Информационная модель воздушной линии электропередачи для построения концепции BigData в электроэнергетике

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.8.43-48 УДК 621.315.1+004.04

А. В. Бурцев, Г. П. Фастий, В. В. Ярошевич

ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ КОНЦЕПЦИИ BIGDATA В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

Аннотация

В статье приведена информационная модель воздушной линии для применения в разработке концепции системы обработки больших объемов данных. Подробно рассмотрен каждый блок модели, показаны перспективы ее применения.

Ключевые слова:

воздушная линия электропередачи, информационная модель.

A. V. Burtsev, G. P. Fastiy, V. V. Yaroshevich

INFORMATION MODEL OF POWER TRANSMISSION LINE

TO CONSTRUCT THE BIGDATA CONCEPT IN ELECTRIC POWER INDUSTRY

Abstract

The basic information model of an overhead transmission line for application in development of the big data system concept is given. Each block of the model is considered in detail, the prospects for its application are shown.

Keywords:

power transmission line, information model.

Составление информационной модели воздушной линии электропередачи (ВЛ) является необходимым условием для полноценной разработки концепции BigData в электроэнергетике, начатой ЦЭС КНЦ РАН в 2017 году. Согласно ГОСТ 34.003-90 [1], информационная модель — это модель объекта, представленная в виде информации, которая описывает существенные параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта и позволяющая путём подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта. Таким образом, составление модели объекта подразумевает начальное определение всех параметров ее компонентов и установление между ними связей.

Структура представленной модели основана на анализе 148 паспортов ВЛ классов напряжения от 35 до 150 кВ, предоставленных одной из энергокомпаний Мурманской области для изучения. Базовая информационная модель представлена на рис. 1. Рассмотрим более подробно каждый из блоков.

Блок «Воздушная линия электропередачи». Блок содержит базовую информацию по ВЛ: годы строительства; годы модернизации, если таковая производилась; год ввода в эксплуатацию; проектная организация; монтажная организация; эксплуатирующая организация; принадлежность к участку; класс напряжения; диспетчерское наименование; количество цепей. Такие показатели не влияют на дальнейшее поведение модели и используются лишь для справки.

ВОЗДУШНАЯ линия ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ -> ВЕДОМОСТЬ РАССТАНОВКИ ОПОР КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Базовые характеристики Список опор Район по ветру, гололеду, загоязнению

V /

ПРОВОД ОПОРА ГРОЗОТРОС

Базовые характеристики <- Базовые характеристики —> Базовые характеристики

X

ИЗОЛЯТОР КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОПОРЫ Базовые характеристики X МАТЕРИАЛЫ ФУНДАМЕНТ

Базовые характеристики Базовые характеристики

\ /

-7 Физические и химические свойства

Рис. 1. Базовая информационная модель ВЛ Fig. 1. Basic information model of the overhead power line

Блок «Климатические условия». В данном блоке содержится подробная информация по районам климатических условий по ветру, гололеду и загрязнению воздуха с привязкой к местности. Карты климатических условий постоянно меняются, соответственно, их учет в информационной модели необходим, т.к. показатели климатических условий учитываются при расчете механических нагрузок на опоры ВЛ и провода.

Блок «Ведомость расстановки опор». Блок является основным в информационной модели. Он содержит всю техническую и физическую информацию о ВЛ и служит основой для аналитических и технических расчетов состояний ВЛ. Блок состоит из списка опор ВЛ, формирующих ее трассу, с указанием географических координат опор, их тип, используемые марки проводов и грозотросов, типы изоляторов и их количество в гирляндах. Также указывается принадлежность опоры к цепи в случае применения одноцепной опоры в двухцепной линии. По географическим координатам вычисляется высота над уровнем моря для формирования рельефа трассы и присваиваются климатические параметры согласно Блоку «Климатические условия». Большинство указанных объектов уже должны быть определены. Поэтому необходимы связи рассматриваемого блока с блоками этих объектов, которые описаны ниже.

Блок «Опора». Данный блок отвечает за базовую информацию об опоре. К такой информации относится ее наименование, класс напряжения и тип: анкерная, промежуточная и др. К каждой опоре, описанной этим блоком, назначается список конструктивных элементов, содержащихся в блоке «Конструктивные элементы опоры».

Блок «Конструктивные элементы опоры». В этом блоке находится ряд элементов, из которых состоит конкретная опора. Рассмотрим эти элементы на примере железобетонной (ЖБ) опоры. Основным элементом ЖБ опоры является стойка. Все ЖБ стойки производятся по типовым проектам, имеют свои параметры и маркировку. При добавлении стойки в список элементов необходимо указать ее заглубление или марку фундамента, на который эта стойка будет установлена (рис. 2а).

б

а

в

г

д

е

Рис. 2. Элементы железобетонной опоры и их размеры: а — стойка; б — траверса; в — одноцепное исполнение; г — тросостойка; д — оттяжки; е — оттяжки

Fig. 2. Elements of reinforced concrete support and their dimensions:

a — tower body; б — traverse; в — single-circuit execution; г — ground wire peak; д — guyed tower; e — guyed tower

На стойку крепятся траверсы, монтажные чертежи которых также описаны в типовых проектах. При добавлении траверсы в список элементов нужно указать высоту над уровнем земли, вынос от оси симметрии стойки,

вертикальный размер, место крепления поддерживающей арматуры, а также направление относительно оси ВЛ (рис. 2б). Как правило, на опоре три (рис. 2в) или шесть траверс для одноцепного или двухцепного исполнения соответственно, но встречаются опоры с большим числом цепей или специальные опоры, например ответвительные, где число траверс может доходить до девяти в двухцепном исполнении. На вершину стойки крепится тросостойка — элемент, удерживающий грозозащитный трос. Один из ее параметров — это высота (рис. 2г). Опора может поддерживаться оттяжками. Каждая оттяжка является отдельным конструктивным элементом и добавляется в список элементов индивидуально. К основным параметрам оттяжки можно отнести место крепления на стойке или траверсе, заглубление, расстояние от стойки опоры и направление относительно оси ВЛ (рис. 2д,е). Таким образом, набор конструктивных элементов опоры позволяет создать ее геометрическую и физическую модель, на основе которой держится вся информационная модель ВЛ.

Блоки «Провод» и «Грозотрос». Блоки содержат информацию о проводниках, применяемых в электроэнергетике. В качестве грозотроса применяют стальной провод, где диаметр стального сердечника несколько больше, чем диаметр наружных проволок (рис. 3а). В качестве фазных проводов используют, как правило, провода с комбинацией материалов: сталь в качестве материала сердечника; алюминий (рис. 3б) или бронза (рис. 3в) в качестве материалов внешних проволок. Поэтому в качестве необходимых данных для описания проводника требуется знать его состав - число проволок, их диаметр и материал для сердечника и внешней части. Также основным параметром проводника является электрическое сопротивление на единицу длины для расчета физических процессов и разрывное усилие для расчета механических нагрузок.

%j5*

Провод: ТК 70 Провод: АО 185/29 Провод: БС 400/196

а б в

Рис. 3. Различные структуры проводников

Fig. 3. Various structures of conductors

Блок «Изолятор». Блок содержит основные параметры линейных изоляторов, применяемых на высоковольтных ВЛ. К таким параметрам относятся: минимальная механическая разрушающая нагрузка целого изолятора и его остатка, геометрические размеры, длина пути утечки и пробивные напряжения.

Блок «Фундамент». В основном этот блок содержит информацию о геометрических размерах и расходе бетона и металл для изготовления конкретной единицы изделия.

Блок «Материалы». В данном блоке содержится информация о материалах, которые используются для изготовления проводов, тросов, изоляторов, опор и т.д.

Основными материалами для изоляторов являются малощелочное стекло, электротехнический фарфор, кремнийорганическая резина. Эти материалы описываются следующими параметрами: плотность; прочность разрыва; теплоемкость; теплопроводность; электрическая прочность; тангенс угла диэлектрических потерь; удельное поверхностное сопротивление; удельное объемное сопротивление; диэлектрическая проницаемость.

Для проводов и тросов применяются следующие материалы: сталь, алюминий, бронза, медь. Провода могут состоять из нескольких материалов. Основные физические свойства материалов, которые применяются для проводов: температура плавления; удельная теплопроводность; удельная теплоёмкость; удельное сопротивление при 20° С; удельная электропроводность при 20° С; температурный коэффициент удельного сопротивления; температурный коэффициент линейного расширения.

Для изготовления опор согласно нормам технологического проектирования ВЛ применяются различные материалы: дерево, бетон, сталь и композит. Одним из основных элементом железобетонных опор является стойка, которая изготавливается из различного класса бетона например: В30, В40, В45 и т.д. Основными характеристиками бетона является: прочность, морозостойкость, водонепроницаемость.

Выводы

Разработанная информационная модель ВЛ включает в себя обширный набор параметров и условий, позволяющий описать в числовом виде практически любую линию электропередачи. Такая модель дает возможность проводить различные физические расчеты и анализ состояния ЛЭП в среде с большим объемом данных.

Литература

1. ГОСТ 34.003-90. Информационная технология (ИТ). Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения, ГОСТ от 27 декабря 1990 года № 34.003-90

2. Бурцев А. В., Ярошевич В. В., Фастий Г. П., Карпов А. С. Систематизация объектов электроэнергетики для построения концепции «BigData» на примере металлических опор воздушных линий. Труды Кольского научного центра РАН. 2017. Т. 8. № 8-15. С. 61-69.

Сведения об авторах

Бурцев Антон Владимирович,

младший научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук», Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А Эл. почта: a.burtsev@tehnonord.ru

Фастий Галина Прохоровна,

научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук».

Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А, эл. почта: fastiy@ien.kolasc.net.ru

Ярошевич Вера Васильевна,

научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук».

Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А, эл. почта: yaroshevich_vera@mail.ru

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.8.48-55 УДК 621.548

В. А. Минин

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ ПЕРИОДОВ И ПЕРИОДОВ ПРОСТОЯ ВЭУ ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ НА СЕВЕРНОМ ПОБЕРЕЖЬЕ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

Аннотация

По результатам многолетних наблюдений за скоростью ветра на ветроэнергетическом полигоне Кольского научного центра РАН, расположенного на северном побережье Кольского полуострова, выявлены особенности формирования длительности рабочих периодов ветроэнергетических установок (ВЭУ) и последующих периодов их простоя в зависимости от времени года и среднего уровня интенсивности ветра.

Ключевые слова:

энергия ветра, режимы работы ветроэнергетических установок (ВЭУ).

V. A. Minin

DISTRIBUTION UNDER DURATION OF WORKING PERIODS AND IDLE PERIODS OF WIND TURBINES IN THE NORTHERN COAST OF THE KOLA PENINSULA

Abstract

According to the results of long-term observations of wind speed at the wind energy polygon of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, located on the northern coast of the Kola Peninsula, features of the formation of the duration of the working periods and idle periods of wind turbines depending on the time of year and the average level of wind intensity were revealed.

Keywords:

wind energy, operational modes of the wind turbines.