Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИЗУЧАЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ 11
Задачи обеспечения работы В Л в условиях метеорологических воздействий. Актуальность темы и постановка задачи исследования 11
Анализ существующих способов и устройств мониторинга промежуточного пролета ВЛ 17
Выводы 28
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И РАСЧЕТ ОЖИДАЕМЫХ
МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ПРОЛЕТ ВЛ 30
Моделирование механического воздействия отложений и ветра на элементы промежуточного пролета ВЛ 30
Модель суммарных механических воздействий на элементы промежуточного пролета ВЛ-110, 500 кВ 38
Анализ ожидаемых механических нагрузок на провода (грозотрос) промежуточного пролета ВЛ 53
Исходные эксплуатационные механические нагрузки 54
Ожидаемые ветровые нагрузки 57
Ожидаемые нагрузки отложений различных видов 59
Ожидаемые гололедно-ветровые нагрузки : 63
Ожидаемые динамические нагрузки пляски проводов 66
Выводы 69
3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМ МОНИТОРИНГА ГОЛОЛЕДНО-ВЕТРОВЫХ
НАГРУЗОК НА ПРОВОДА И ГРОЗОТРОСЫ ПРОМЕЖУТОЧНОГО
ПРОЛЕТА ВЛ 71
Постановка задачи разработки систем мониторинга. Решающее правило для обнаружения воздействий 71
Система мониторинга гололедно-ветровых нагрузок на промежуточный пролет ВЛ 74
Комбинированный обнаружитель отложений на проводе (грозотросе) промежуточного пролета ВЛ 75
Устройство распознавания вида отложений на проводе (грозотросе) промежуточного пролета ВЛ 83
Способ ті устройство обнаружения предвестника пляски провода (грозотроса) промежуточного пролета ВЛ 91
Многоточечная полуавтоматическая система обнаружения гололедно-ветровых нагрузок на провода (грозотросы) ВЛ 96
Адаптивная автоматическая двухпороговая система измерения-обнаружения гололедно-ветровых нагрузок на провода (грозотросы) ВЛ подходов подстанций 98
Выводы 102
4 ОПЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА
ПРОМЕЖУТОЧНОГО ПРОЛЕТА ВЛ 104
Показатели качества обнаружения воздействия на промежуточный пролет ВЛ 104
Показатели качества обнаружения-распознавания вида отложений на провода и грозотросы промежуточного пролета ВЛ 108
Показатели качества обнаружения предвестника пляски провода (грозотроса) промежуточного пролета ВЛ 114
Выводы 116
5 ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА ПРОМЕЖУТОЧНОГО
ПРОЛЕТА ВЛ 117
Техническая реализация 117
Лабораторные и натурные исследования систем мониторинга промежуточного пролета ВЛ 123
5.2.1 Лабораторные исследования систем мониторинга 123
5.2.2 Полигонные и натурные испытания системы мониторинга
промежуточного пролета ВЛ 132
Выводы 140
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 143
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 145
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 163
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 170
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 172
Введение к работе
Актуальность темы. Воздушные линии электропередачи (ВЛ) работают в условиях воздействия на них многочисленных эксплуатационных и метеорологических факторов. Наиболее аварийно-опасными, вызывающими выходы из строя ВЛ, являются экстремальные метеорологические воздействия в виде сочетаний гололедных и ветровых нагрузок на провода и грозотросы ВЛ. Такие сочетания являются случайными метеорологическими явлениями, которые, как правило, одновременно охватывают большие районы, имеют массовый характер и потому приносят значительный материальный ущерб. Аварии при этом составляют более 50% от общего количества повреждений на ВЛ, а продолжительность перерывов в электроснабжении потребителей в связи с этими авариями - более 60% от общей продолжительности всех аварийных отключений. Так, например, в результате аварии в Сочинских электрических сетях ОАО «Кубаньэнерго» в период с 18 по 22 декабря 2001 г. протяженность поврежденных В Л напряжением 0,38-220 кВ составила 2,5 тыс. км, на длительное время, без электроэнергии осталось 320 тыс. чел.
Самым эффективным способом предотвращения гололедно-ветровых аварий является плавка отложений. Эффективность плавки определяется не только режимом плавки, но и своевременностью ее начала и окончания, оптимальной ее длительностью и возможностью регулирования тока плавки. Для удовлетворения этих требований ВЛ должна быть оснащена автоматической телеметрической информационно-измерительной системой мониторинга ВЛ, способной в реальном масштабе времени обеспечивать персонал электросетей информацией о состоянии контролируемых элементов линии и величинах параметров метеорологических воздействий на В Л.
В работе ВЛ рассматривается как пространственно распределенная электромеханическая система, являющаяся, с одной стороны, звеном, передающим электроэнергию, с другой стороны, источником информации об эксплуатационных
изменениях в ней, статических и динамических воздействиях на ее элементы. При этом ВЛ состоит из последовательности отдельных кинематически слабо связанных между собой механических звеньев - анкерных пролетов, каждый из которых состоит из последовательности кинематически сильно связанных промежуточных пролетов (ПП). Для оценки, контроля и прогнозирования состояния В Л и принятия решения о наличии опасности возникновения аварии на ВЛ необходимо обладать информацией о текущем состоянии каждого из ПП ВЛ. Однако целесообразно и достаточно контролировать только те ПП, на которых, по данным опыта эксплуатации при прочих равных условиях, метеорологические воздействия проявляются раньше и нарастают стремительнее, чем на остальных ПП контролируемой линии.
Значительный вклад в разработку теории и техническую реализацию, систем мониторинга гололедно-ветровых нагрузок внесли ученые и инженеры: Р.С. Абжанов, А.А. Аллилуев, Ю.Ж. Байрамгулов, И.А. Будзко, Л.И. Брауде, В.В: Бургсдорф, А.Ф. Дьяков, А.С. Засыпкин, В.Х. Ишкин, A3. Левин, И:И. Левченко, А.Л. Лившиц, B.C. Молодцов, Е.П. Никифоров, P.M. Рудакова, Е.И. Сацук, СЮ. Телегин, Ф.Х. Усманов, И.И. Цитвер.
Однако до сих пор в известных работах системы мониторинга, как правило, не рассматриваются как средства обнаружения воздействия и распознавания его вида, распознавания вида отложений. Они не удовлетворяют практической потребности диспетчерского персонала электросетевых компаний, т.к. не отвечают на вопросы: есть воздействия на В Л или нет; если есть, то какого вида; если есть отложения, то каковы, их вес, вид и форма; если есть ветер, то каковы его сила и направление; есть ли пляска проводов; какова динамика развития этих процессов? Не решена задача разделения гололедно-ветровой нагрузки на гололедную и ветровую. Известных исследований воздействия динамических нагрузок пляски проводов недостаточно для разработки способов и устройств обнаружения пляски, являющейся основной причиной аварий на ВЛ. Не разработаны показатели
качества выполнения этими системами своего функционального назначения, позволяющие сравнивать их между собой.
Целью работы является совершенствование известных и разработка новых способов и устройств мониторинга ВЛ, обеспечивающих обнаружение, измерение и распознавание экстремальных метеорологических воздействий на ее элементы.
В соответствии с целью в работе были поставлены следующие основные задачи:
Определить и систематизировать известные и предложить новые параметры, контролируемые системами мониторинга ПП ВЛ.
Разработать модель механических воздействий ветра и отложений на элементы ПП для определения характера и степени влияния метеопараметров и разработки способов их измерения. Проанализировать ожидаемые статические и динамические нагрузки на провода ПП.
Разработать правило и алгоритм по обнаружению воздействий на элементы ПП и соответствующую структурную схему измерителя-обнаружителя, создать устройства измерения-обнаружения воздействий, распознавания их вида, распознавания вида отложений на проводах ВЛ, обнаружения условий возникновения пляски проводов и грозотросов.
Разработать показатели качества выполнения системами мониторинга своего функционального назначения, учитывающие случайный характер измеряемых параметров.
Предложить варианты технической реализации систем мониторинга и провести их лабораторные и натурные испытания.
Объект исследований - пространственно-распределенный промежуточный пролет ВЛ, оборудованный системой мониторинга экстремальных метеорологических воздействий на его элементы.
Методы и средства исследований. В работе использованы методы статистического синтеза и анализа, элементы теории дискретных функций и матричного исчисления, математического и физического моделирования, а также
методы аналитической механики. При экспериментах использованы методы статистических испытаний реальных систем и их элементов в лабораторных и натурных условиях.
На защиту выносятся следующие положения:
установлено, что для принятия решений по проведению противоаварийных мероприятий достаточно обладать информацией о величинах параметров: гололедно-ветровой, ветровой и гололедной нагрузки на провод, относительного направления и скорости ветра, виде и параметрах колебаний проводов, удельном весе отложений на проводе, стрелах провеса проводов, температуре провода и влажности воздуха в ПП;
разработанная модель механических воздействий позволяет на основе анализа статико-динамических воздействий на элементы ВЛ определять возможные варианты сочетаний этих воздействий и выделять среди них наиболее аварийно-опасные;
разработанная система мониторинга, включающая дополнительно систему обнаружения, позволяет принимать объективные решения о наличии аварийно-опасных воздействий и существенно снижает затраты электроэнергии на проведение плавок отложений на проводах (грозотросах) ВЛ;
разработанный измеритель гололедно-ветровой нагрузки на основе V-образной подвески провода (грозотроса) обеспечивает идентификацию гололедной и ветровой нагрузок в отдельности;
предложенный параметр - предвестник пляски провода, определяемый по ускорению провода по оси визирования ВЛ, обеспечивает необходимый резерв времени для проведения противоаварийных мероприятий.
Научная новизна работы:
Сформулированы правило и соответствующий алгоритм по обнаружению и идентификации воздействий.
Введен и определен новый параметр - предвестник пляски провода, являющийся таким сочетанием воздействий отложений и ветра, при котором
возникает продольное ускорение провода, предшествующее возникновению пляски проводов.
Предложены измерительное устройство на основе V-образной подвески провода (грозотроса), позволяющее разделять гололедно-ветровую нагрузку на гололедную и ветровую, и соответствующие алгоритмы его работы.
Разработаны устройства обнаружения отложений, распознавания вида отложений, способ и соответствующее устройство обнаружения предвестника пляски провода, и алгоритмы их функционирования.
5.Предложены показатели качества обнаружения-распознавания воздействия, распознавания вида отложений, обнаружения предвестника пляски.
Практическая ценность работы. Разработана и экспериментально проверена система мониторинга ПП ВЛ, автоматически, дистанционно, в реальном масштабе времени измеряющая и обнаруживающая воздействия на ВЛ, распознающая их вид, распознающая вид отложений и обнаруживающая предвестник пляски провода. Внедрение этой системы позволяет проводить автоматическую адаптивную управляемую плавку отложений на проводах (грозотросах) В Л с оптимизацией режима и времени проведения плавки, повышая таким образом устойчивость ВЛ и снижая затраты электроэнергии на плавку.
Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты диссертации использованы в проекте внедрения на ВЛ-110 кВ №424 «Лйтейная-Антиповская» филиала ОАО «Волгоградэнерго» Камышинские электрические сети системы мониторинга гололедно-ветровых нагрузок на ВЛ в 2006-2007 гг. и в НИОКР «Автоматическая телеметрическая система мониторинга контактной сети на участке Абганерово-Привольный Приволжской железной дороги» в 2007 г.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на: III Всероссийской конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (КТИ, г. Камышин, 20-22 апреля 2005 г.); VI Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими» (НПИ, г. Новочеркасск, 21 апреля 2006 г.);
Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (ГПУ, г. Томск, 17-19 мая 2006 г.); IV Всероссийской конференции «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» (КТИ, г. Камышин, 18-20 октября 2006 г.); ХПІ Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, г. Москва, 1-2 марта 2007 г.)
Публикации. Результаты, обобщенные в диссертации, опубликованы в 13 печатных работах, в том числе в патенте РФ на изобретение. Объем публикаций — 4,5 п.л., из них 3,1 п.л. принадлежит лично соискателю.
Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и 3 приложений; содержит 173 страницы, в том числе 44 рисунка и 19 таблиц. Список использованных источников включает 134 наименования.
