Русский
English
Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»: новые технологии и старые документы - обзор Международной онлайн-конференции
Международная онлайн-конференция «Высоковольтные воздушные и кабельные линии электропередачи: актуальные вопросы и новые тенденции» в текущем году проводилась уже в пятый раз. Организаторами выступили АО «НПО «Стример» и АО «ЭССП», информационными партнерами — журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» и РНК СИГРЭ. За три дня работы онлайн-конференции (с 13 по 15 февраля) слушателям было представлено более 20 докладов. Обзор ключевых моментов — в материале журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение».
Индивидуальные решения как способ оптимизации
Модератор конференции — руководитель направления альтернативного проектирования НПО «Стример», к.ф.-м.н. Марина Ермошина, приветствуя участников мероприятия, напомнила, что в минувшем году исполнилось 20 лет со дня выхода седьмой редакции «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ). «За эти годы вопросы, которые тогда бурно обсуждались, забылись. Можно сказать, что сейчас уже выросло новое поколение проектировщиков и коллег из эксплуатирующих организаций, которые с нуля начинают поднимать все эти вопросы», — подчеркнула Марина Ермошина. Также она добавила, что в минувшие годы первый доклад конференции традиционно был посвящен мировым трендам в электросетевом строительстве, однако в этом году было решено «вернуться к тому, что обсуждалось 20 лет назад, и поговорить про индивидуальные технические решения и про ПУЭ».
Несмотря на то, что новые редакции ПУЭ не выходили с 2003 года, нельзя говорить о том, что отрасль в данной части «не двигается с мертвой точки», считает Марина Ермошина. Примером движения и развития может служить программа по новой унификации решетчатых опор, запущенная «Россети ФСК ЕЭС». «Однако программа не охватывает классы напряжения 35–110 кВ. И, к сожалению, это дает о себе знать, поскольку напрямую влияет на надежность электроснабжения потребителей», — добавила Марина Ермошина.
Одной из основных проблем в этой части остаются типовые стальные опоры воздушных линий (ВЛ), считает Марина Ермошина: «Мы всегда говорим, что типовые опоры нельзя применять без перерасчета. Почему? В первую очередь конструкция стальных опор, применяемых в РФ (это касается почти всех опор, кроме новейшей унификации), не соответствует требованиям действующих нормативных документов (в первую очередь — седьмой редакции ПУЭ)». Также типовые конструкции опор не применимы с расчетными данными, указанными на их монтажных схемах, а их элементы не соответствуют условиям прочности и устойчивости, прописанным в действующих нормативных документах, подчеркнула Марина Ермошина. Среди других проблемных моментов: болтовые соединения в элементах опор, которые не держат полученные усилия; геометрические параметры конструкций, не соответствующие требованиям по грозозащите и обеспечению изоляционных расстояний; отсутствие типовых конструкций, рассчитанных на большие нагрузки.
Существует несколько путей, позволяющих обойти данные проблемы, говорит Марина Ермошина. Например, можно уменьшать пролеты, усиливать сами типовые конструкции или разрабатывать индивидуальные конструкции для конкретных условий. Два первых варианта являются неоптимальными, считает спикер. Например, эксплуатирующие организации зачастую забывают, что, если брать типовое решение и пытаться его доработать, то, прежде всего, необходимо провести обследование работоспособности этой конструкции, выполнить все необходимые расчеты, учесть множество факторов.
В этом ключе применение индивидуально разработанных конструкций опор ВЛ представляется гораздо более оптимальным решением, которое позволяет оптимизировать капитальные затраты на строительство и эксплуатацию. «Кроме того, бывают нестандартные и сложные случаи, когда типовые решения отсутствуют в принципе. Здесь применение индивидуальных конструкций особенно эффективно», — добавила Марина Ермошина.
Среди таких нестандартных случаев и сложных условий спикер назвала переходы через магистрали (автомобильные или железнодорожные) и водные преграды, линии с нестандартными пролетами и высокими нагрузками на опоры, строительство в условиях, в которых невозможно использование необходимой техники (например, в стесненных городских или в сложных инженерно-геологических условиях). Кроме того, индивидуальные решения оптимальны там, где предъявляются повышенные требования к безопасности персонала сетевых компаний и третьих лиц или к внешней эстетике конструкций.
Также в рамках доклада Марина Ермошина привела несколько примеров успешно реализованных индивидуальных решений. «Индивидуальные технические решения опор ЛЭП позволяют оптимизировать капитальные затраты. Это опыт не только компании “Стример”, это опыт наших партнеров, которые занимаются разработкой индивидуальных конструктивных решений для конкретных вопросов», — подчеркнула спикер, завершая доклад.
Зарубежный опыт трансформации электросетевого комплекса
Секцию 1 «Общие вопросы проектирования, строительства и эксплуатации ЛЭП» открыл доклад руководителя отдела FCM Consulting (Великобритания) Владимира Елпидифорова.
На примере Великобритании спикер рассмотрел проблематику строительства ЛЭП в условиях трансформации систем электроснабжения. «Мы сейчас сталкиваемся с тем, что в связи с энергетическим переходом нужно не только строить новые ВИЭ-электростанции, но и пересматривать работу всего электросетевого комплекса, — рассказал Владимир Елпидифоров. — Если раньше основные генерирующие мощности располагались в центре острова, и там же была сосредоточена основная промышленность, то сейчас у нас основная генерация (ветровая) находится на севере страны, а основные потребители значительно южнее». Свою роль играет и нестабильность выработки ВЭС, подчеркнул специалист: «Это не уголь, которой когда нужно, тогда и зажег. Когда ветер не дует, приходится перебрасывать те же мощности с континента по интерконнекторам».
В связи с этим британским энергетикам приходится создавать энергосистему страны практически заново, что дополнительно осложняется специфическими правилами землепользования. По этим правилам согласование строительства новой ЛЭП в среднем занимает 8–9 лет, а иногда и больше, рассказал Владимир Елпидифоров. Кроме того, в Великобритании бытует традиционное предубеждение против ВЛ, из-за чего предпочтение отдается кабельным линиям (КЛ).
Данный аспект зарубежный специалист неоднократно освещал в ходе конференций прошлых лет.
Читать обзоры:
2023 год >>
2022 год >>
По словам Владимира Елпидифорова, на текущий момент в Англии очередь на технологическое присоединение составляет 12–14 лет. «Большие серьезные организации, которые действительно заинтересованы в развитии, говорят: давайте мы будем сами строить коммерческие ЛЭП. Но это вызывает очень много правовых вопросов», — добавил спикер.
В качестве примера Владимир Елпидифоров рассказал о проекте строительства ЛЭП 400 кВ с севера на юг страны. Здесь британским энергетикам пришлось столкнуться с проблемой проведения ЛЭП через объект культурного наследия — Адрианов вал, построенный еще во времена Римской империи. Вал проходит через остров с запада на восток, разделяя его на две примерно равные части. «Никто не хочет, чтобы воздушные линии стояли вдоль этого красивого пейзажа, — говорит специалист. — Люди собирают деньги, нанимают дорогих юристов, идут в королевский суд». Однако и КЛ в случае с валом Адриана не является решением, рассказал Владимир Елпидифоров: «Под валом находится культурный археологический слой, через который бурить нельзя».
В таких специфических условиях британские энергетики вынуждены развивать технологии передачи постоянного тока, технологии горизонтально-направленного бурения (ГНБ), использовать инновационные конструкции проводов, рассказал спикер.
Однако все эти направления имеют свои ограничения. Так, например, линии постоянного тока активно применяются для связи с континентом, но неприменимы внутри страны, говорит Владимир Елпидифоров: «Мы столкнулись с тем, что строительство, например, ВЛ постоянного тока оказывается рентабельным только при протяженности линии 500–800 км. А таких расстояний в Англии просто нет». Есть свои сложности и при ГНБ, рассказал эксперт: «Мы очень много бурим — по 500–700 метров, причем под максимальный диаметр кабеля — до 2500 мм. Но для такого бурения нужно место, бурильные установки очень массивные и тяжелые — до 4000 тонн». Также в электросестевом комплексе Великобритании активно используются провода с большой пропускной способностью (например, провода с карбоновым сердечником). Их можно нагреть до больших по сравнению с самым распространенным сталеалюминиевым проводом температур, а также они не провисают. Но такие технологии, во-первых, дороже, во-вторых, требовательнее к качеству монтажа, а следовательно, и к квалификации персонала.
Соответственно, проектирование и строительство ЛЭП в таких условиях требует очень тщательного расчета, рассказал спикер в завершение доклада. Здесь британские энергетики активно используют искусственный интеллект и технологию цифровых двойников.
Баланс между цифровой трансформацией и нормативно-технической базой
Важным инструментом развития энергетики является цифровая трансформация производственных процессов на всех стадиях жизненного цикла объектов электросетевого хозяйства, отметила в своем докладе главный эксперт отдела информационного моделирования ВЛ Департамента автоматизированных систем «Россети Научно-технический центр» (АО «НТЦ ФСК ЕЭС») Ольга Ивашевская.
При этом цифровая трансформация не должна происходить в отрыве от развития методологической составляющей и нормативно-технической базы в части проектирования, строительства и эксплуатации ВЛ, подчеркнула эксперт: «Мы считаем, что необходимо постоянно двигаться в двух этих равнозначимых направлениях». АО «НТЦ ФСК ЕЭС» не первый год ведет работу над цифровой платформой, в рамках которой гармонизированы эти два направления, — это программный комплекс «Электронный каталог ВЛ» (ПТК «ЭК ВЛ»).
«Данная работа стала базисом для развития информационных технологий в части воздушных линий электропередачи. До настоящего времени у специалистов эксплуатирующих организаций не было инструмента, позволяющего выполнить необходимые расчеты и сделать визуализацию полученных результатов для проведения целого ряда ремонтных работ», — рассказала Ольга Ивашевская.
В рамках реализации проекта было не только разработано специальное программное обеспечение, но и сформировано единое информационное пространство, включающее ряд баз данных, к наполнению которых были привлечены ведущие российские заводы-производители проводов, тросов, линейной арматуры и изоляции.
Напомним, подробный обзор возможностей ПТК «ЭК ВЛ» был представлен на Четвертой конференции «Высоковольтные воздушные и кабельные линии электропередачи: актуальные вопросы и новые тенденции» в 2023 году.
Далее спикер рассмотрела основные пробелы, существующие сегодня в нормативно-технической базе в части ВЛ. Проблема в том, что многие нормативно-технические документы, используемые сегодня проектировщиками, были созданы более полувека назад, говорит Ольга Ивашевская. Так, например, руководящие указания по выполнению механических расчетов проводов и грозотросов, изданы в 1965 году, и утратили актуальность. Схожая ситуация и с методологической базой по расчету пляски проводов, применения гасителей вибрации, учету дополнительного оборудования и т.д.
Таким образом, в данной части необходима своевременная актуализация действующей нормативно-технической документации в области проектирования, строительства, эксплуатации ВЛ. Появлению новых и актуализированных норм, стандартов, Сводов правил должна предшествовать тщательная работа, основанная на анализе отечественных, зарубежных, а также оставшихся нам в наследство от советского прошлого нормативно-технических документов и исследований, резюмировала спикер.
«В настоящее время российская строительная отрасль в целом и электроэнергетика в частности находятся на новом этапе — этапе внедрения информационного моделирования. И в этой части также применим ПТК «ЭК ВЛ», — добавила Ольга Ивашевская в завершение доклада.
Практический опыт эксплуатации ЛЭП в России и за рубежом
Практическим опытом эксплуатации кабельных линий в рамках промышленного предприятия (Череповецкий металлургический комбинат) поделился с участниками конференции менеджер по эксплуатации и надежности электрических сетей ПАО «Серверсталь» Илья Вихарев.
В докладе была представлена статистика аварийности (виды повреждений, причины аварий и т.д.) на кабельных линиях металлургического комбината, рассмотрены особенности проведения ТОиР и методы диагностики.
Об алгоритмах действия испытательных приборов для измерения импедансов воздушных и кабельных сетей на примере электросетевого комплекса Азербайджана рассказал профессор Бакинского Института Инженеринг, д.т.н. Гара Гасанов.
По словам спикера, в последнее время в электрических сетях Азербайджана применяются различные испытательные устройства и приборы Европейского стандарта с расширенными функциями. Многие из этих приборов при измерении дают удовлетворительные результаты, другие — требует сравнения с теоретическими выводами. Некоторые данные анализа показателей таких приборов, касающиеся в основном импеданса воздушных линий электропередачи различной длины (в основном напряжением 500 кВ) и были рассмотрены в рамках доклада.
Насколько важна точность при проектировании КЛ?
Работа Секции 2 «Кабельные линии» началась с доклада, посвященного токам короткого замыкания сети и выбору сечения экранов кабелей. Доклад представил доцент кафедры «Электроэнергетическое оборудование электрических станций, подстанций и промышленных предприятий» ФГОУ «ДПО ПЭИПК», к.т.н., Михаил Дмитриев.
При проектировании КЛ и выборе сечения экрана кабеля существует серьезная проблема точности исходных данных, считает спикер. Определение токов КЗ и токов нормального режима кабельной линии происходит на первом этапе ее проектирования, при этом данные о токах предоставляются проектировщику Системным оператором. Только после этого происходит определение сечения экрана, схемы заземления экранов и сечения жилы (второй этап проектирования), а также расчет параметров КЛ (третий этап).
«Таким образом, если мы вернемся к началу с данными, полученными в результате расчета на третьем этапе проектирования, то на первом этапе получим совершенно другие токи КЗ и нормального режима, — говорит Михаил Дмитриев. — Поэтому нам заново придется проходить этап номер два, снова выбирать кабель и так далее. Проблема этой “карусели” в том, что мы слепо доверяем исходным данным, которые нам предоставляют. Но если мы будем разбираться, откуда они взялись, окажется, что доверия этим источникам нет. Откуда на этапе расчета сети мы взяли параметры кабельной линии, если мы ее еще не спроектировали? При этом значения токов КЗ в исходных данных и значения токов КЗ, полученные при пересчете могут различаться на 20–35%».
Еще одна проблема заключается в том, что в кабельных каталогах производителями приводятся формулы, не учитывающие ни схему заземления экрана, ни апериодическую составляющую тока КЗ, подчеркнул спикер. И данная ошибка встречается не только в каталогах, но и в специализированном ПО для расчета токов КЗ в различных типах КЛ.
Для проверки программного обеспечения спикер предложил следующую методику: «Не доверяйте программам, которые для расчета токов КЗ не просят ввода следующих четырех параметров: схема заземления экранов кабелей, сечение экранов кабелей, материал экранов кабелей, расстояние между кабелями КЛ».
С учетом вышесказанного, при выборе сечения экрана кабеля перед проектировщиком встают четыре проблемы, говорит Михаил Дмитриев: «Первое. Ошибка 20–35% при расчете тестовой схемы из-за недостоверных исходных данных. Второе. Ошибка 35–50% из-за того, что мы не учитываем апериодическую составляющую токов КЗ. Третье. Мы не имеем четких правил выбора времени отключения КЗ (можно показать, что это способно дать ошибку 70–100%). И четвертое — мы не всегда верно учитываем вопросы автоматического повторного включения на кабельно-воздушных линиях, в случае которого ток КЗ, может пройти по кабелю несколько раз, а это отвечает ошибке 100–200%».
На фоне столь значительного разброса результатов выбора сечения экрана, обусловленных неопределенностью ключевых исходных данных, представляется бессмысленным использование «точной» сложной методики расчета, позволяющей за счет учета или неучета охлаждения уточнить результаты расчетов всего на 10–20%, считает спикер: «Нет смысла использовать сложные доскональные методики расчета и выбора кабелей — указанные методики вполне допустимо заменить упрощенными».
По словам Михаила Дмитриева, одним из ярких примеров здесь является ситуация с сечением экранов кабелей высокого напряжения: «При выборе экрана используют “точную” сложную методику ГОСТ Р МЭК 60949-2009. Однако при таких общих ошибках, вместо применения данного стандарта рекомендуется сосредоточиться на решении других вопросов, которые куда более заметно влияют на итоговый выбор сечения экрана. В первую очередь речь идет о корректном выборе величины тока КЗ и времени его отключения», — подвел итог спикер.
Компактное отечественное решение для КВЛ
Рост количества комбинированных кабельно-воздушных линий (КВЛ), обусловленный расширением городских территорий, увеличением плотности застройки, перенасыщением инфраструктуры и т.д., потребовал создания типового универсального решения в части переходных пунктов для соединения ВЛ и КЛ, рассказал в начале своего доклада главный инженер направления альтернативного проектирования АО «НПО «Стример» Станислав Глинский.
Ответом на данный вызов стал разработанный НПО «Стример» переходный пункт ППМ-110. Разработка данного решения началась еще в 2017 году в рамках НИОКР по заказу «Россети Московский регион» (на 2017 год — ПАО «МОЭСК»). Опытный образец был разработан в 2018 году, а с 2020 года ППМ-110 уже активно эксплуатируется заказчиком.
В компании считают ППМ-110 одной из важнейших своих разработок, которая сочетает в себе компактность и низкую стоимость открытого переходного пункта с удобством эксплуатации и технологической насыщенностью закрытого переходного пункта. При этом ППМ-110 — полностью российская разработка, обладающая рядом уникальных даже в мировом масштабе характеристик, подчеркнул Станислав Глинский.
Также спикер в обзорной форме рассказал о характеристиках переходного пункта, его эксплуатационных преимуществах и о работе НПО «Стример» с проектировщиками кабельно-воздушных линий.
В завершение доклада Станислав Глинский примеры реализации наиболее интересных и успешных кейсов с применением ППМ-110.
ГОСТы, которых нам не хватает
Методику диагностики состояния конструкций опор ВЛ по изменению динамических параметров представили участникам конференции специалисты ФГБОУ ВО НГТУ Алексей Кожевников и Сергей Роденко в докладе «Расчетно-экспериментальное ранжирование опор воздушных линий электропередачи по их динамическим параметрам».
Как рассказал к.т.н., доцент кафедры «Прочность летательных аппаратов» ФГБОУ ВО НГТУ Алексей Кожевников, строительная отрасль с 2011 года имеет возможность выполнять диагностику состояния конструкций по изменению динамических параметров, однако широкого распространения данный подход не получил. Институт электроэнергетики НГТУ задался целью разработать расчетно-инструментальный способ идентификации технического состояния фундаментов и опор ВЛ и формулирования рекомендаций о необходимости оперативного детального обследования или ремонта конструкции.
В результате был разработан специализированный измерительный комплекс «ЛЭПТОН-1», а также методика оценки состояния типовых опор, в том числе и изготовленных из разных материалов. Методика позволяет оперативно принимать решения о необходимости детального инструментального осмотра конструкции опоры ВЛ, что существенно сокращает затраты на выполнении регламентных работ.
В завершение выступления докладчик привел результаты апробации методики на участке реальной линии, включающем 49 опор П-110-3.
Тему развил директор «Института электроэнергетики НГТУ» Сергей Роденко, отметивший, что электросетевому строительству на текущий момент не хватает ряда нормативных документов, которые используются при строительстве других объектов. Это: ГОСТ 31937–2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния»; ГОСТ 34081-2017 «Определение параметров основного тона собственных колебаний» и Свод правил СП 413.1325800.2018 «Здания и сооружения, подверженные динамическим воздействиям. Правила проектирования». Мониторинг с изучением динамических воздействий и колебаний позволит выявить дефекты, не определяемые при визуальном осмотре, считает спикер.
Актуализация и гармонизация НТД
Одну из тем, поднятых в начале конференции Мариной Ермошиной, раскрыл заведующий сектором нормативной документации НИЛКЭС ООО «ПО «Энергожелезобетонинвест» Константин Романов.
По словам спикера, в действующих сегодня общегосударственных нормативных документах (Сводах правил) не отражаются требования электроэнергетики. С другой стороны, специфические требования электроэнергетики, изложенные в ПУЭ, не имеют официального статуса, что в перспективе может привести к экстенсивному развитию отрасли.
Также Константин Романов привел примеры СП, которым необходимы изменения — внесение специфических требований электроэнергетики либо выпуск соответствующих дополнений. В части ПУЭ основной проблемой спикер назвал то, что Правила не имеют статуса документа, требования которого обязательны. При этом ПУЭ являются основным документом электроэнергетики, а многие вопросы, рассмотренные в них, в других документах не упомянуты, сделал акцент Константин Романов. Таким образом, ПУЭ необходимо придать официальный статус, провести их актуализацию и восстановить практику регулярного обновления, считает спикер.
Напомним, доклад на данную тему также был представлен Константином Романовым в рамках заседания секции № 1 «Технологии и оборудование линий электропередачи» Научно-технического совета (НТС) ПАО «Россети» 30 ноября 2023 года.
Также в рамках конференция «Высоковольтные воздушные и кабельные линии электропередачи: актуальные вопросы и новые тенденции» в ходе работы тематических секций слово было предоставлено производителям проводов и линейной арматуры ВЛ, изоляторов, систем диагностики и мониторинга.
Источник: сайт журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»
