Развитие промышленного производства в России на современном этапе требует ввода новых мощностей для производства электроэнергии.
Данная тенденция связана с комплексным развитием электрических сетей, как воздушных, так и кабельных, в крупных городах и промышленных центрах. В настоящее время по протяженности кабельные линии (КЛ) высокого напряжения значительно уступают воздушным линиям (ВЛ) электропередач, так как стоимость строительства КЛ достаточно высока. Но, вместе с тем, ввод новых энергетических мощностей в мегаполисах, где строительство ВЛ крайне затруднено из-за отсутствия свободного пространства, привел к интенсивному развитию силовых кабельных линий напряжением 110-500 кВ.
Прокладка КЛ, как правило, выполняется под землей. Этот фактор обеспечивает повышенную надежность электроснабжения, так как обеспечивается независимость от атмосферных и природных явлений.
Кабельные линии объединяются в кабельную сеть, которая является системой энергетики и входит как подсистема в большую систему энергетики крупных промышленных центров РФ. Обеспечение надежности работы данной системы является одним из основных условий, предъявляемых энергосистемой. Надежность — свойство системы сохранять в течение определенного промежутка времени значение параметров, характеризующих функционирование системы. Надежность — это комплексное свойство системы, зависящее от ее безотказности, ремонтопригодности, долговечности и т.д. Существуют различные виды внешних воздействий, оказывающих влияние на КЛ. Основные из них — механические, термические и электромагнитные. Всякое воздействие вызывает повышение нагрузки на элементы КЛ. Повышение нагрузки на КЛ отражается на возможности КЛ выполнять свои функции.
Установление связи между нагрузками σi1, σi2,…, σin, ызываемыми воздействиями различного рода, как уже отмечалось, является одной из важных задач механики катастроф. Установление такой связи позволяет ввести функционал
задающий зависимость показателя качественного состояния системы КЛ от нагрузок, вызванных внешними воздействиями температуры, давления и величины растяжения в момент времени t. Для КЛ функционал (1) имеет вид
где как показатель качественного состояния ζм элементов системы выступают повреждения, накопленные КЛ к моменту времени t. Деформации от воздействия температуры σt , давления σu и силы растяжения σр, возникающие в КЛ, служат количественными представлениями, полученными при внешних воздействиях нагрузок и температуры. Физические величины измерения, температура, давление, а также сила растяжения могут воздействовать на оптическое волокно и изменять свойства световодов в определенном месте. Вследствие гашения света в кварцевых стеклянных волокнах за счет рассеивания можно с высокой степенью точности определить место внешнего физического воздействия. Поэтому применение световода в качестве линейного датчика вполне обоснованно.
Так как КЛ укладывается свободно в грунте (рис. 1.), параметры давления и растяжения на КЛ практически постоянны. Для оценки надежности функционирования КЛ и оптимизации параметров поставки электроэнергии был выбран объективный показатель — рабочая температура. Данный критерий, как показывает практика, наиболее объективно отражает данные о состоянии КЛ по всей длине сети в реальном масштабе времени.
Рассмотрим более подробно механизм оценки температуры силовых кабелей. Тепловые характеристики элементов кабеля известны (рис. 2). Тепловые характеристики среды варьируются на протяжении трассы кабеля и изменяются с течением времени, например, термическое сопротивление грунта, а также изменяются под влиянием близлежащих источников тепла (см. рис. 1).
В данных условиях при наложении параметров друг на друга достаточно сложно выбрать оптимальные характеристики передачи электроэнергии, и поэтому на практике используются усредненные режимы передачи, что вызывает недогруженность КЛ и, как следствие, финансовые потери. Для проведения своевременной оптимизации параметров и сохранения надежности функционирования КЛ была разработана система RTTR для оценки температуры в реальном масштабе времени (рис. 3).
Система позволяет провести адаптацию в реальном времени, то есть определить фактические условия состояния КЛ и провести своевременную адаптацию к изменениям окружающей среды.
Это в свою очередь позволяет учитывать:
– изменения теплового сопротивления грунта:
• обратимые изменения (частичное высыхание грунта)
• необратимые изменения;
– наличие близлежащих источников тепла:
• их постоянное влияние
• их нестационарные температурные характеристики
• при параллельном расположении
• при пересечении; и в результате обеспечивает:
• более точные расчеты при прогнозах
• более реалистичную модель. Алгоритм постановки задачи для расчета параметров приводится в таблице.
Панель ввода исходных данных для расчета параметров силовой кабельной линии приведена на рис. 4.
Результаты измерения после обработки выводятся на экран монитора для анализа и сопоставления (рис. 5).
В результате применения системы RTTR появилась возможность:
– провести оптимизацию потерь;
– своевременно оказать помощь в аварийных ситуациях относительно распределения тока и аварийной нагрузки;
– провести планирование отключения для ремонта и профилактики;
– использовать допустимую нагрузку по току.
Надежность и относительная простота эксплуатации системы мониторинга с RTTR позволяют применить ее на новых и реконструируемых силовых кабельных линиях. Поэтому ее применение целесообразно во всех энергосистемах и энергопредприятиях, эксплуатирующих силовые кабельные линии.
Авторы: Малышев А.В., канд. техн. наук, зам. начальника технической службы ОАО «Севзапэлектросетьстрой», г. С-Петербург Кривошеев Н.В., зам. начальника технической службы по высоковольтным кабельным линиям ООО «Новая Инжиниринговая Компания», г. С-Петербург Вольфганг К. Маршнер, генеральный директор ООО «САЛТЕК РУСЬ», г. Москва
Добавить комментарий