Проблема определения места повреждения на магистральных воздушных линиях электропередачи с изолированной нейтралью, питающих АПК

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 Y, показания измеряющего ток зонда P и данные из БПЛА о положении над развилкой линии R (принимает значение 0 или 1). Переменные S 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.