The Next Generation of Line Sensors: Power Harvested, Connected, and Lower Maintenance

НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ДАТЧИКОВ – МАЛОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ, БЫСТРОЕ ВРЕМЯ РЕАКЦИИ, НИЗКИЕ ЗАТРАТЫ НА ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ *

THE NEXT GENERATION OF LINE SENSORS: POWER HARVESTED, CONNECTED, AND LOWER MAINTENANCE

Встатье рассматриваются линейные датчики для мониторинга состояния линий электропередачи.

С. Банерджи Аbstract – In this article the line sensors used for detecting the physical state of power lines are considered.

S. Banerjee

Сегодня перебои с подачей электроэнергии попрежнему обходятся предприятиям в миллионы долларов из-за остановки промышленного энергооборудования. Кроме того, оборудование электросетей в ряде регионов существенно изношено, при этом сильные ураганы в ряде стран становятся все более распространенным явлением, поэтому коммунальные компании направпяют все больше усилий и средств на снижение риска перебоев в подаче электроэнергии.

Это, прежде всего, модернизация распределительных сетей и увеличение количества дополнительных ремонтных бригад. Но, к сожалению, во многих частях света становится все труднее найти квалифицированную рабочую силу и заполнить вакансии в линейных бригадах. Столкнувшись с перспективой длительных перебоев в обслуживании электросетей, коммунальные компании стремятся применять более эффективные технические решениия.

В частности, чтобы повысить эффективность работы линейной бригады, необходимо, чтобы они уделяли больше времени техническому обслуживанию и меньше времени тратили на поиск обрывов в сети электропередачи. Ключом к достижению этих результатов является обеспечение автоматического сбора данных в узлах электросети.

Известно, что продолжительные отключения электроэнергии происходят потому, что сложно определить за короткий промежуток времени источники неисправности сети и локализовать их. Решение этой проблемы заключается в использовании более совершенной технологии линейных датчиков, которая позволяет снизить стоимость системы обнаружения обрывов и других неисправностей в сети, и развертывать ее на большем количестве узлов электросети.

Эта технология отличается высокой степенью интеграции, помогает обеспечить большую точность локализации неисправностей сети, снизить потребление и уменьшить время обслуживания сети в целом.

Одним из наиболее распространенных вариантов использования новых линейных датчиков яв-

ляется система мониторинга состояния узлов, из вестная как индикатор неисправностей. Такая система обнаруживает и отправляет оператору сообщения при возникновении нарушений в работе электросети для того, чтобы линейные бригады могли обслуживать неисправное оборудование с минимальной задержкой. На схеме (рис. 1) показаны индикаторы неисправностей, используемые на линиях распределения электроэнергии. Отметим, что в описаниях одной и той же системы часто ис-

пользуются разные термины для индикаторов неисправности, включая «линейный монитор», «монитор неисправностей» или «индикатор неисправной цепи». В этой статье используется обобщенный термин «индикатор неисправностей» для системы и линейный датчик, которая служит для определения физического состояния линий электропередачи.

В подземных линиях электропередачи индикатор неисправностей размещается на концах вдоль каждого кабеля. Индикаторы при выявлении неисправностей срабатывают и бригада по обслуживанию подземных коммуникаций может легко опреде-

* Banerjee S. The Next Generation of Line Sensors: Power Harvested, Connected, and Lower Maintenance, Technicfl Article. www.analog.com. Сокращенный перевод с английского и комментарии В. Романова.

Рис. 1. Индикаторы неисправностей в узлах линии электропередачи

Рис. 2. Линейные датчики в узлах линии электропередачи

лить неисправный подземный участок кабеля или оборудования, не прибегая к длительному отключению отдельных участков подземной электросети.

Отметим, что подземные коммуникации могут включать трансформаторы, распределительные устройства, шкафы, распределительные коробки и другое энергооборудование, что усложняет поиск неисправностей стандартными средствами.

На рис. 2 приведена схема установки линейных датчиков в составе индикаторов неисправностей. При использовании наземных работ мониторы в индикаторах неисправностей быстро информируют линейную бригаду о проблемном участке линии. Такие системы могут включать отводы без предохранителей, длинные фидеры с промежуточными устройствами повторного включения, распределительные устройства секционирования, фидеры и другие устройства.

Две основные проблемы, связанные с применением стандартных индикаторов неисправностей, заключаются в том, что они имеют высокую стоимость, а это ограничивает их применение, и, кроме того, они требуют периодического обслуживания для поддержания надежного функционирования. Совокупная стоимость индикаторов неисправностей и затрат на их периодическое обслуживание – это две основные причины, по которым коммунальные компании с ограниченными ресурсами не могут развернуть необходимое количество индикаторов неисправностей в своих электросетях.

Компания Analog Devices постаралась решить перечисленные проблемы за счет разработки новых линейных датчиков для индикаторов неисправностей (рис. 3), которые отличаются меньшим потреблением и большим интервалом обслуживания.

Несмотря на то, что основные функции линейного датчика в индикаторе неисправностей достаточно просты, конструкция индикатора неисправностей достаточно сложна, особенно комплексная схема источника питания такого датчика. В индика-

торе предусмотрены не только независимые источники питания: линия электропередачи, аккумуляторная или накопительный суперконденсатор, но и в случае необходимости солнечная батарея. Кроме того, разработан специальный алгоритм управления, который обеспечивает необходимое потребление индикатора неисправностей в условиях изменяющейся нагрузки. Использование нескольких разнотипных источников питания повышает его надежность, обеспечивает ускоренный запуск и более низкое энергопотребление индикатора неисправностей в целом. За счет улучшенного управления питанием индикаторы неисправностей не нуждаются в частом обслуживании, т.к. линейные бригады могут реже менять батареи и реже выполнять проверку работоспособности системы мониторинга неисправностей в целом. В новых индикаторах неисправностей предусмотрены более полный сбор данных и более надежная беспроводная связь для повышения скорости обнаружения неисправностей благодаря использованию высокоскоростных прецизионных преобразователей для сбора информации о состоянии линий электропередачи. Применение беспроводной системы связи типа GSM увеличивает скорость доступа к индикаторам неисправностей, что позволяет линейным бригадам тратить меньше времени на поиск неисправностей и

Рис. 3. Схема индикатора неисправностей с малым потреблением

Рис. 4. Схема передачи данных о неисправностях подземных линий электросети

больше времени на их устранение. На рис. 4 приведена схема передачи данных о состоянии подземных линий электропередачи.

Новые линейные датчики, собирая в узле более детализированные данные о состоянии линии электропередачи, позволяют линейным бригадам быстрее и с большей точностью выявлять отключения и реагировать на них. Кроме того, анализ типовых сбоев и отказов в линиях электропередачи, полученных с помощью новых линейных датчиков компании Analog Devices, позволяет более эффективно готовить линейные бригады для ремонта сложного энергетического оборудования, включая сети электропередачи.

ВЫВОДЫ

Потребители электроэнергии продолжают сталкиваться с длительными перебоями в ее подаче изза того, что трудно быстро локализовать и устранить неисправности, возникающие в электросети. Один из способов преодоления проблемы состоит в широком внедрении новых автоматических индикаторов неисправностей электросети.

Новые линейные датчики компании Analog Devices для построения индикаторов неисправностей в электросетях при широком внедрении их в энергосистемы позволят повысить скорость и точность обнаружения неисправностей и, как следствие, снизить время аварийных отключений электроэнергии как на промышленных, так и гражданских объектах.