Компьютерная программа по выбору системы мониторинга технического состояния воздушных линий электропередачи

Введение. От технического состояния линий электропередачи (ЛЭП) напрямую зависит надежность электроснабжения потребителей. В процессе эксплуатации на элементы конструкции ЛЭП воздействуют различные факторы (климатические, антропогенные и т.д.), которые могут повреждать элементы ЛЭП и вследствие этого вызывать нарушения электроснабжения потребителей.

Воздушные линии электропередачи являются наиболее аварийным элементом в составе систем электроснабжения потребителей. Более половины всех перерывов в энергоснабжении вызвано аварийностью воздушных ЛЭП [1].

Для анализа эксплуатационной готовности, оптимизации обслуживания, оценки максимальной передающей способности ВЛ необходимо располагать точными и объективными данными о состоянии линий [1].

Следует отметить, что большая часть причин повреждений не выявляется заблаговременно и не может быть выявлена средствами оперативной диагностики. Это различные непредсказуемые атмосферные воздействия, природные и геологические особенности трассы ЛЭП, влияние ненормальных режимов работы линии.

В то же время не менее половины всех причин выхода ЛЭП из строя может быть переведена из категории непредсказуемых в категорию предсказуемых, если для контроля состояния линий использовать системы мониторинга.

Это стало возможным благодаря созданию современных микропроцессорных устройств, широкому применению систем контроля глобального времени, использованию высокоскоростных систем передачи информации по различным физическим каналам связи, разработке беспилотных летательных аппаратов и технических средств мониторинга, которыми они могут оснащаться. [1].

Первый тип систем мониторинга состояния ЛЭП – использование систем телемеханики, под которыми в данном случае подразумеваются системы удаленного контроля состояния ЛЭП с помощью различных датчиков и средств передачи данных. Основные различия между такими системами мониторинга воздушных ЛЭП обычно заключаются в способе и месте установки первичных датчиков, контролирующих параметры технического состояния линии.

Системы мониторинга с использованием средств телемеханики могут быть:

• -    системы мониторинга, датчики которых монтируются «на земле», и подключаются к контролируемым линиям при помощи различных согласующих устройств, чаще всего конденсаторов связи. Это подключение чаще всего является наибольшей проблемой, так как требует высоковольтной развязки;

• -    системы мониторинга воздушных ЛЭП, датчики которых, как и процессоры первичной обработки первичных сигналов, монтируются непосредственно на проводах линии. В этом случае проблемы подключения датчика к линии полностью снимаются, но возникают проблемы обеспечения питания электронной части датчика, и с обменом информацией [1].

Наиболее эффективными при этом являются системы с интеллектуальными датчиками на проводах контролируемой линии, так как они могут быть многофункциональными, способными решать целый комплекс технологических, технических и эксплуатационных аспектов контроля работы ЛЭП.

Вторым решением организации мониторинга является применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Данный вид мониторинга широко применяется в других отраслях, но еще не достаточно широко применяется для мониторинга состояния ЛЭП. В последние годы появилось большое количество публикаций, посвященных использованию БПЛА или беспилотных авиационных систем (БАС) для решения топографических задач. На рынке БПЛА так же представлены достаточно широко и пользуются спросом. Это связано с простотой их эксплуатации, экономичностью, относительно невысокой стоимостью, оперативностью и т.п. Наличие эффективных программных средств автоматической обработки материалов аэрофотосъемки открывают возможности широкого использования программно-технических средств беспилотной авиации в практике в том числе и мониторинга технического состояния ЛЭП [2].

Беспилотная аэрофотосъемка ЛЭП при облете линий позволяет существенно сократить время на поиск повреждений ЛЭП при их аварийном отключении. Так, например, если обследование одной высоковольтной линии, расположенной на труднодоступном лесном участке, по земле может затянуться на несколько дней, то осмотр с воздуха позволяет обследовать линию электропередачи по всей ее длине за половину часа [2]. Испытания разработанного на кафедре «Электроснабжение» ФГБОУ ВО Орловский ГАУ БПЛА показали, что при норме 3.5 часа на обход одного километра ЛЭП БПЛА позволяет сократить это время до 20 минут [3].

В [4] приводятся результаты использования данного вида мониторинга в ОАО «Томскнефть». В настоящее время инспекция там проводится путем еженедельного обхода и облета на вертолетах трубопроводов силами работников компании. Беспилотник же способен за один час охватить территорию в 30 квадратных километров. Фото- и видеоматериалы, которые получают с его помощью, имеют высокую четкость. Запускать такой аппарат можно в любое время года. За последние пять лет количество отказов на трубопроводах компании снизилось почти на 45%. Специалист отметил, что сейчас в ведомстве «Томскнефти» находится почти 5 тысяч километров трубопроводов [4]

Мониторинг ЛЭП путем использования телемеханики или БПЛА встречается крайне редко. В настоящее время мониторинг ВЛ чаще всего осуществляется при помощи третьего способа – визуального осмотра персоналом выездных бригад и бригад службы 54

линий.

Оптимизация затрат на проведение мониторинга состояния ЛЭП требует выбора одного из указанных способов или их комбинации в зависимости от конкретных условий, складывающихся в осуществляющей мониторинг электросетевой компании. Поэтому авторами разработан компьютерный программный продукт, позволяющий производить выбор способа мониторинга.

Выбор функций программного продукта

Основной функцией программы является выбор наиболее подходящего способа мониторинга исходя из исходных данных, указанных пользователем. Факторы, влияющие на выбор способа мониторинга можно структурировать следующим образом. Это:

• -    ландшафт, на котором расположены исследуемые ЛЭП (гористая местность, лес и т.д.);

• -    климатические условия эксплуатации ЛЭП;

• -    тип потребителей (сельское хозяйство, промышленность и т.д.);

• -    протяженность ЛЭП.

Каждый фактор в свою очередь можно охарактеризовать рядом показателей, влияющих на выбор способа мониторинга. Это влияние можно образно представить в виде схемы, представленной на рисунке 1.

Горы Гэродская местность   Гп*™ \ 8о Юкм /!ессстепь | от 1000 Л —W-ОВБ    ТЕ/	от 10 до ЮОкм Среднее        -г- / Низкое <                        ™Высокая УЦиьтеьаксе 1 »” ®7 * «®» ^'Al x^ ) .— -X -^ у            Средняя К Одразокзисегололедов ^х.      Низкая   ^j / ^> <—    f \    Грозобая деятельность Механика   1еёпишник~\у/
\ С/Хпроизбодстбо4^/ ^»/-/// .	C/XtHuie/wue
\  ( Сельское население—^ XV— ---- ^ ТГкпрогп», Городское население Комбинированное	у/Сзд^/Окорость Ветра >5 м/с     \ «кпра <5 м/с Л                         1 '—ч       /                Промышгенность-нсселение Промыиметость Кспкебы                  ■Moat «

На рисунке 1 линии связи показывают как тот или иной показатель влияет на выбор способа мониторинга. При этом толщина линий связи характеризует значимость связи на выбор способа мониторинга.

Разрабатываемая программа РПМ v.1.0 была выполнена в среде Microsoft Visual Studio2012 на платформе .NET 4.0 на языке программирования C#/ [5,6,7].

Разработка интерфейса

Разрабатываемая программа «РПМ v.1.0» имеет простой интерфейс, легко воспринимаемый обычным пользователем (рисунок 2).

№ Расчет параметров мониторинга

Ландшафт

Тип потребителей

сельское население

Образование гололеда среднее

Результат

Б ПЛА

□

Рисунок 2 - Интерфейс программы РПМ v.1.0

В главном диалоговом окне пользователю необходимо выбрать параметры, соответствующие условиям, в которых будет осуществляться мониторинг состояния ЛЭП.

В окне «Ландшафт» (рисунок 3) пользователю предлагается выбрать ландшафт, по которому проходят трассы ЛЭП: городская местность, степи, лесостепь, горы.

Рисунок 3 - Окно «Ландшафт»

Затем в окне «Протяженность» (рисунок 4) предлагаются следующие варианты протяженности сети: до 10 км, от 10 до 100км, от 100 да 1000км и больше 1000.

Рисунок 4 - Окно «Протяженность»

В следующем окне «Тип потребителя» (рисунок 5) предлагается выбрать, к какому типу относится большинство потребителей, питаемых исследуемыми электрическими сетями: сельскохозяйственное производство, сельское население, промышленность, городское население, промышленность + население, с/х + население, комбинированное.

Тип потребителей

I сельскохозяйственное производство сельскохозяйственное производство сельское население промышленность городское население промышленность + население с\х + население комбинированное

Рисунок 5 - Окно «Тип потребителей»

В окне «Ветер» (рисунок 6) пользователю предлагаются два варианта среднегодовой скорости ветра: скорость ветра <5 м/с и скорость ветра >5 м/с.

Рисунок 6 - Окно «Ветер»

В окне «Образование гололеда» (рисунок 7) предлагаются следующие варианты, характеризующие гололедообразование в местности, где проходят исследуемые сети: интенсивное, среднее, низкое, нет.

Образование гололеда интенсивное интенсивное среднее низкое нет

Рисунок 7 - Окно «Образование гололеда»

В окне «Грозовая деятельность» (рисунок 8) пользователю предлагаются следующие варианты интенсивности грозовой деятельности: высокая, средняя, низкая.

Рисунок 8 - Окно «Грозовая деятельность»

После введения исходных данных пользователь нажимает «Расчет». Результат расчета программы выводится в нижнем левом окне (рисунок 9):

ни Расчет параметров мониторинга                                                          — D X

Ландшафт

Протяженность

|ОТ 100 ДО 1000 КМ

Тип потребителей сельское население

скорость ветра > 5 м/с

Грозовая деятельность средняя

Образование гололеда среднее

Рисунок 9 - Вывод результата

Интерфейс программы интуитивно понятен, легок в обращении и не вызовет трудностей при освоении программы.

Затем, когда пользователь получил результат. Необходимо нажать на клавишу «Exit» для выхода из программы. Клавиша «Exit» находится в правом нижнем углу.

Выбор того или иного способа мониторинга ЛЭП программой РПМ v1.0 основывается на сочетании выбранных исходных данных. Это первая версия программы и она имеет в перспективе ряд доработок, требующих предварительной тщательной работы по технико-экономическому и экспертному обоснованию сочетаний исходных данных, позволяющих наиболее достоверно выбирать способ мониторинга ЛЭП. Тем не менее, применение программы рекомендуется для выполнения предварительного рассмотрения вариантов способа мониторинга ЛЭП электросетевыми компаниями.

Выводы. 1. От выбора способа мониторинга технического состояния ЛЭП зависит скорость получения информации о состоянии ЛЭП, затраты на эксплуатацию ЛЭП. Основными способами мониторинга являются: визуальный осмотр персоналом выездных бригад; применение БПЛА; применение средств телемеханики. При этом на практике в подавляющем большинстве случаев используется визуальный осмотр, что увеличивает время проведения мониторинга и затраты на его проведение.

• 2.    Для выбора наиболее рационального способа мониторинга технического состояния ЛЭП необходимо знание таких исходных данных, касающихся обследуемых ЛЭП, как их протяженность, климатические условия, тип ландшафта и тип подключенных к сетям потребителей. Различные сочетания данных факторов и диктуют выбор того или иного способа мониторинга. Разработанная программа РПМ v 1.0 учитывает именно различные сочетания данных факторов. Программа обладает интуитивно понятным интерфейсом и может использоваться для выполнения предварительного рассмотрения вариантов способа мониторинга ЛЭП электросетевыми компаниями.

• 3.    Дальнейшее совершенствование программы планируется осуществлять по мере проведения глубокого технико-экономического анализа сочетания указанных выше факторов на выбор способа мониторинга ЛЭП.