CC BY
6УДК 621.316.544:621.315.1.004.631:338.436.33
ПРОБЛЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, ПИТАЮЩИХ АПК
Кожевников В.Е., Зацепина В.И. ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет»
Аннотация: Описана проблема дистанционного определения места повреждения на магистральных воздушных линиях электропередачи с изолированной нейтралью, питающих агропромышленный комплекс (АПК). Влияние емкостных токов в линии не позволяет определять расстояние дистанционным способом. Предложен вариант использования беспилотного летательного аппарата с дополнительным установленным оборудованием для зондирования линий во время повреждения. Проведен обзор существующих способов определения места повреждения на линиях с изолированной нейтралью. Проанализирован прибор для зондирования линий электропередач, используемый при осмотре линий ремонтной бригадой. Разработан алгоритм по доработке программы движения беспилотных летательных аппаратов, применяемых на линиях электропередач для проведения периодических осмотров. В алгоритме учтены варианты нахождения повреждения, как на прямом участке линии, так и на ответвлении. Приведены недостатки предложенного варианта беспилотного летательного аппарата с установленным на него специальным оборудованием.
Ключевые слова: определение места повреждения, воздушные линии электропередач, изолированная нейтраль, надежность системы электроснабжения, беспилотный летательный аппарат.
Введение. Из всего многообразия элементов системы электроснабжения, самым ненадежным элементом являются линии электропередач (ЛЭП), особенно воздушные. Существуют различные типы линий - простые радиальные и магистральные. На длинных магистральных линиях проблема определения места повреждения (ОМП) наиболее значима, особенно если нейтраль - изолирована. При наличии множества ответвлений поиск еще более затрудняется. Чтобы увеличить надежность линий, необходимо уменьшить время ремонта. Для этого необходимо уменьшить временные затраты на поиск повреждения. Для электроснабжения АПК применяются линии 6-35 кВ с изолированной нейтралью [2]. Обычно расстояния до повреждения определяют методом, основанным на измерении аварийных значений тока и напряжения. При возникновении замыкания одной из фаз линии на землю, появляются ёмкостные токи в данной линии и во всех соседних, что усложняет задачу и мешает дистанционно определить расстояние.
Цель исследования - найти решение, которое позволит автоматически искать поврежденный участок с применением беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Для этого необходимо решить задачу установки на беспилотный аппарат специального измерительного прибора для зондирования линий и поиска повреждения. Далее, необходимо будет модифицировать навигационную программу БПЛА, предложив алгоритм действий, зависящий от получаемых данных от прибора.
Материалы и методы. Рассмотрим уже существующие способы определения повреждения на воздушных линиях с изолированной нейтралью. Каждый из них направлен на дистанционное ОМП. и предусматривает свой вариант решения проблемы [4,6,7]. Но все эти способы сложны и их трудно реализовать на практике. Поэтому и был предложен вариант, предполагающий осмотр линий электропередач с помощью БПЛА со специальным оборудованием.
Есть приборы, определяющие на направление токов, протекающих в линии. Они способны измерить нарастание или уменьшение этих значений. Ремонтная бригада использует их и перемещается вдоль линии. Рабочий персонал предлагается заменить летательным аппаратом. Скорость его передвижения выше. Кроме того, ему не мешает неровность рельефа. Исходя из этого, предлагается установка данного прибора на БПЛА, с помощью которого он автоматически должен искать повреждения. Данные с прибора должны поступать на микроконтроллер беспилотного аппарата.
Результаты и их анализ. На многих подстанциях и линиях электропередачи используются БПЛА с автоматической навигацией и заложенной в них траекторией движения [1,5]. Для каждой линии существует своя траектория движения, но в целом осмотр лини проходит от начала до конца и по каждому ответвлению [3]. Чтобы аппарат знал, где ему нужно остановиться и отметить в цифровую память координаты поврежденного места, выше и был предложен вариант установки дополнительного оборудования, реагирующего на ток. Однако простого объединения недостаточно. Необходимо внести корректировки в программу для осмотра ЛЭП. Для этого был создан алгоритм использования данных зонда для направления движения. Он представлен на рисунке 1 .Измеряемые данные поступают из зондирующего прибора в систему управления БПЛА и влияют на его действия.
Вводными данными являются координаты движения X и У, показания измеряющего ток зонда Р и данные из БПЛА о положении над развилкой линии Я (принимает значение 0 или 1). Переменные Б и А являются вспомогательными. Алгоритм построен на том, что в тот момент, когда БПЛА пролетит мимо повреждения, произойдет снижение измеренного пробором значения тока. Тем самым, введенные в начале цикла координаты будут записаны в память беспилотника. Так цикл будет выполняться каждый раз при пролете летательным аппаратом расстояния в 1 м. Здесь также учтена возможность того, что повреждение может возникнуть не только на прямом участке линии, но и на месте подключения отпайки.
Если повреждение будет именно в этом месте, то в каком бы направлении не было заданно движение, уменьшение показания тока будет определено правильно и аппарат должен остановиться. Далее, уже имея все необходимые данные, аппарат их может передать на подстанцию.
Рисунок 1 - Алгоритм движения БПЛА по данным зонда
Выводы. Предложенный вариант программы позволит определять повреждения на воздушных линиях 6-35 кВ с отклонением в 1-2 м от поврежденного участка. Также способ применим и для линий с глухозаземлённой нейтралью, но в этом случае его стоит комбинировать с дистанционными способами, которые в этом случае хорошо работают.
Достоинством предложенного аппарата является автоматический поиск без ручного управления со стороны. Получив данные с места повреждения, ремонтная бригада уже будет заранее знать, что необходимо устранить и тем самым, можно сократить временные затраты на подготовку. К недостаткам относятся все проблемы применения беспилотных летательных аппаратов, например невозможность использования при плохих погодных условиях. Также существует влияние помех от двигателей аппарата на показания установленного прибора. Поэтому при проектировании, необходимо учесть их влияние или ослабить их действие.
Список использованных источников:
1. Виноградов А.В., Васильев А.Н., Семенов А.Е. и др. Анализ времени перерывов в электроснабжении сельских потребителей и методы его сокращения за счет мониторинга технического состояния линий электропередачи // Вестник ВИЭСХ. 2017. №2 (27). С. 3-11.
2. Виноградов А.В., Лансберг А.А., Сорокин Н.С. Характеристика электросетевых компаний по количеству и протяженности линий электропередачи, мощности подстанций // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2022. №2 (47). С. 31-41.
3. Виноградов А.В., Синяков А.Н., Семенов А.Е. Компьютерная программа по выбору системы мониторинга технического состояния воздушных линий электропередачи // Агротехника и энергообеспечение. 2016. № 3 (12). С. 52-61.
4. Козлов В.К., Киржацких Е.Р., Гиниатуллин Р.А. Исследование влияния переходного сопротивления на определение места однофазного замыкания на землю в распределительных сетях с изолированной нейтралью // Вестник Чувашского университета. 2019. №1. С. 39-46.
5. Пугачева Е.А., Рогозина Д.А. Разработка методики использования летательного аппарата для диагностики объектов энергетики // Ученые Омска - Региону. 2018. С.38-42.
6. Солдатов В.А., Полонский В.А. Определение места повреждения в электрических сетях 35 кВ по уравнениям относительно токов // Актуальные проблемы энергетики АПК. 2019. С. 198-201.
7. Солдатов В.А., Яблоков А.С. Определение повреждений в сетях 35 кВ по наведенному напряжению на антеннах при нагрузке // Известия Горского государственного аграрного университета. 2016. №3. С. 121-126.
References:
1. Vinogradov A.V., Vasil'ev A.N., Semenov A.E. i dr. Analiz vremeni pereryvov v elektrosnabzhenii sel'skih potrebitelej i metody ego sokrashcheniya za sehet monitoringa tekhnicheskogo sostoyaniya linij elektroperedachi // Vestnik VIESH. 2017. №2 (27). 3-11 (In Russian).
2. Vinogradov A.V., Lansberg A.A., Sorokin N.S. Harakteristika elektrosetevyh kompanij po kolichestvu i protyazhennosti linij elektroperedachi, moshchnosti podstancij // Elektrotekhnologii i elektrooborudovanie v APK. 2022. №2 (47). 31-41 (In Russian).
3. Vinogradov A.V., Sinyakov A.N., Semenov A.E. Komp'yuternaya programma po vyboru sistemy monitoringa tekhnicheskogo sostoyaniya vozdushnyh linij elektroperedachi // Agrotekhnika i energoobespechenie. 2016. № 3 (12). 52-61 (In Russian).
4. Kozlov V.K., Kirzhackih E.R., Giniatullin R.A. Issledovanie vliyaniya perekhodnogo soprotivleniya na opredelenie mesta odnofaznogo zamykaniya na zemlyu v raspredelitel'nyh setyah s izolirovannoj nejtral'yu // Vestnik Chuvashskogo universiteta. 2019. №1. 39-46 (In Russian).
5. Pugacheva E.A., Rogozina D.A. Razrabotka metodiki ispol'zovaniya letatel'nogo apparata dlya diagnostiki ob"ektov energetiki // Uchenye Omska - Regionu. 2018. 38-42 (In Russian).
6. Soldatov V.A., Polonskij V.A. Opredelenie mesta povrezhdeniya v elektricheskih setyah 35 kV po uravneniyam otnositel'no tokov // Aktual'nye problemy energetiki APK. 2019. 198-201 (In Russian).
7. Soldatov V.A., Yablokov A.S. Opredelenie povrezhdenij v setyah 35 kV po navedennomu napryazheniyu na antennah pri nagruzke // Izvestiya Gorskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2016. №3. 121-126 (In Russian).
Кожевников Владимир Евгеньевич, магистр направления «Электроэнергетика и электротехника» ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет», email: vovchik. e.k123@ yandex. ru Зацепина Виолетта Иосифовна, доктор технических наук, доцент Липецкий государственный технический университет, г. Липецк, Российская
Федерация
THE PROBLEM OF DETERMINING THE LOCATION OF DAMAGE ON THE MAIN OVERHEAD POWER LINES WITH AN ISOLATED NEUTRAL SUPPLYING THE AGRO-
INDUSTRIAL COMPLEX
Kozhevnikov V.E., Zacepina V.I.
Abstract: The problem of remote determination of the location of damage on the main overhead power lines with isolated neutral supplying the agro-industrial complex is described. The influence of capacitive currents in the line does not allow determining the distance by remote way. A variant of using an unmanned aerial vehicle with additional installed equipment for probing lines during damage is proposed. A review of the existing methods for determining the location of damage on lines with an isolated neutral has been carried out. The device for sounding power lines, used when inspecting the lines by the repair team, is analyzed. An algorithm has been developed to refine the program for the movement of unmanned aerial vehicles used on power lines for periodic inspections. The algorithm takes into account the options for finding damage both on the straight section of the line and on the branch. The shortcomings of the proposed version of an unmanned aerial vehicle with special equipment installed on it are given.
Keywords: location of damage, overhead power lines, isolated neutral, reliability of the power supply system, unmanned aerial vehicle
Kozhevnikov Vladimir Evgenievich, student of the direction "Electric power engineering and electrical engineering", e-mail: vovchik.e.k123@yandex.ru Zacepina Violetta Iosifovna, Dr.Sc.(Eng.), associate professor Lipetsk State Technical University, Lipetsk, Russian Federation
