Оптический метод диагностирования образования гололеда на ЛЭП

Введение
В настоящее время стратегическим направлением развития Единой энергетической системы России, как наиболее крупного централизованно управляемого энергообъединения в мире, является внедрение активно-адаптивных электрических сетей. Данная технология, получившая за рубежом наименование Smart Grid (дословно «интеллектуальная сеть»), подразумевает снижение физической уязвимости всех составляющих энергосистемы путём её оснащения средствами автоматической идентификации рисков аварийных возмущений и организации предупреждения неисправностей. Большое удаление объектов генерации и потребления электроэнергии друг от друга послужило причиной того, что электрические сети, образуемые высоковольтными ВЛЭП, зачастую обладают магистральной топологией, что приводит к трудности их резервирования.
В силу этого низкая конструкционная надёжность воздушных линий, обусловленная непрерывным климатическим воздействием (гололёд, ветер, осадки, солнечная радиация), в совокупности с их высокой степенью износа становятся причиной частой повреждаемости электрических сетей и недоотпуска электроэнергии. Таким образом, обеспечение безаварийной эксплуатации воздушных линий является сложной задачей, решение которой тем не менее имеет важнейшее значение для нормального функционирования социальной и производственной инфраструктуры. В связи с этим возникающие на ВЛЭП 5 аварии требуют скорейшего устранения.
Основные методы и устройства, которые применяются при контроле образования гололеда на ЛЭП
Традиционно при выявлении угрозы оледенения проводов на участках линии, наиболее подверженных метеорологическим воздействиям, выездные бригады оперативно-диспетчерской службы проводят визуальную оценку вида отложений, толщины гололёдных муфт и, в конечном счёте, приблизительно определяют объём намерзаний на проводах. Тем не менее ввиду очевидных недостатков визуальной диагностики ВЛЭП в гололёдоопасный период (низкая точность, труднодоступность большинства участков линий в условиях зимнего бездорожья, небольшая продолжительность светового дня и т.д.), на практике всё чаще прибегают к оснащению воздушных линий устройствами телеметрии гололёдных нагрузок, позволяющими в режиме реального времени контролировать формирование гололёдно-изморозевых отложений на проводах.
В современных устройствах для мониторинга гололёдообразования используются гравитационный (тензометрический), локационный и инструментально-параметрический методы диагностики. Гравитационный метод реализуется посредством прямого измерения гололёдной и гололёдноветровой нагрузок на провод с последующим сравнением измеренных величин с наперёд заданными значениями пороговых нагрузок.
Разновидностью гравитационного метода диагностики является аэродинамический способ обнаружения отложений

. Способ заключается в том, что на промежуточном пролёте линии одновременно измеряются относительное направление ветра, скорость ветра и величина фактической ветровой нагрузки на провод с отложениями или без них, после чего по измеренным скорости и относительному направлению ветра рассчитывается величина ожидаемой ветровой нагрузки на провод без отложений и выполняется её сравнение с величиной фактической ветровой нагрузкой. Если фактическая ветровая нагрузка больше ожидаемой, то фиксируется наличие на проводе отложений, если же фактическая и ожидаемая ветровые нагрузки равны, то делается вывод об отсутствии гололёдных отложений.
Локационный метод диагностики заключается в подаче импульсного сигнала в контролируемую линию и определении суммарного времени, затраченного на его распространение вдоль провода в прямом и обратном направлении после отражения от конца линии либо ВЧ-заградителя. Метод позволяет определить наличие 16 гололёдных образований на проводах ВЛ и их величину путём сравнения времени распространения сигналов (или амплитуд отражённых сигналов) при наличии и при отсутствии гололёдных образований. Гололёдные отложения представляют собой неоднородный диэлектрик, который уменьшает скорость распространения сигнала вдоль линии и вызывает его дополнительное затухание. Затухания обусловлены диэлектрическими потерями энергии электромагнитной волны, которая расходуется на нагрев слоя гололёдного покрытия [1].
Оптические методы диагностирования образования гололеда на ЛЭП
В работе [2] описано устройство контроля механических нагрузок на протяжённые элементы ВЛЭП. Данное устройство (рисунок 1) размещается на анкерной или анкерно-угловой опоры 1 и используется для измерения гололёдно-ветровых нагрузок на провод 2, прикреплённый к траверсе 3 с помощью натяжной гирлянды изоляторов 4, при этом датчик тяжения 5 (воспринимающий растягивающее усилие, действующие на провод в результате гололёдноветрового воздействия) жёстко связан со сцепной линейной арматурой изолирующей подвески. Для непосредственного измерения ветрового давления устройство содержит соответствующий датчик 6.
Рисунок 1 – Устройство контроля механических нагрузок на протяжённые элементы ВЛЭП [2]
Совместный анализ силовых воздействий, воспринимаемых датчиками 5 и 6, позволяет раздельно вычислить гололёдную и ветровую составляющую нагрузки на провод, используя известные соотношения из теории расчёта механической части ВЛЭП. Особенностью устройства является то, что датчик механического усилия 5 реализует волоконно-оптический метод тензометрических измерений и представляется собой отрезок оптоволокна с нанесёнными брэгговскими решётками