Резонансные ЛЭП и совершенствование методических указаний. Обзор заседания секции № 1 НТС ПАО «Россети»

28 февраля состоялось заседание секции № 1 «Технологии и оборудование линий электропередачи» Научно-технического совета (НТС) ПАО «Россети». Повестку заседания составили два вопроса. Первый их них был посвящен экспериментальной системе передачи электроэнергии по однопроводной линии в резонансном режиме на повышенной частоте. Вторым вопросом повестки стал Стандарт «Методические указания по измерению сопротивлений заземляющих устройств опор ВЛ без отсоединения грозозащитного троса». Ключевые моменты заседания — в нашем обзоре.

Доклад по НИОКР «Разработка системы передачи электрической энергии по однопроводной воздушной линии напряжением более 1 кВ в резонансном режиме на повышенной частоте мощностью не менее 7 кВт на расстояние не менее 3 км» представил д.т.н., профессор кафедры «Электроснабжение» ФГБОУ Орловский ГАУ Александр Виноградов. НИОКР была выполнена по заказу ПАО «Россети Центр и Приволжье».

По словам спикера, из заявок на технологическое присоединение, полученных ПАО «Россети Центр и Приволжье» в 2023 году, почти половину (46%) составляют заявки на мощность до 15 кВт. При этом 17% таких случаев — это присоединение отдаленных потребителей (отдельно стоящих зданий, усадеб и т.д.), требующее строительства новых ЛЭП. Дополнительно ситуацию усугубляет и то, что ЛЭП к таким потребителям, как правило, приходится сооружать по труднодоступной местности (леса, пашни и т.д.). Соответственно, возникает актуальная задача по снижению затрат как на присоединение удаленных потребителей, так и по снижению затрат на обслуживание ЛЭП. И в этой части эффективным решением может оказаться применение резонансных систем электроснабжения (рисунок 1).

Как рассказал Александр Виноградов, такое решение в рамках реализации НИОКР было внедрено на базе района электрических сетей филиала ПАО «Россети Центр и Приволжье» — «Рязаньэнерго». Посредством резонансной системы было присоединено административное здание с потребляемой мощностью до 7 кВт и активно-индуктивной нагрузкой. Протяженность трассы ЛЭП составила 3 км.

Реализации НИОКР предшествовали предварительные экономические расчеты, в ходе которых было проведено сравнение в части капитальных и эксплуатационных затрат резонансной ЛЭП с традиционной ВЛ 10 кВ, а также с ЛЭП на постоянном токе и обеспечением электроснабжения с помощью дизельных генераторных установок. Расчеты проводились для трасс протяженностью в 1,5, 3, 5 и 10 км.

Согласно полученным данным, в части капитальных затрат резонансная ЛЭП оказалась заметно выгоднее, чем традиционная ВЛ 10 кВ. Еще более заметной эта разница становится с увеличением протяженности ЛЭП (рисунок 2а), подчеркнул спикер. Что касается затрат на эксплуатацию, то при протяженности линий 1,5–5 км разница не столь существенна, однако уже на десяти километрах резонансная линия заметно выигрывает в затратах на обслуживание у традиционной ВЛ 10 кВ (рисунок 2б).

Исходя из всего этого, была определена цель разработки — создать систему передачи электрической энергии по однопроводной кабельной линии напряжением более 1 кВ в резонансном режиме на повышенной частоте мощностью не менее 7 кВт на расстояние не менее 3 км. Реализация проекта началась осенью 2022 года, а уже год спустя, согласно дорожной карте, разработка была внедрен на объекте ПАО «Россети Центр и Приволжье».

Далее Александр Виноградов рассказал, как проходили испытания опытного образца в лабораторных условиях, о том, какие решения были реализованы на объекте после реализации проекта, об основных элементах резонансного контура, вторичном оборудовании и исполнении резонансной воздушной линии (РВЛ).

Для РВЛ был использован провод, который обычно применяется в системах высокочастотной передачи данных (рисунок 3).

По словам Александра Виноградова, из существующих сегодня на рынке готовых решений, данный провод является оптимальным для РВЛ. Изоляция провода рассчитана на использование при высокой частоте и допускает напряжение до 5 кВ, заземленный медный экран обеспечивает молниезащиту, а также стабилизирует работу системы в целом, сечение медной жилы провода составляет 1,46 мм². Однако такой провод разрабатывался не для электроэнергетики, поэтому обладает и рядом недостатков, например, не является самонесущим. Соответственно, в случае масштабирования проекта возможно потребуется разработка нового провода, , добавил спикер.

В итоге реализации НИОКР были достигнуты следующие результаты:

• Выполнено внедрение РВЛ протяженностью 3 км.
• Испытания активно-индуктивной нагрузкой подтвердили возможность использования системы при работе с номинальной мощностью до 7 кВт в продолжительном режиме.
• Максимальный КПД РВЛ составил 95%.
• Реализована защита, обеспечивающая автоматическое отключение при замыкании РВЛ.
• Реализована система перезапуска РВЛ на базе российских контроллеров.
• Реализована система диспетчерского управления РВЛ на базе российского контроллера.

Александр Виноградов также добавил, что РВЛ может применяться для электроснабжения небольших поселков, усадеб, объектов нефтегазовой отрасли, водонапорных башен, систем освещения, железнодорожных переездов.

Относительно надежности РВЛ, спикер отметил, что в этой части у разработчиков пока недостаточно данных из-за небольшого срока опытно-промышленной эксплуатации. Однако некоторые выводы можно сделать уже сейчас, сделал акцент Александр Виноградов: «Если рассматривать РВЛ как совокупность самой линии и требуемой электронной аппаратуры, то за счет аппаратуры надежность будет ниже на 10–15%, чем у традиционной ВЛ. Однако это компенсируется большей надежностью самой линии. Например, на РВЛ нет проблемы схлестывания проводов, она менее подвержена климатическим воздействиям.. Но для окончательных выводов требуется дальнейшая опытно-промышленная эксплуатация и дополнительная оценка».

Также, отвечая на вопрос генерального директора издательства «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» Екатерины Гусевой о влиянии установки на организм человека, Александр Виноградов рассказал об экологических аспектах РВЛ: «У нас частота порядка 7 кГц, то есть при работе системы присутствует звук. Мы измерили уровень шума, и он вполне соответствует СанПиН. Также исследовались электромагнитные излучения системы, здесь тоже все соответствует. Что касается воздействия на организм человека, мы просто не имели технической возможности такие исследования провести».

По итогам доклада намечены следующие направления дальнейших исследований:

Доклад «Методические указания по измерению сопротивлений заземляющих устройств опор ВЛ без отсоединения грозозащитного троса» представили главный специалист группы диагностики департамента эксплуатации АО «Россети Тюмень» Виталий Лопатин и заместитель генерального директора АО «Полимер-Аппарат», к.т.н. Александр Гайворонский.

Как отметил во вступительной части доклада Виталий Лопатин, значительная часть зоны деятельности АО «Россети Тюмень» расположена в сложных районах нескольких климатических зон — от арктической до умеренной. Значительную часть зоны деятельности компании занимают болота, песчаные и вечномезлые грунты с высоким удельным сопротивлением.. Основной проблемой северных филиалов компании является высокая аварийность, обусловленная низкой грозоупорностью ВЛ, спроектированных и построенных еще в 80–90-е годы ХХ века. При массовом строительстве применялись типовые проекты, не учитывающие особенности региона. При этом до 80% общего энергопотребления «Россети Тюмень» приходится на долю крупных потребителей — нефтегазодобывающих предприятий, имеющих стратегическое значение.. И даже кратковременное отключение ВЛ часто приводит к нарушению электроснабжения этих потребителей, у которых происходит перезапуск погружных насосов, обеспечивающих добычу нефти и транспортировку нефтяного сырья.

Также спикер отметил, что персонал компании ежегодно выполняет измерения сопротивления заземляющих устройств опор ВЛ. Отсоединение грозозащитного троса на время измерений требует подъема на опору, что сразу увеличивает длительность работ по измерениям в 2 раза. При этом современные методы и средства измерений с применением импульсного метода или специальных гибких токоизмерительных клещей петлевого типа позволяют проводить измерения сопротивлений ЗУ опор без отсоединения троса. Тем самым, существенно сокращается время и уменьшаются затраты на проведение измерений.

Для решения данной проблемы АО «Россети Тюмень» по договору с АО «Полимер-Аппарат» был разработан Стандарт организации «Методические указания по измерению сопротивлений заземляющих устройств опор ВЛ без отсоединения грозозащитного троса», призванный заменить морально устаревший СО 153-34.21.362 (РД 34.21.362), который не отвечает современным требованиям к проведению данных измерений, как в части методов их проведения, так и используемых средств измерений, рассказал Виталий Лопатин.

При разработке Стандарта преследовались следующие цели:

• получение сравнительных данных по сопротивлениям ЗУ опор ВЛ, измеренным с применением различных методов и средств измерений;
• определение влияния схемы измерений: угла между лучами, длины лучей;
• определение влияния параметров и длительности фронта импульса;
• получение сравнительных данных по сопротивлениям заземления опор, измеренных без отсоединения и с отсоединением грозозащитного троса различными методами;
• оценка достоверности и эффективности различных методов измерения сопротивлений ЗУ опор без отсоединения грозозащитного троса.

В Стандарт включены следующие методы измерения сопротивления заземляющих устройств опор ВЛ без отсоединения грозозащитного троса:

• измерение на импульсном токе по двухлучевой схеме с применением потенциальных и токовых электродов (ПЭ и ТЭ);
• измерение на импульсном токе по двухлучевой схеме в волновом режиме при разомкнутых потенциальном и токовом контуре без применения ПЭ и ТЭ;
• измерение на переменном токе по двухлучевой схеме с применением гибких токоизмерительных клещей, охватывающих стойку, свайный фундамент опоры;
• измерение на переменном токе — «метод СибНИИЭ» по СО 153-34.21.362 (РД 34.21.362).

Подробнее о Стандарте «Методические указания по измерению сопротивлений заземляющих устройств опор ВЛ без отсоединения грозозащитного троса» рассказал Александр Гайворонский.

По словам спикера методы измерений, представленные в стандарте, включают:

• Импульсный метод — измерение при импульсном токе в режиме апериодического разряда или волновом режиме.
• Метод токоизмерительных клещей — измерение при переменном токе с применением токоизмерительных клещей.
• Метод СибНИИЭ — измерение при переменном токе с применением комбинированной схемы трех измерений.

Данные методы нацелены на компенсацию систематических погрешностей, возникающих при измерении сопротивлений ЗУ опор без отсоединения грозозащитного троса, обусловленных несимметрией токов. В зависимости от метода измерений, компенсация погрешностей обеспечивается за счет схемных решений и (или) введения поправок к измерениям тока и напряжения.

Также Александр Гайворонский рассказал о потенциальных эффектах от внедрения разработанного стандарта, среди которых:

• повышение качества и достоверности результатов измерения сопротивлений ЗУ опор ВЛ без отсоединения грозозащитного троса на основе применения единых подходов и правил проведения измерений;
• снижение эксплуатационных издержек — затрат на ремонты и обслуживание электрических сетей за счет снижения трудоемкости и времени выполнения измерений сопротивлений ЗУ опор без отсоединения грозозащитного троса;
• снижение риска травматизма при выполнении измерений сопротивлений ЗУ опор без отсоединения грозозащитного троса за счет исключения травмоопасных ситуаций, связанных с подъемом линейного персонала на опору и отсоединением грозозащитного троса.

При этом спикер сделал акцент, что при оценке коммерческого эффекта от внедрения разработанного стандарта учитывался только прямой эффект, связанный со снижением эксплуатационных издержек на проведение плановых работ по измерению сопротивлений ЗУ опор ВЛ на предприятиях группы компаний ПАО «Россети». В качестве объектов внедрения были приняты ВЛ 110 кВ, имеющие наибольшую суммарную протяженность. Для расчета коммерческой эффективности использовался приростной метод оценки, основанный на анализе изменений (приращений), которые вносит внедрение стандарта в показатели деятельности компании.

Больше фотографий в галерее Заседание Секции 1 «Технологии и оборудование линий электропередачи» НТС ПАО «Россети»