Гололедно-ветровые аварии являются одними из самых тяжелых и трудно устранимых аварий на воздушных линиях электропередачи (ВЛ), так как их ликвидация затруднена из-за зимнего бездорожья, мерзлого грунта и плохой видимости, а так же, как правило, одновременной разбросанности аварийных участков ВЛ. Возникающие и быстро протекающие аномальные климатические явления в виде штормовых (ураганных) ветров и гололеда наносят колоссальный экономический ущерб от перерыва электроснабжения, вызванного выходом из строя ВЛ. В настоящее время 90 % воздушных линий (ВЛ) электропередачи не оборудованы системами мониторинга, поэтому контроль за метеорологическими воздействиями ведется визуальным способом выездными бригадами служб сетевых районов, а передача полученной ориентировочной информации происходит имеющимися средствам связи. В соответствии с этим способом наблюдателем производится оценка: величины диаметра гололедной муфты, распределения отложений по пролетам ВЛ, вида отложений, направления и скорости ветра.
Особую опасность представляют гололедные, гололедно-снеговые и изморозевые отложения, образующиеся на проводах и тросах одновременно с действием на них ветра и понижения температуры. Возникающие из-за веса отложений механические нагрузки на провода и тросы в сочетании с нагрузками от ветра и низких температур могут превышать величины механической прочности этих элементов конструкции ВЛ и, следовательно, будут происходить многочисленные обрывы проводов и тросов, поломки траверс и самих опор.
Для получения предсказания наличия, вида и интенсивности осадков, приводящих к образованию отложений, необходимо измерять и учитывать в динамике изменения по времени, кроме стандартных 8–10 синоптических параметров, определяющих общие погодные условия, и дополнительные параметры: влажность, давление, температуру воздуха и элементов конструкции, скорость и направление ветра, вид и интенсивность осадков, уровень солнечной радиации. При этом, для обеспечения вероятности осуществления такого прогноза равной 0,7…0,8 для локального участка площадью 200×200 км2 необходимо получать и обрабатывать синоптическую информацию из прилегающих регионов удаленных от указанной территории на 1,5…2 тыс. км и эта информация должна обновляться, по крайней мере, 4 раза в сутки. Такое информационное обеспечение позволяет прогнозировать ориентировочно по указанной территории время начала появления отложений, их интенсивность, скорость ветра в приземном слое, вид осадков [1].
Получение такого специализированного прогноза для электрической сети, охватывающей несколько районов, потребует создания отдельной круглосуточной службы и использования дорогостоящего технического оснащения. Кроме того, такой ориентировочный прогноз не является микропрогнозом, т.е. он не отвечает на главные вопросы персонала электросетей – когда, какого вида и какой интенсивности ожидаются отложения и какова динамика их изменения для конкретной ВЛ. Более того, не смотря на имеющийся круглосуточно дежурный персонал электросетей, время их готовности к противодействию аварии составляет не менее 30–60 минут, а это время зачастую превышает время развития гололедно-изморозевого явления, приводящего к аварии на ВЛ. Отмеченные обстоятельства явились причиной отказа от специализированного прогноза, хотя практическая потребность заставляет в той или иной мере использовать в электросетях региональный прогноз погоды, особенно в осенне-зимний, зимний и зимне-весенний периоды для оценки возможности появления отложений на проводах и оценки опасности их с точки зрения возможных разрушений элементов конструкций ВЛ. При этом используется общедоступный прогноз, передаваемый по радио и телевидению, и собственные, как правило, качественные оценки текущих метеорологических параметров (наличие и вид осадков, температура воздуха, направление и скорость ветра) на конкретных подстанциях и линиях (локальных точках). Особенно активизируется такая работа при поступлении штормовых предупреждений, передаваемых по сетям диспетчерской связи (дважды в сутки).
Следует отметить, что во всех электрических сетях имеется богатый опыт по наблюдению отложений на подведомственных линиях и соответствующая статистика наблюдения. Можно утверждать что, персонал линейной службы точно знает участки ВЛ, вплоть до конкретных промежуточных пролетов, наиболее подверженные метеорологическим воздействиям. На практике линейные службы, во взаимодействии с оперативно-диспетчерской службой, при возникновении сочетаний условий, приводящих к гололеду, изморози и намерзанию снега на проводах и грозотросах ВЛ проводят обследования именно этих участков. При выявлении угрозы отложений на этих участках, в соответствии с нормативными документами, проводят визуальную приблизительную оценку вида отложений, их толщины и, в конечном счете, дают приблизительную оценку объему намерзаний. В случаях наличия значительного ветра – так же качественно оцениваются его параметры. На основании совокупности этих данных принимается решение на плавку отложений на линии [2]. Такой подход приводит к тому, что из всех плавок, проводимых для предотвращения аварий, вызванных метеорологическими воздействиями, до 85 % являются необоснованными. А, как известно, плавки отложений вызывают ускоренное старение ВЛ, снижают их надежность, приводят к недоотпуску потребителям электроэнергии и необоснованному расходу электроэнергии.
Очевидна необходимость перехода от качественной оценки метеорологических воздействий на элементы ВЛ к количественной. Только на основании постоянных и точных измерений параметров метеорологических воздействий и силового воздействия на элементы конструкций ВЛ можно достоверно оценить существующую опасность и принять обоснованное решение о проведении плавки отложений. Так как диспетчерская энергосистемы (место оценки и принятия решения) находится на определенном удалении от места появления отложений на ВЛ, то возникает задача максимально ускоренного измерения параметров метеорологических воздействий и передачи значений этих величин диспетчеру сетей для принятия своевременного и обоснованного решения, т.е. у диспетчера должна быть в оперативном пользовании специализированная информационно-измерительная система мониторинга [3], позволяющая получать необходимый и достаточный объем информации о текущих эксплуатационных нагрузках и метеорологических воздействиях на элементы ВЛ и динамике их изменения, а также передавать, обрабатывать и отображать без потерь и искажений эту информацию диспетчеру электрических сетей с выработкой для него рекомендаций по оптимальным действиям.
Наличие многочисленных нерешенных задач на пути к созданию такой системы мониторинга указывает на актуальность исследования темы. Представленные ниже задачи указывают на то, что в настоящей работе принято к исследованию только узкое направление из всего мониторинга ВЛ – мониторинг гололедно-ветровых и температурных воздействий на элементы промежуточного пролета ВЛ [1], т.е. воздействий, в сочетании являющихся причиной наиболее ущербных аварий на ВЛ, вплоть до перехода линии из рабочего состояния в нерабочее.
Задачи мониторинга промежуточного пролета ВЛ:
1. Повышение точности, достоверности быстродействия систем мониторинга промежуточного пролета ВЛ.
2. Объединение задач обнаружения и измерения параметров гололедно-ветровых и температурных нагрузок.
3. Цифровая передача, обработка и отображение информации, выработка рекомендаций диспетчеру.
4. Адаптация работы системы мониторинга к текущим метеоусловиям и параметрам плавки отложений.
5. Увеличение числа контролируемых параметров мониторинга.
6. Многофункциональность системы, объединенный контроль метеорологических и эксплуатационных параметров.
7. Реальный масштаб времени.
8. Уменьшение времени наблюдения, непрерывность действия и стабильность параметров системы
9. Увеличение количества контролируемых ВЛ, объединение системы.
10. Решение задач обнаружения, измерения и распознавания воздействующего фактора и его величины.
11. Распознавание вида отложений.
12. Обнаружение условий возникновения динамических колебаний проводов (грозотроса) пляски проводов.
Решение поставленных задач должно привести к разработке новых способов, принципов и систем мониторинга промежуточного пролета ВЛ с целью повышения информационного обеспечения эксплуатации ВЛ.
В качестве теоретического обоснования построения и функционирования систем мониторинга, и анализа показателей качества их работы решено использовать общую теорию построения информационно-измерительных систем. Ввиду того, что воздействия на ВЛ являются по своей природе случайными как во времени, так и по месту (пространству) и случайна их комбинация, то наиболее обоснованным подходом к анализу работы систем мониторинга является вероятностно-статистический подход.
Для проведения теоретической разработки систем мониторинга необходимо учесть все свойства и особенности основных воздействующих на промежуточный пролет ВЛ метеорологических параметров, а также их влияния на формулировку задач и принципов мониторинга промежуточного пролета ВЛ [4].
Выводы
Таким образом проведя анализ задач информационного обеспечения работы ВЛ в условиях метеорологических воздействий на них, можно сформулировать основные системные и технические требования к системам мониторинга:
– соответствие современным принципам построения информационных систем;
– работа в реальном масштабе времени;
– «вписываемость» в существующие информационные системы;
– работа независимо от состояния и режима работы ВЛ;
– максимальная автоматизация.
Основой алгоритмов обработки информации системы мониторинга промежуточного пролета ВЛ должно являться сравнение в реальном масштабе времени фактических значений тяжений проводов и грозотросов каждого контролируемого промежуточного пролета с установленными для них пределами механической прочности.