП на расстоянии 3 м от поверхности земли
3
г
г
+
X
+
+
X
1
10
■25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
x, м
Distance j
б
Рис. 4. Рассчитанные зависимости напряженности ЭП в сечении, перпендикулярном проводам ЛЭП 500 кВ на расстояниях 0.5 м, 1 м, 1.5 м от поверхности земли
Выводы.
1. Предложена методика комплексного автоматизированного мониторинга ЛЭП и высоковольтных подстанций, представляющих собой ключевые элементы системы энергоснабжения Украины.
2. Разработано и протестировано программное обеспечение, предназначенное для расчета ЭП в окрестности ЛЭП. Данное программное обеспечение необходимо для навигации БПЛА - основного элемента описанной системы мониторинга, а также для оценки электрических параметров исследуемых энергетических объектов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Арбузов Р.С., Овсянников А.Г. Современные методы диагностики воздушных линий электропередачи. Новосибирск: Наука, 2009. - 136 с.
2. Skarbek L., Zak A., Ambroziak D. Damage detection strategies in structural health monitoring of overhead power transmission system // 7th European Workshop on Structural Health Monitoring (EWSHM), July 8-11, 2014. La Cité, Nantes, France. pp. 663-670.
3. Li L. The UAV intelligent inspection of transmission lines // Proceedings of the 2015 International Conference on Advances in Mechanical Engineering and Industrial Informatics, 2015. pp. 1542-1545. doi: 10.2991/ameii-15.2015.285.
4. Geraldo J. Adabo. Unmanned aircraft system for high voltage power transmission lines of Brazilian electrical system //
AUVSI Unmanned Systems. - vol.1. - pp. 1556-1563. 12-15 August 2013, Washington, DC, USA. ISBN 78-1-62993-324-5.
5. Патент РФ № 2421746, МПК G01R31/08. Способ диагностики высоковольтной линии электропередачи / Качесов В.Е., Лебедев Д.Е. - БИ № 17, 2011.
6. Патент РФ № 2483314, МПК G01R31/08. Способ аэродиагностики высоковольтной линии электропередачи / Ка-чесов В.Е., Лебедев Д.Е. - БИ № 15, 2013.
7.Щерба А. А., Резинкина М.М. Моделирование и анализ электрических полей энергетических объектов. - К.: Науко-ва думка, 2008. - 248 с.
8. Резинкина М.М. Методика расчета прогнозируемого числа поражений молнией протяженных объектов // Журнал технической физики. - 2008. - Т.78. - №5. - С. 1-7.
9. Бессонов В.А. Электромагнитная совместимость: Учебное пособие. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000. - 80 с.
10. Демирчян К.С., Нейман Л. Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники: в 3-х т. Т.3. -М.: Изд.-во «Питер», 2006. - 377 с.
11. Tzinevrakis A.E., Tsanakas D.K., Mimos E.I. Analytical Calculation of the Electric Field Produced by Single-Circuit Power Lines // IEEE Transactions on Power Delivery. - vol.23. - no.3. - pp. 1495-1505. doi: 10.1109/tpwrd.2008.916748.
12. Anamarija Juhas, Miodrag Milutinov, Neda Pekaric-Nad. Primena Monte Karlo metode za procenu merne nesigurnosti proracuna elektricnog i magnetskog polja nadzemnih i podzemnih vodova. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://deet.ftn.uns.ac.rs/files/tehres/TR_2012_Juhas_Milutinov_ Pekaric.pdf.
REFERENCES
1. Arbuzov R.S., Ovsyannikov A.G. Sovremennye metody diagnostiki vozdushnykh linii elektroperedachi [Modern methods of diagnostics of overhead power lines]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2009. 136 p. (Rus).
2. Skarbek L., Zak A., Ambroziak D. Damage detection strategies in structural health monitoring of overhead power transmission system. 7th European Workshop on Structural Health Monitoring (EWSHM), July 8-11, 2014. La Cité, Nantes, France. pp. 663-670.
3. Li L. The UAV intelligent inspection of transmission lines. Proceedings of the 2015 International Conference on Advances in Mechanical Engineering and Industrial Informatics, 2015. pp. 1542-1545. doi: 10.2991/ameii-15.2015.285.
4. Geraldo J. Adabo. Unmanned aircraft system for high voltage power transmission lines of Brazilian electrical system. AUVSI Unmanned Systems, vol.1, pp. 1556-1563, 12-15 August 2013, Washington, DC, USA. ISBN 78-1-62993-324-5.
5. Kachesov V.E., Lebedev D.E. Sposob diagnostiki vyisoko-voltnoy linii elektroperedachi [A method for diagnosing a highvoltage power lines]. Patent Russian Federation, no. 2421746, 2011. (Rus).
6. Kachesov V.E., Lebedev D.E. Sposob aerodiagnostiki vy-isokovoltnoy linii elektroperedachi [Air diagnostic method of high voltage transmission lines]. Patent Russian Federation, no. 2483314, 2013. (Rus).
7. Shcherba A.A., Rezinkina M.M. Modelirovanie i analiz elektricheskih poley energeticheskih ob'ektov [Modeling and analysis of electric field energy facilities]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 2008. 248 p. (Rus).
8. Rezinkina M.M. Technique for predicting the number of lightning strokes to extended objects. Technical physics, 2008, vol.53, no.5, pp. 533-539. doi: 10.1134/s1063784208050010.
9. Bessonov V.A. Elektromagnitnaya sovmestimost [Electromagnetic compatibility]. Khabarovsk, DVGUPS Publishing house, 2000. 80 p. (Rus).
10. Demirchian K.S., Neiman L.R., Korovkin N.V., Chechurin V.L. Teoreticheskie osnovyi elektrotehniki. Tom 3 [Theoretical foundations of electrical engineering. Vol. 3]. Moscoe, Piter Publ., 2006. 377 p. (Rus).
а
11. Tzinevrakis A.E., Tsanakas D.K., Mimos E.I. Analytical Calculation of the Electric Field Produced by Single-Circuit Power Lines. IEEE Transactions on Power Delivery, vol.23, no.3, pp. 1495-1505. doi: 10.1109/tpwrd.2008.916748.
12. Anamarija Juhas, Miodrag Milutinov, Neda Pekaric-Nad. Primena Monte Karlo metode za procenu merne nesigurnosti proracuna elektricnog i magnetskog polja nadzemnih i podzemnih vodova. Available at: http://deet.ftn.uns.ac.rs/files/tehres/TR 2012 Juhas Milutinov Pekaric.pdf (Accessed 12 September 2013). (Srb).
Поступила (received) 16.10.2015
Сокол Евгений Иванович1, д.т.н., проф., член-корр. НАНУ,
Резинкина Марина Михайловна2, д.т.н.., в.н.с.,
Гриб Олег Герасимович1, д.т.н., проф.,
Васильченко Владимир Иванович3, начальник управления
технических средств управления,
Зуев Андрей Александрович1, к.т.н., доц.,
Бортников Александр Викторович', инженер,
Сосина Елена Владимировна1, аспирант,
1 Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», 61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21,
e-mail: [email protected]
2 Государственное учреждение «Институт технических проблем магнетизма Национальной академии наук Украины», 61106, Харьков, ул. Индустриальная, 19,
e-mail: [email protected]
3 ГП «НЭК «Укрэнерго», 01032, Киев, ул. С. Петлюры, 25,
тел/phone +38 044 2383015, е-mail: [email protected]
E.I. Sokol1, M.M. Rezinkina2, O.G. Gryb1, V.I. Vasilchenko3, A.A. Zuev\ A. V. Bortnikov1, E. V. Sosina1
1 National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 21, Frunze Str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
2 State Institution «Institute of Technical Problems of Magnetism of the NAS of Ukraine»,
19, Industrialna Str., Kharkiv, 61106, Ukraine.
3 NPC «Ukrenergo»,
25, Symona Petliury Str, Kyiv, 01032, Ukraine.
A method of complex automated monitoring of Ukrainian power energy system objects to increase its operation safety.
The paper describes an algorithm of the complex automated monitoring of Ukraine's power energy system, aimed at ensuring safety of its personnel and equipment. This monitoring involves usage of unmanned aerial vehicles (UAVs) for planned and unplanned registration status of power transmission lines (PTL) and high-voltage substations (HVS). It is assumed that unscheduled overflights will be made in emergency situations on power lines. With the help of the UAV, pictures of transmission and HVS will be recorded from the air in the optical and infrared ranges, as well as strength of electric (EF) and magnetic (MF) fields will be measured along the route of flight. Usage specially developed software allows to compare the recorded pictures with pre-UAV etalon patterns corresponding to normal operation of investigated transmission lines and the HVSs. Such reference pattern together with the experimentally obtained maps of HVS's protective grounding will be summarized in a single document - a passport of HVS and PTL. This passport must also contain the measured and calculated values of strength levels of EF and MF in the places where staff ofpower facilities stay as well as layout of equipment, the most vulnerable to the effects of electromagnetic interference. If necessary, as part of ongoing monitoring, recommendations will be given on the design and location of electromagnetic screens, reducing the levels of electromagnetic interference as well as on location of lightning rods, reducing probability lightning attachment to the objects. The paper presents analytic expressions, which formed the basis of the developed software for calculation of the EF strength in the vicinity of power lines. This software will be used as a base at UAV navigation along the transmission lines, as well as to detect violations in the transmission lines operation. Comparison of distributions of EF strength calculated with the help of the elaborated software with the known literature data has been presented also. The difference between the proposed method of monitoring and the existing methods is full automation of the complex control of a number of parameters characterizing the state of the external power grid facilities, as well as its basic electrical parameters. This will be possible due to usage of specially developed software for recognition of optical and infrared images, as well as pictures of lines of equal EF and MF strength. References 12, figures 4. Key words: power line, electric and magnetic fields, automated monitoring, unmanned aerial vehicles.
