УДК 621.315.17
АНАЛИЗ АВАРИЙНОСТИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ И МЕТОДЫ ИХ ДИАГНОСТИКИ
Девянин Александр Александрович
Компанеец Борис Сергеевич
Аннотация:
В статье представлена информация, связанная с аварийностью на воздушных линиях электропередач. Рассмотрена сущность самих воздушных линий, установлена доля аварий в электрической сети, приходящаяся на воздушные линии. Основной целью исследований является анализ причин аварий на воздушных линиях и определение методов борьбы с различными источниками аварий. В ходе исследований изучены методы диагностики воздушных линий, позволяющие вовремя обнаруживать и ликвидировать дефекты. Определена тенденция на применение беспилотных летательных аппаратов в диагностике линий электропередач, имеющее широкие перспективы в будущем. Актуальность обусловлена тем, что своевременное выявление и устранение дефектов является одним из ключевых факторов обеспечения надежной работы электрической сети. В связи с этим, необходимо постоянно совершенствовать методы диагностики воздушных линий, повышая их эффективность.
Ключевые слова: линии электропередач, воздушные линии, аварийность, грозозащита, выявление дефектов, диагностика воздушных линий, беспилотные летательные аппараты.
Линии электропередач являются одним из ключевых элементов электрической сети, обеспечивающим транспорт электроэнергии от генерирующих мощностей к потребителю. С каждым годом потребление электроэнергии растёт, ширится область её применения, в связи с чем растут нагрузки на электрическую сеть [2]. Одним из важнейших вопросов электроснабжения является обеспечение надёжности работы энергосистемы. Устойчивое снабжение потребителей электроэнергией является одним из приоритетов энергетических компаний.
Линии электропередач (ЛЭП) делятся на два основных вида: воздушные и кабельные (рисунок 1). Кабельные линии обладают рядом преимуществ, однако значительно дороже воздушных аналогичного класса напряжения, сложнее при сооружении и эксплуатации [1].
Воздушные линии (ВЛ) представляют собой устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по изолированным или неизолированным проводам, находящимся на открытом воздухе и прикреплённым линейной арматурой к опорам, изоляторам или кронштейнам, к стенам зданий и к инженерным сооружениям [7]. Также существуют воздушные линии до 1 кВ, выполненные с применением самонесущих изолированных проводов.
Наиболее распространены на всех ступенях системы электроснабжения воздушные линии, ввиду их относительно малой стоимости, в особенности это касается протяженных магистралей, соединяющих регионы нашей необъятной страны. По данным ПАО «ФСК ЕЭС», именно на ВЛ приходится 59 % всех аварий на объектах общества [3]. В связи с этим особое внимание стоит уделять поддержанию устойчивой работы воздушных линий, упреждать и вовремя устранять нарушения и аварии.
Рисунок 1 – Виды линий электропередач: а – воздушные, б – кабельные
По статистике ПАО «ФСК ЕЭС», основной причиной (29 %) аварий на линиях 110 кВ и выше являются грозы, следующей по количеству аварий (26 %) причиной являются несвоевременное выявление и устранение дефектов и неудовлетворительное техническое состояние, по 15 % приходится на воздействие животных и другие причины, 11 % - воздействие посторонних лиц, 5 % - прочие явления природы (рисунок 2).
Рисунок 2 – Распределение количества (в %) аварий по их причинам согласно статистике ПАО «ФСК ЕЭС»
Чтобы оградить ВЛ от воздействия животных и посторонних лиц, потребуется сооружение защитных конструкций или размещение охранных элементов вдоль ВЛ, что при имеющейся протяженности линий экономически нецелесообразно, поэтому исключить данные причины невозможно.
Защита от ударов молний и грозовых перенапряжений является важной частью электрической сети. Такая защита осуществляется с помощью молниеотводов и грозозащитных тросов, а также искровых промежутков, разрядников и ограничителей напряжения [7]. На линиях 110 кВ и выше грозозащитные тросы должны быть установлены по всей длине; для линий 110-500 кВ в ряде случаев, связанных с особенностями климата и грунта, допускается не устанавливать тросы, однако для ВЛ 110-220 кВ, предназначенных для электроснабжения объектов добычи и транспорта нефти и газа установка тросов обязательна по всей длине. Также на ВЛ выполняется заземление опор в случаях, когда:
- опоры имеют грозозащитный трос или другие устройства молниезащиты;
- железобетонная или металлическая опора ВЛ 3-35 кВ;
- на опоре установлены силовые или измерительные трансформаторы, разъединители и другие аппараты;
- железобетонная или металлическая опора ВЛ 110-500 кВ, если это необходимо для работы устройств защиты и автоматики.
По словам генерального директора ГК «Москабельмет» Павла Морякова, «износ электрооборудования и линий электропередач в России составляет от 50 % до 80 %» [4]. Очевидным при первом взгляде на ситуацию решением является обновление обветшалого и непригодного оборудования. Однако, единовременно и повсеместно заменить устаревшее оборудование невозможно, так как для этого необходимы колоссальные финансовые ресурсы; потребуется отключить от энергосети большое количество потребителей, что недопустимо. Поэтому данная проблема решается постепенно: ежегодно часть устаревшего оборудования заменяется новым – эти мероприятия предусмотрены планами технического обслуживания и ремонта. При этом оставшуюся часть оборудования необходимо поддерживать в рабочем состоянии и не допускать образование и развитие опасных дефектов.
Для борьбы с несвоевременным выявлением и устранением дефектов проводятся обходы и осмотры ВЛ. Воздушные линии электропередачи должны осматриваться не менее одного раза в год, но в зависимости от категории надежности потребителя, климатических условий, текущего технического состояния линии, возможно проведение дополнительных осмотров линий [7]. Также в график осмотров дополнительно включают участки ЛЭП, которые в ближайшее время будут отправлены в ремонт. Существует два вида осмотров ВЛ: наземный и верховой.
При наземном осмотре обнаруживается большинство возможных нарушений: проверяется состояние железобетонных и металлических опор и их фундаментов, их заглубление в грунт, а также состояние грунта вблизи опор; проверяется состояние сварных швов и креплений деталей опор, состояние номеров, условных наименований линий, предупредительных плакатов по технике безопасности [7]. В ходе наземного осмотра линии проверяют на видимые повреждения провода, изоляторы, арматуру, разрядники, коммутационную аппаратуру на ВЛ и концевые кабельные муфты на спусках, заземляющие устройства и средства защиты от атмосферных перенапряжений. Также инспектируется охранная зона линии на наличие аварийных деревьев и поросли, которые могут повредить линию электропередачи.
Таким образом, наземный осмотр позволяет обнаружить дефекты опор и их фундаментов, наличие посторонних предметов на опорах и проводах ВЛ, обрыв проводов, грозозащитных тросов, существенные повреждения изоляторов и т.д. Однако, при осмотрах с земли не удается проверить состояние верхней части опоры, узлов крепления гирлянд изоляторов с опорой и арматурой, а также мест крепления грозозащитных тросов. С земли невозможно с нескольких ракурсов осмотреть элементы ЛЭП, находящиеся на высоте. В связи с этим на ВЛ 10 кВ и выше не реже 1 раза в 6 лет производится верховой осмотр [6].
Верховой осмотр может производиться с помощью автовышек, беспилотных летательных аппаратов (дронов), а также, в особых случаях, с помощью вертолётов и самолётов [6]. В основном верховой осмотр производится с помощью автовышек: на ЛЭП выезжает бригада электромонтёров вместе с автовышкой и проводит с её помощью осмотр элементов ЛЭП, расположенных на высоте. Данный метод имеет существенные недостатки: помимо расходов на перемещение бригады потребуются также средства на работу автовышки (оплата ГСМ и труда работников непосредственно самой вышки); нахождение работников на большой высоте несёт повышенную опасность для их здоровья; в труднодоступных районах пролегания ЛЭП подъезд автовышки к месту осмотра может быть затруднён или вовсе невозможен.
Поэтому сегодня в мировой практике широко распространено применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые позволяют значительно упростить и ускорить процесс осмотра ВЛ [5]. С помощью дронов можно производить регулярные облеты ЛЭП, фото- и видеосъемку на различных высотах, контроль охранной зоны, своевременное обнаружение нарушений и повреждений, определение размеров просеки и расстояние проводов до земли. Использование БПЛА позволяет получать колоссальный объём информации, необходимый для качественного мониторинга состояния линий, повышает безопасность и эффективность работ по диагностике объектов энергохозяйства. Это подтверждается мировым опытом, а также имеющейся практикой использования дронов в российских энергокомпаниях. Так, в ПАО «ФСК ЕЭС» еще в 2015 г. было апробировано практическое использование БПЛА самолетного типа для выполнения работ по оценке текущего состояния трасс ВЛ в части определения характеристик растительности в границах существующей просеки воздушных линий [5].
Применение беспилотных летательных аппаратов открывает широкий спектр возможностей, которые могут быть использованы уже сейчас или будут внедрены в будущем. Уже сейчас специальное программное обеспечение позволяет преобразовать собираемую дроном информацию в цифровую 3D модель ЛЭП или других объектов энергосистемы, что благотворно сказывается на работе специалистов, принимающих ответственные решения по ремонту и обслуживанию сетей; с помощью дрона, при условии установки дополнительного оборудования, можно производить тепловизионное обследование воздушных линий, которое поможет гарантировать безотказную работу объекта электроэнергетики за счет обнаружения неисправностей на начальном этапе [5].
В рамках цифровизации электроэнергетики, по мере развития технологий, возможно внедрение интеллектуальных систем диагностики ВЛ, когда дрон будет производить облёт линий без участия человека. Также следует отметить, что ряд российских компаний на данный момент занимается разработкой и производством БПЛА, которые могут быть использованы в электросетевом хозяйстве страны – в условиях санкционных ограничений этот факт является крайне важным [7].
Диагностика ЛЭП является одним из краеугольных камней нормальной работы энергосистемы – своевременное выявление неисправностей поможет гарантировать безотказную работу электрических сетей. Использование БПЛА для диагностики ЛЭП доказывает свою эффективность уже сейчас в различных энергокомпаниях, в том числе и в российских. Со временем, весьма вероятно, к этому придёт вся индустрия, обеспечивая безопасность людей и сохранение ресурсов.
Список используемой литературы:
1. Герасименко А. А., Федин В. Т. Передача и распределение электрической энергии: учеб. пособие. - Ростов н/Д.: Феникс, 2008. - 715 с.
2. Годовой отчет Публичного акционерного общества «Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы» за 2021 год // URL: https://www.fsk-ees.ru/upload/docs/2022_06_30%20Smart-pdf%20Annual%20Report%20FSK%202021.pdf (дата обращения: 09.09.2022).
3. Интегрированный годовой отчет Публичного акционерного общества «Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы» за 2019 год // URL: https://www.fsk-ees.ru/upload/docs/GO_2019_FSK_EES.pdf (дата обращения: 09.09.2022).
4. Кучумова А. Время для перезагрузки // Промышленные страницы Сибири. - 2017. - №11
5. Обследование ВЛ с БПЛА и другие методы контроля и поиска повреждений на воздушных линиях // TEST-energy.ru URL: https://test-energy.ru/obsledovanie-vl-s-bpla/ (дата обращения: 09.09.2022).
6. Осмотры воздушных линий электропередач // Школа для электрика URL: http://electricalschool.info/main/vl/2263-osmotry-vozdushnyh-liniy-elektroperedach.html (дата обращения: 09.09.2022).
7. Правила устройства электроустановок. - 7-е изд. - М.: ЭНАС, 2006. - 552 с.
8. Российские квадрокоптеры // PILOTHUB URL: https://pilothub.ru/news/russian-drones (дата обращения: 09.09.2022).
Информация об авторах
Компанеец Б. С. – к. т. н., доцент, Девянин А. А. – студент группы Э-93, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.
-