CC BY
42
УДК 551.594.221 DOI 10.18635/2071-2219-2016-1-5-8
Мониторинг влияния грозовой активности на электросетевой комплекс с помощью
ГИС-технологий
Э. М. Ходаковский,
Дальневосточная распределительная сетевая компания, специалист по интегрированной системе менеджмента
Электроэнергетика является погодозависимой отраслью: погодные условия, в частности грозовые явления, оказывают прямое влияние на бесперебойное функционирование энергообъектов. В статье обоснована целесообразность проведения грозомониторинга с помощью средств геоинформационных технологий в энергетической отрасли в целях совершенствования методов защиты линий электропередачи от грозовой активности.
Ключевые слова: геоинформационные технологии, ГИС, оперативное управление, мониторинг грозовой активности.
Воздушные линии электропередачи сооружаются на открытой местности и являются уязвимыми для грозовых явлений. Гроза становится причиной изменения нагрузок в системе, приводит к отключениям потребителей в результате повреждений и к финансовым потерям электросетевых предприятий. В настоящее время достаточно резкие отклонения от климатических норм стали часто повторяющимися и носят довольно непредсказуемый характер. В некоторых случаях грозовая активность достигает очень высокой интенсивности, при этом без достоверного заблаговременного прогноза невозможно предотвратить возникновение аварий и сбоев в электроснабжении потребителей [1]. Для предотвращения негативного воздействия и минимизации ущерба необходима интерактивная система мониторинга грозовой активности.
Система грозомониторинга позволит решить две основные задачи, связные с влиянием грозовой активности на электросетевой комплекс, а именно актуализировать методику по расчету грозовой защиты электросетевых объектов при проектировании и определить места повреждения линий. Существующая методика по расчету грозовой защиты опирается на данные карты средней продолжительности гроз, которая на сегодняшний день уже потеряла актуальность (рис. 1) [2]. Расчеты, проведенные по таким данным, являются усредненными и не учитывают существующую статистику по районам. Как таковая актуальная общедоступная карта грозовой активности в России отсутствует.
Вместе с тем набирает популярность такой элемент Smart Grid, как геоинформационная система. С помощью ГИС возможно осуществить пространственную привязку электросетевого комплекса к географической карте, а также увязать его со смежными системами. Общий вид электроэнергетической ГИС представлен на рис. 2.
Рис. 1. Карта грозовой активности юго-востока России
Рис. 2. ГИС с выделенными подстанциями
Существуют геоинформационные системы различной направленности. Одна из них, «Информационная система дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства» (ИСДМ-Рослесхоз), примечательна тем, что включает в себя систему регистрации и хранения данных о молниевых разрядах с целью определения причин пожаров. Данные регистрации молниевых разрядов поступают в оперативном режиме каждый час и хранятся в базах данных ИСДМ-Рослесхоз. Функционирование системы основано на регистрации электромагнитного излучения, генерируемого молниевыми разрядами в нескольких пунктах регистрации, оснащенных станциями регистрации молниевых разрядов. Результаты измерений по каждому молниевому разряду передаются в центр сбора и обработки данных, где производится расчет координат и параметров. Координаты молниевых разрядов рассчитываются пеленгацион-ным методом - по пересечению пеленгов из двух и более пунктов регистрации и уточняются разно-стно-дальномерным (гиперболическим) методом -по пересечению гипербол, образованных разностью времени приема сигналов в трех и более пунктах регистрации. По каждому из молниевых разрядов формируется сообщение, содержащее следующие данные: время возникновения, географические координаты, погрешность расчета координат молниевых разрядов, напряженность электрической составляющей поля (сила и направление тока) [3].
При увязке электроэнергетической ГИС с ИСДМ-Рослесхоз существует возможность проведения грозомониторинга для нужд электроэнергетики в реальном времени без дополнительных затрат.
В целях определения точности действующей карты грозовой активности России была выбрана двухцепная линия 110 кВ «Февральск - Коболдо», находящаяся в управлении филиала «Амурские ЭС». Результаты расчета грозоупорности для опоры П110-4 приведены в табл. 1.
Таблица 1
Расчет удельного числа грозовых отключений для опоры П110-4
Объект - двухцепная ЛЭП «Февральск -Коболдо» Удельное число грозовых отключений
При ударе молнии в опору При ударе молнии в трос При ударе молнии в провод Суммарное значение
Опора П110-4 3,88 1,935 0,071 6
Информация о фактических грозовых отключениях данной линии приведена в табл. 2.
Таблица 2
Данные о грозовых отключениях линии «Февральск - Коболдо»
Объект -двухцепная ЛЭП «Февральск -Коболдо» Количество отключений в 2012 г. Количество отключений в 2013 г. Количество отключений в 2014 г.
Линия 1 5 4 7
Линия 2 3 5 5
Линии 1 и 2 4 3 2
Итого 12 12 14
Сравнив расчетные данные с фактическими, наблюдаем существенное отклонение, связанное с неточными и неактуальными справочными данными.
Согласно РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений», между среднегодовой продолжительностью гроз (часы) и удельной плотностью ударов молнии в землю (1/(км2 - год) существует взаимосвязь, приведенная в табл. 3.
Таблица 3 Соотношение между среднегодовой продолжительностью гроз и удельной плотностью ударов молнии в землю
Среднегодовая продолжительность гроз, ч Удельная плотность ударов молнии в землю п, 1/(км2 год)
10-20 1
20-40 2
40-60 4
60-80 5,5
80-100 7
100 и более 8,5
В результате анализа статистических данных пяти лет составлена актуальная кластерная карта грозовой активности для Селемджинского района Амурской области (рис. 4). Для наглядности принято решение отображать кластеры размером 10x10 км.
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ I щту.епсМт
№ 1 (67) 2016, январь-февраль
| От 10 до 20 часов (1 удар) От 20 до 40 часов (2 удара) От 40 до 60 часов (4 удара) | От 60 до 80 часов (5,5 ударов) | От 80 до 100 часов (7 ударов) Более 100 часов (8,5 ударов)
Рис. 4. Карта грозовой активности
С учетом актуализированных данных был произведен пересчет грозоупорности линии; данные расчета приведены в табл. 4.
Таблица 4
Уточненный расчет удельного числа грозовых отключений для опоры П110-4
Наименование опоры Удельное число грозовых отключений
При ударе молнии в опору При ударе молнии в трос При ударе молнии в провод Суммарное значение
П110-4 7,89 3,99 0,89 13
Из данных в табл. 4 можно сделать вывод, что при использовании актуальных данных о грозовой активности в данном случае результаты расчета отличаются почти в 2 раза и являются более точными и близкими к реальной ситуации. При использовании актуальной карты грозовой активности существует возможность заложить необходимые средства грозозащиты на этапе проектирования.
Определение мест повреждений линий от ударов молнии, как и мест других повреждений, осуществляется с помощью устройств определения мест повреждения, которые подразделяются на нижеследующие.
1. Фиксирующие измерительные приборы на полупроводниковой и микроэлектронной элементной базе, предназначенные для определения мест повреждения при коротком замыкании на землю (однофазном и двухфазном), составляющем 85-90 % всех случаев короткого замыкания на воздушных линиях. Приборы устанавливаются с обеих сторон контролируемой линии. Фиксирующие амперметры, измеряющие токи нулевой последовательности, включаются в нулевой провод трансформатора тока линии. Фиксирующие вольтметры, измеряющие напряжения нулевой последовательности, подключаются к разомкнутому треугольнику трансформатора напряжения линии или системы шин. В настоящее время их выпуск практически прекращен в связи с широким использованием микропроцессорных фиксирующих индикаторов.
2. Микропроцессорные фиксирующие индикаторы, осуществляющие определение мест повреждения при одностороннем измерении параметров аварийного режима (с одного конца линии) при всех видах короткого замыкания с выдачей информации о виде короткого замыкания, поврежденных фазах, расстоянии до места короткого замыкания в километрах, обеспечивают получение дополнительный информации о токах и напряжениях нулевой, обратной и прямой последовательностей, фазных токах и напряжениях. Наиболее совершенные модели микропроцессорных фиксирующих индикаторов (ИМФ-3С, ИМФ-3Р, МИР-3, МИР-Р) предназначены для определения мест повреждения в простой и сложной конфигурации сети, для параллельных маг-нитосвязанных линий и линий с ответвлениями.
3. Цифровые регистраторы аварийных процессов, снабженные для реализации функции определения мест повреждения прикладным программным обеспечением. Для определения мест подверженней необходима регистрация всех фазных напряжений и токов [4]. Точность измерения приборов определения мест повреждения зависит от ряда факторов, основными из которых являются:
- погрешность от используемого алгоритма расчета;
- погрешность от неточного задания параметров линии;
- погрешность от влияния нагрузки в предава-рийном режиме;
- погрешность от неточного учета влияния взаимной индукции с другими линиями;
- погрешность измерительных трансформаторов тока [5].
Согласно нормативной базе ФСК ЕЭС, максимальное значение зоны осмотра линии составляет:
± 15 % от длины линии для линий протяженностью до 50 км;
± 10 % для линий протяженностью от 50 до 100 км;
± 7 % для линий протяженностью от 100 до 300 км;
± 5 % для линий протяженностью от 300 и более км.
Используемая в ИСДМ-Рослесхоз система регистрации молниевых разрядов «Верея-МР» обеспечивает обнаружение разрядов, определение координат и параметров на контролируемой территории и выдачу полученной информации пользователям. Действующая система регистрации молниевых разрядов состоит из 26 пунктов регистрации и обрабатывающего центра. Обмен данными в системе осуществляется посредством электронной почты в сети Интернет. Зоны контроля системы представлены на рис. 5. В целом зоны охватывают площадь в 11 млн км2 с погрешностью местоопределения разряда 3 км [6].
При оперативном управлении ликвидацией технологических нарушений, вызванных грозовой активностью, существует возможность точно и своевременно определять места повреждения воздушных линий при объединении данных регистрации разрядов и системы «Верея-МР». Использование электроэнергетической ГИС совместно с системой мониторинга грозовой активности приведет к минимизации ущерба и
Рис. 5. Зоны контроля системы «Верея-МР»
предотвращению негативного воздействия на электросетевой комплекс такого опасного природного явления, как гроза. Более того, развитие
ГИС-технологий в области грозомониторинга будет способствовать более точному установлению средних многолетних показателей интенсивности гроз и среднего удельного числа грозовых отключений линий, определению текущей интенсивности грозовой деятельности как в настоящий период, так и в текущем сезоне, заблаговременному предупреждению о начале и окончании грозы по трассе прохождения ЛЭП, получению данных о времени, месте и параметрах удара молнии; выявлению мест и территорий с аномально высокой интенсивностью грозовой деятельности для обоснования трассировки ЛЭП, более точному определению перехода импульсного перекрытия в устойчивую дугу и участков ЛЭП, наиболее часто поражаемых молнией, для более обоснованного выбора и повышения эффективности средств мол-ниезащиты.
Литература
1. Лукин А. Грозовая активность и ее мониторинг для нужд электроэнергетики / / Воздушные линии. - 2013. - № 1(10).
2. Правила устройства электроустановок. - СПб.: ДЕАН, 2001. - 928 с.
3. Московенко В. М., Знаменщиков Б. П., Золотарев С. В. Применение системы грозопеленгации «Верея-МР» в интересах электроэнергетики России / / Новое в российской электроэнергетике. - 2012. -№ 2.
4. Машенков В. М. Особенности определения места повреждения на ВЛ напряжением 110-750 кВ. -СПб., 2005. - 47 с.
5. СТО 56947007-29.240.55.159-2013. Типовая инструкция по организации работ для определения мест повреждений воздушных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше. - М.: ОАО ФСК ЕЭС, 2013. - 18 с.
6. Никитин Д. Системы грозопеленгации на страже электросетевого хозяйства / / Энергорынок. -2010. - № 6.
GIS thunderstorm activity monitoring for electrical engineering E. M. Khodakovsky,
Far Eastern Distribution Company, integrated management system specialist
Electrical engineering systems highly depend on environmental and weather conditions. Severe weather such as thunderstorms can affect overhead transmission lines efficiency. In order to improve lightning protection on transmission lines, there is an opportunity of consistent thunderstorm monitoring with use of geographic information technology options. It can minimize costs of transmission lines repairs and maintenance and prevent outage caused by damages.
Keywords: geo-information technology, GIS, operations management, thunderstorm activity monitoring.
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ I wmv.endíni
№ 1 (67) 2016, январь-февраль
