CC BY
26
УДК 621.311
Иван Владимирович Игнатенко Ivan V. Ignatenko
кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Системы электроснабжения», Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск, Россия
Сергей Анатольевич Власенко Sergey A. Vlasenko
кандидат технических наук, доцент кафедры «Системы электроснабжения», Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск, Россия
Анастасия Игоревна Пухова Anastasia I. Pukhova
аспирант кафедры «Системы электроснабжения», Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск, Россия
Алексей Александрович Казакул Alexey A. Kazakul
кандидат технических наук, главный специалист, Группа электрических режимов и анализа системной надежности, Ситуационно-аналитический центр, Управление оперативно-технологического и ситуационного управления, АО «ДРСК», Благовещенск, Россия
DOI: 10.17122/1999-5458-2022-18-1-24-32
ВНЕДРЕНИЕ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ АВАРИЙНО ДОПУСТИМЫХ ТОКОВ В ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Актуальность
Рассматриваются проблемы проведения расчетов протекающих токов по линиям электропередачи. Предложено на основе алгоритма проведения расчетов разработать программный комплекс по определению аварийно допустимых токов линий электропередачи. Составлена модель работы участка линии, сформирована база данных марок проводов, а также разработана специальная форма по внесению данных пролетов. Приведены основные характеристики работы предложенной программы и оценены возможности использования расчетов. Предложено на основе полученных результатов проведенной научной работы производить оценку объемов сетевого строительства электроэнергетического комплекса России.
24 -
Electrical and data processing facilities and systems. № 1, v. 18, 2022
Цель исследования
Формирование программного продукта выполнено в соответствии с параметрами режима работы проводов по техническому заданию компании АО «ДРСК».
Методы исследования
Произведен перенос физических процессов, смоделированных математической моделью на основе метода Рунге-Кутты, в программную среду «1С:Предприятие». Полученный программный продукт внедрен в производство.
Результаты
Получен программный продукт на специальной универсальной платформе, обеспечивающий легкость и удобность в проведении расчетов аварийно допустимых токов для линий электропередачи с учетом текущих эксплуатационных условий.
Ключевые слова: воздушная линия электропередачи, стрела провеса, допустимая температура, длительно допустимая токовая нагрузка, математическая модель
IMPLEMENTATION OF A SOFTWARE PRODUCT FOR THE DETERMINATION OF EMERGENCY PERMISSIBLE CURRENTS IN POWER LINES
Relevance
The problems of carrying out calculations of flowing currents along power lines are considered. Based on the calculation algorithm, it is proposed to develop a software package for determining the emergency-permissible currents of power transmission lines. A model of the operation of the line section has been compiled, a database of wire brands has been formed, and a special form has been developed for entering span data. The main characteristics of the work of the proposed program are given and the possibilities of using the calculations are evaluated. Based on the obtained results of the scientific work carried out, it is proposed to assess the volume of network construction of the electric power complex of Russia.
Ат of research
The formation of the software product was carried out in accordance with the parameters of the operating mode of the wires according to the terms of reference of the DRSK JSC.
Research methods
The transfer of physical processes modeled by a mathematical model based on the Runge-Kutta method into the 1C:Enterprise software environment has been carried out. The resulting software product is put into production.
Results
A software product was obtained on a special universal platform, which provides ease and convenience in calculating emergency allowable currents for power lines, taking into account current operating conditions.
Keywords: оverhead power line, sag, allowable temperature, long-term allowable current load, mathematical model
Благодарности: Работа выполнена в рамках научно-исследовательской работы «Разработка методики для определения аварийно-допустимых токов для ВЛ110 кВ» по договору между АО «ДРСК» и Дальневосточным государственным университетом путей сообщения.
Введение
Обеспечение существующих схем электроснабжения ставит задачу по передаче больших мощностей электрической
энергии, что требует строительства новых
линий электропередачи либо пересмотра
режима работы существующих линий.
Увеличение мощности потребителей тре-
- 25
и системы. № 1, v. 18, 2022
бует режима повышенной нагрузки линии электропередачи (ЛЭП), при которой величина тока может достигать аварийной. Использование таких режимов вместо строительства дополнительных линий и реконструкции сети связано с большой стоимостью и плановыми ремонтами в электросетевом комплексе.
Для создания средств мониторинга и контроля необходимо разработать математическую модель, которая позволит определять температуру провода и аварийно допустимые токи в определённых эксплуатационных условиях, т.е. при определённой температуре воздуха и режиме работы электрической сети, оперативно и точно. Авторами проведены экспериментальные и теоретические расчёты, что подтверждается полученной математической моделью [1]. На основе математической модели разработана программа на основе «1С. Предприятие» для унификации ввода справочной информации, определения достаточных исходных данных, а также возможности получения необходимых расчетных значений аварийно допустимых токов нагрузки (АДТН) для определенного участка ЛЭП. Кроме того, авторами проведена технико-экономическая оценка предлагаемого программно-аппаратного комплекса АДТН.
Актуальность уточнения параметров аварийно допустимых токов нагрузки для проведения технико-экономического обоснования результатов данных научно-исследовательской работы состоит в следующем. Собственники оборудования и воздушных кабельных линий должны предоставлять информацию в диспетчерские центры Системного Оператора об АДТН [2, 3] для основного оборудования, в том числе и для воздушных и кабельных линий для длительности до 10 с, до 1 мин и до 20 мин.
При этом превышение АДТН при расчётных возмущениях как до 20 мин, так и более 20 мин является основанием для реализации мероприятий по сетевому
строительству (усилению сетей), так и для реализации систем противоаварий-ной автоматики (ПА).
Важно отметить, что для трансформаторов уже выпущен документ [4], определяющий способ оценки АДТН для продолжительности от 20 с до 24 ч и без ограничения по времени, а для воздушных линий (ВЛ) и кабельных линий (КЛ) такой методики, утверждённой Минэнерго России, на текущий момент нет.
Таким образом, собственники сетевого оборудования должны самостоятельно оценивать возможности перегрузочной способности ВЛ и КЛ на небольших промежутках времени. В случае, если предприятия электроэнергетики не станут использовать АДТН, они будут вынуждены включать в свои производственные программы мероприятия по усилению сетей и реализации систем противоава-рийной автоматики.
В связи фиксацией несимметричной перегрузки ВЛ 110 кВ в Приморским крае рекомендованы мероприятия по выполнению научной работы по расчету АДТН, установке автоматики ограничения перегрузки оборудования (АОПО) и усилению сети.
Разработка программной среды
для расчета
Необходимость разработки специального программного продукта для определения АДТН продиктована большой протяженностью эксплуатирующихся линий в АО «ДРСК», наличием постоянно получаемой оперативной информации о перетоках в энергосистеме, а также ремонтной и аварийной ситуацией на отдельных участках энергосистемы. Уточнение исходных данных по каждой ЛЭП, а также существование сложных элементов в виде опор, проводов и фиксирующей арматуре усложняют техническое обследование и постоянный контроль параметров этих объектов.
Электротехнические комплексы и системы
Внесение параметров проводов ЛЭП, учет нагрузки в данный момент, уточнение габаритов прохождения трассы линии [5], а также наличие препятствий усложняют расчет оператором [6], а иногда делают невозможным быстрый расчет АДТН, что может привести к возникновению аварийных ситуаций и прекращению электроснабжения потребителей [7].
Поэтому для сокращения времени расчетов, использования в расчетах данных, получаемых в режиме реального времени, поставили задачу по переносу математической модели в удобный пользовательский интерфейс, понятный персоналу электросетевого предприятия.
Автоматизированный ввод исходных данных пролетов ЛЭП, наличие всех характеристик проводов и дополнение их новыми марками, возможность осуществления подбора при необходимости замены, а также внесение корректировок в методику расчета становится необходимым условием обеспечения бесперебойного электроснабжения, а также выполнения графика проведения ремонтных работ [8]. Наличие возможности определять параметры АДТН на разных участках позволит снизить количество отключений на время проведения работ и использовать на максимуме технологические возможности существующей инфраструктуры.
В соответствии с техническим заданием произведен перенос расчетной модели по определению АДТН в программный продукт платформы «1С: Предприятие», порядок работы представлен на рисунке 1.
В начале преобразована расчетная модель в язык программирования платформы «1С: Предприятие». Далее выбраны основные сведения для внесения исходных данных в соответствии с требованиями: формат внесения справочных данных для определения АДТН для диапазона температур от минус 25 °С до
40 °С с шагом 5 °С для характерных климатических условий районов.
На рисунке 2 представлено главное окно программы при начале расчета АДТН. Основой построения расчетной модели и ввода исходных являются результаты теоретических и экспериментальных данных [1].
На основании полученной методики определения провисания провода при сохранении габарита [5] составлена расчетная схема (рисунок 3), где определяются характерные параметры местности, уточняется количество проведения операций расчета.
Произведено обеспечение возможности загрузки исходных данных из MS Excel и результатов расчётов в MS Excel для работы с существующими паспортами объектов ЛЭП, а также передачи данных при техническом обслуживании и ремонте.
Для обеспечения внесения исходных данных разработана форма «Габариты ВЛ» в формате Excel для внесения замеров габаритов ВЛ по каждому пролету ВЛ.
Обеспечена возможность загрузки формы «Габариты ВЛ» в разработанную программу для дальнейшего автоматизированного определения допустимой токовой нагрузки для каждого пролета, при различных климатических условиях с выводом минимального значения допустимой токовой нагрузки по ВЛ с указанием соответствующего пролета.
Реализация возможности внесения данных габаритов пролетов ВЛ непосредственно в программу.
Внесение справочных данных, необходимых для расчета допустимой токовой нагрузки в разработанный программный комплекс по всем типам проводников.
Для ввода специальных характеристик и уточнения расчётных данных при прохождении линии на участке задаются параметры пролета (рисунок 4) и выполняется их сохранение для дальнейшего использования.
Загрузка базы паспортов данных о состоянии пролетов ЛЭП,
паспортов объектов, Форм Габариты ВЛ
Получение данных мониторинга текущих параметров о состоянии рас считываемого пролета с датчиков
Рисунок 1. Порядок работы программы расчета в «1С: Предприятие» Figure 1. Procedure of the calculation program by «1С: Enterprise»
Рисунок. 2. Главное окно при запуске программы расчета Figure 2. Main window when starting the calculation program
Рисунок 3. Расчетная схема при определении аварийно допустимых токов нагрузки
в пролете ЛЭП
Figure 3. Calculation scheme for determining emergency allowable load currents
in the span of power lines
Рисунок 4. Расчетные данные для уточнения габарита пролета ЛЭП Figure 4. Estimated data for clarification of the span dimension of the power transmission line
На основании имеющихся характеристик проводов [6], их физических характеристик и свойств [9] составлена специальная справочная информация (рисунок 5), которая используется при проведении расчета. Реализована также возможность дополнительного внесения других марок проводов, неиспользуемых в настоящее время.
Во время проведения расчетов происходит количественная оценка входных параметров, в зависимости от которых происходит пересчет в соответствии с
математической моделью, пока не достигнет требуемых параметров [10]. Также реализована возможность подбора провода на основании имеющихся параметров [11].
Итогом расчета АДТН является таблица с параметрами, определёнными для выбранной марки провода, по конкретному пролету, а также допустимая продолжительность нагрузки в соответствии с разными климатическими условиями (рисунок 6).
Рисунок 5. Выбор марки провода и расчетных данных Figure 5. Selection of wire brand and calculation data
il<a_ — Конфигурация (1С: Предприятие)
Марка провода Параметры пролета
Отчеты -
Сервис -
И!
Таблица
|~А~| ~ж \ К | Ч I | =: I ± | = = | А » [t
Границы -
Ячеики »
Пропет Марка про вода Допустимая п аодолжитог ьность caipvîKH
-20' -15' -10* -S'
(Тд = SO) АС-7(1'11 До 1С ccKvim 2174 2 114 2053 1 9Î2
<тд = 90) AC-7CÎH 3 вынуты 565 549 533 517
(Тд = В0) AC-7CÎH 20 минут 351 341 331 321
era = ад АС-70П1 Длительно допустимый mote по ПУЗ 37"! 363 352 342
Рисунок 6. Фрагмент результатов расчетных данных АДТН для заданных параметров
Figure 6. Result fragment of the emergency allowable load currents calculation data
for the specified parameters
Выводы
В ходе научной работы произведена разработка метода определения допустимой токовой нагрузки по нагреву проводов ВЛ по условию сохранения механической прочности провода, который в последующем позволил рассчитывать значения допустимых токов для разных интервалов времени.
Результатом теоретических и экспериментальных исследований стал программный продукт для проведения автоматизации расчетов, областью применения которого будет:
— использование полученных аварийно допустимых токовых нагрузок ВЛ для оценки допустимости нормальных,
ремонтных и послеаварийных режимов в условиях эксплуатации;
— использование полученных длительно допустимых и аварийно допустимых нагрузок для линий электропередачи 110 кВ для предоставления подразделениям АО «СО ЕЭС»;
— оценка объёмов дополнительного сетевого строительства при технологическом присоединении потребителей и объектов по производству электрической энергии;
— настройка (расчёт уставок) АОПО для минимизации объёмов отключения потребителей действием противоаварий-ной автоматики.
Список литературы
1. Игнатенко И.В., Власенко С.А., Пухова А.И., Тряпкин Е.Ю., Казакул А.А., Варыгина А.О. Алгоритм контроля токов в ЛЭП в заданных эксплуатационных условиях // Энергия единой сети. 2021. № 3 (58). С. 44-53.
2. Приказ Минэнерго России от 23.07.2012 № 340. URL: https://base.garant. ru/70225816 (дата обращения: 13.01.2022).
3. Приказ Минэнерго России от 13.02.2019 № 102. URL: https://base.garant. ru/72260250 (дата обращения: 13.01.2022).
4. Приказ Минэнерго России от 8 февраля 2019 года N 81 (с изменениями на 28 декабря 2020 года). URL: https://docs.cntd.ru/ document/542642849 (дата обращения: 13.01.2022).
5. Игнатенко И.В., Власенко С.А., Па-зенко Н.П., Пухова А.И., Сунь Юй. Определение предельных токовых нагрузок воздушных линий электропередачи с учетом сохранения их габарита // III Международный научно-образовательный форум «Хэйлунцзян-Приамурье»: сборник материалов Международной научной конференции, Биробиджан, 03 октября 2019 года. Биробиджан: Приамурский государственный университет имени Шолома Алейхема, 2019. С. 663-672.
6. ГОСТ 839-2019. Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи. Технические условия. М.: Стандарт-информ, 2019. 45 с.
7. Шишкина А.С., Сугоровский М.А., Пухова А.И., Игнатенко И.В. Особенности определения аварийно допустимых токов в линиях электропередачи // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. 2021. Т. 2. С. 9-13.
8. Игнатенко И.В., Власенко С.А., Пухова А.И. Обеспечение работоспособности линий электропередачи при проведении плановых и аварийных работ // StudNet. 2021. Т. 4. № 11.
9. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. Новосибирск: Сиб. унив. изд., 2006. 854 с.
10. Сухичев М.И. Физические обоснования при выборе сечения проводов воздушных линий электропередач для нормального режима работы // Научно-технические ведо-
мости Санкт-Петербур-гского государственного политехнического университета. 2016. № 4 (254). С. 77-88.
11. Пазенко Н.П., Пухова А.И., Игнатенко И.В. Разработка математической модели расчёта габарита провода воздушной линии электропередачи для определения предельных токовых нагрузок // Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. 2019. № 2(19). С. 40-43.
References
1. Ignatenko I.V., Vlasenko S.A., Pu-khova A.I., Tryapkin E.Yu., Kazakul A.A., Varygina A.O. Algoritm kontrolya tokov v LEP v zadannykh ekspluatatsionnykh usloviyakh [Algorithm for Monitoring Currents in Power Transmission Lines under Specified Operating Conditions]. Energiya edinoi seti — Energy of a Single Network, 2021, No. 3 (58), pp. 44-53.
2. Prikaz Minenergo Rossii ot 23.07.2012 № 340 [Order of the Ministry of Energy of Russia No. 340 dated July 23, 2012]. URL: https://base.garant.ru/70225816 (accessed 13.01.2022).
3. Prikaz Minenergo Rossii ot 13.02.2019 № 102 [Order of the Ministry of Energy of Russia No. 102 of February 13, 2019]. URL: https://base.garant.ru/72260250 (accessed 13.01.2022).
4. Prikaz Minenergo Rossii ot 8 fevralya 2019 goda № 81 (s izmeneniyami na 28 dekabrya 2020 goda) [Order of the Ministry of Energy of Russia of February 8, 2019 N 81 (as amended on December 28, 2020)]. URL: https:// docs.cntd.ru/document/542642849 (accessed 13.01.2022).
5. Ignatenko I.V., Vlasenko S.A., Pa-zenko N.P., Pukhova A.I., Sun' Yui. Opre-delenie predel'nykh tokovykh nagruzok vozdushnykh linii elektroperedachi s uchetom sokhraneniya ikh gabarita [Deter-mination of the Maximum Current Loads of Overhead Power Lines, Taking into Account the Preservation of Their Dimensions] Sbornik materialov Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii «III Mezhdunarodnyi nauchno-obrazovatel'nyi forum «Khei-luntszyan-Priamur 'e»», Birobidzhan, 03 oktyabrya 2019 goda [Сollection of Materials of the International Scientific Conference III International Scientific and Educational Forum «Heilongjiang-Amur
- 31
Region», Birobidzhan, October 03, 2019]. Birobidzhan, Priamurskii gosudarstvennyi universitet imeni Sholoma Aleikhema, 2019, pp. 663-672.
6. GOST 839-2019. Provoda neizoli-rovannye dlya vozdushnykh linii elektro-peredachi. Tekhnicheskie usloviya [State Standard 839-2019. Bare Wires for Overhead Power Lines. Specifications.]. Moscow, Standartinform, 2019. 45 p.
7. Shishkina A.S., Sugorovskii M.A., Pukhova A.I., Ignatenko I.V. Osobennosti opredeleniya avariino dopustimykh tokov v liniyakh elektroperedachi [Peculiarities of determination of emergency allowable currents in transmission lines]. Nauchno-tekhnicheskoe i ekonomicheskoe sotrudnichestvo stran ATR v XXI veke — Scientific-Technical and Economic Cooperation of Asia-Pacific Countries in the 21st Century, 2021, Vol. 2, pp. 9-13.
8. Ignatenko I.V., Vlasenko S.A., Pu-khova A.I. Obespechenie rabotosposobnosti linii elektroperedachi pri provedenii planovykh i avariinykh rabot [Ensuring the Operability of Power Lines during Scheduled and Emergency Work]. StudNet — StudNet, 2021, Vol. 4, No. 11.
9. Pravila ustroistva elektroustanovok [Rules for Electrical Installations]. 7-e izd. Novosibirsk, Sib. univ. izd., 2006. 854 p.
10. Sukhichev M.I. Fizicheskie obos-novaniya pri vybore secheniya provodov vozdushnykh linii elektroperedach dlya normal'nogo rezhima raboty [Physical Substantiations When Choosing the Cross-Section of Wires of Overhead Power Lines for Normal Operation]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudar-stvennogo politekhnicheskogo universiteta — Scientific and Technical Statements of the St. Petersburg State Polytechnic University, 2016, No. 4 (254), pp. 77-88.
11. Pazenko N.P., Pukhova A.I., Ignatenko I.V. Razrabotka matematicheskoi modeli rascheta gabarita provoda vozdushnoi linii elektroperedachi dlya opredeleniya predel'nykh tokovykh nagruzok [Development of a Mathematical Model for Calculating the Size of an Overhead Power Line Wire to Determine the Limiting Current Loads]. Transport Aziatsko-Tikhookeanskogo regiona — Transport of the Asia-Pacific Region, 2019, No. 2 (19), pp. 40-43.
