Автоматизированная система определения исполнительной схемы заземляющих устройств электрических подстанций

Бачурин Павел Николаевич,

студент магистратуры Владимирского государственного университета,

инженер-технолог ОАО «Владимирское производственное объединение «Точмаш».

Основой заземляющего устройства электрической подстанции является заземлитель, представляющий собой систему неизолированных проводников, находящихся в контакте с землёй и предназначенных для проведения тока в землю. Конструктивно заземлитель открытых распределительных устройств электростанций и подстанций выполняется в виде замкнутой сетки из стальных прутков или шинок. Заземляющую сетку сооружают на территории расположения оборудования подстанции в земле на глубине 0,5 – 0,7 м и она состоит из продольных и поперечных горизонтальных заземлителей, дополняемых по внешнему контуру вертикальными заземлителями (электродами) [1].

При ремонте оборудования подстанции одновременно ремонтируют заземляющую сеть. Ремонт заземления состоит в проверке сварных швов, соединяющих его отдельные участки. При обнаружении дефекта сварной шов вырубают зубилом и заваривают вновь электрической, автогенной или термитной сваркой [2].

Трассы прокладки заземлителя и заземляющих проводников в грунте определяют с помощью специальных приборов, позволяющих найти местоположение и глубину залегания подземных коммуникаций. Для определения трассы прокладки заземлителя источник переменного тока подключают к различным удаленным друг от друга точкам заземляющего устройства (ЗУ), как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Определение трассы прокладки заземлителей.

С помощью датчика магнитного поля определяют места прокладки и соединений поперечных и продольных заземлителей. Определяют глубину залегания горизонтальных заземлителей и подземных связей. Для этого с помощью датчика магнитного поля у поверхности земли фиксируется значение напряженности H = H₁. Датчик магнитного поля поднимается над землей на высоту h₁, при которой индикатор магнитного поля будет показывать значение H = 0,5H₁. Глубина залегания проводника заземлителя l_з= h₁ [3]. Собранные сведения представляют в виде исполнительной схемы.

Составление исполнительной схемы требует проведения работ на местности, при этом оформление соответствующей документации осуществляется параллельно процессу определения формы, размера и положения заземляющего устройства. Использование бумажных носителей крайне неудобно, так как качество результирующей документации напрямую зависит от погодных условий, компетенций сотрудников и других факторов. Задачей настоящей работы является автоматизация процесса определения исполнительной схемы заземляющего устройства.

Для автоматизации геодезических полевых измерений и съемок применяются, в основном, следующие геодезические приборы: электронные тахеометры, лазерные сканирующие системы, цифровые аэрофотосъемочные комплексы, электронные теодолиты, лазерные дальномеры, в том числе безотражательные, электронные (цифровые) нивелиры и глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) [4]. Главным условием при выборе того или иного варианта решения задачи является удобство использования приборов в полевых условиях. Следующими по значимости параметрами будут точность измерений, скорость проведения работ, удобство использования выходной информации.

Все современные электронные тахеометры обладают достаточными средствами для измерения расстояний и угловых размеров. Для того чтобы измерить угол между двумя линейными объектами, прибор устанавливается в вершине этого угла. Для измерения расстояния до точки достаточно направить прибор на эту точку. Существенным недостатком такого варианта решения задачи является необходимость «запоминания» точек, для которых проводятся измерения и точек, в которые устанавливается электронный тахеометр (если их число равно двум и более).

Следующий вариант – применение лазерной сканирующей системы. В зависимости от способа базирования прибора различают наземные сканеры и аппараты для аэрофотосъемки (на летательных аппаратах). Такие системы в нашем случае более удобны, чем электронные тахеометры, однако их применение также допускает ряд недостатков. Заземляющее устройство находится в грунте и обычно не имеет видимых над поверхностью земли элементов. Для того чтобы сканер воспринял форму и размеры ЗУ, требуется обозначить точки – места измерений какими-либо визуально различимыми физическими объектами. При обработке собранной информации эти объекты необходимо выделить на фоне избыточной информации, что также затрудняет процесс.

В ГНСС положение объектов задаётся координатами в принятой координатной системе. Такое представление информации об объектах нельзя назвать недостатком, так как между любыми двумя точками в системе координат нетрудно вычислить расстояние и, более того, зная конкретные координаты, легче выполнить привязку к карте поверхности планеты. Системы глобального позиционирования имеют явное преимущество перед другими средствами автоматизации измерений на местности, поэтому их применение для решения поставленной задачи будет наиболее логичным и целесообразным.

Современный уровень развития систем позиционирования позволяет промышленности выпускать устройства и комплексы, обеспечивающие точность определения координат до 3…5 мм. [5]. Это возможно при использовании технологии RTK (Real Time Kinematic, кинематика в реальном времени). Принцип работы RTK-системы следующий. В состав оборудования входят базовая и передвижная станции, каждая из которых состоит из спутникового приемника, передающей антенны (для базового приемника), радиомодема и приемной антенны (для подвижного приемника). Во время работы базовая станция с заранее известными координатами вычисляет поправки (на основе сравнения собственных координат с измеренными) и передает в эфир комбинированные сообщения для коррекции спутниковых измерений по радиоканалу. Подвижные приёмники, используя эти поправки, практически исключают неточности в измерениях дальностей до спутников [6].

Среди множества устройств точного позиционирования, предлагаемых на рынке, требуется отыскать такой минимальный набор, который обеспечит полную функциональность всей системы. Среди главных требований при выборе RTK-устройств можно выделить минимальную стоимость и максимальное соответствие обозначенным потребностям. Для более наглядного сравнения характеристик приборов вся информация о них сведена в таблицы 1 и 2. Знак «+» означает наличие функции в стандартной комплектации устройства. Обозначение «оп.» указывает на необходимость дополнительного заказа опции (соответственно, цена устройства будет возрастать).

Таблица 1.

Базовые станции.

Таблица 2.

Подвижные приёмники.

Выбран комплект оборудования «GeoMax Zenith 10 (GSM+UHF) + Sokkia GRX2», так как оба устройства обладают возможностью приёма-передачи поправок по радиоканалу (без дополнительных опций) и имеют наименьшую стоимость. Совместимость устройств обеспечивается за счёт использования общепринятых для RTK-сетей стандартов кодирования сообщений (CMR2/CMR+, RTCM SC104 версий 2.2, 2.3 и 3.0), модуляции сигнала (FSK) и протоколов передачи данных (FH915/ FH915+).

Обработку результатов измерений также можно осуществить двумя способами. Первый – разработка приложения с использованием современных средств программирования. Второй – применение географических информационных систем (ГИС), возможностей которых вполне достаточно для построения исполнительной схемы. Учитывая факт наличия в свободном доступе бесплатных ГИС-приложений, логично выбрать именно второй вариант. Мы будем использовать Quantum GIS, так как она признана одной из наиболее популярных свободных геоинформационных систем.

Система Quantum GIS позволяет просматривать и накладывать друг на друга векторные и растровые данные в различных форматах и проекциях без преобразования во внутренний или общий формат. Возможно создание и редактирование векторных данных (в том числе с заданием координат), а также их экспорт в разные форматы. Загрузку растровых изображений (карт) можно осуществить с привязкой к координатам [7].

Разработанная методика определения исполнительной схемы заземляющих устройств предлагается впервые и представляет практический интерес для организаций, занимающихся обслуживанием электрических подстанций. Учитывая периодичность контроля состояния заземляющих устройств, можно сделать вывод об актуальности и экономической эффективности данной методики.

Литература

1.                  Мазуркевич В.Н. Проектирование заземляющих устройств ОРУ электрических станций и подстанций. – Минск: БНТУ, 2012. – 58 с.

2.                  Крюков В.И. Обслуживание и ремонт электрооборудования подстанций и распределительных устройств. – М.: Высш. шк., 1989. – 367с., ил.

3.                  СТО 56947007–29.130.15.105–2011. Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок: стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС». Введ. 14-10-2011. – ОАО «ФСК ЕЭС», 2011. – 75 с.

4.                  Ворошилов А.П. Спутниковые системы и электронные тахеометры в обеспечении строительных работ: Учебное пособие. – Челябинск: АКСВЕЛЛ, 2007. – 163 с.

5.                  Бачурин П.Н. Исследование функциональных возможностей спутниковых навигационных систем // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов, 2014, № 3.

6.                  Дементьев В.Е. Современная геодезическая техника и её применение: Учебное пособие для вузов. – Изд. 2-е. – М.: Академический Проект, 2008. –591 с. – (Фундаментальный учебник).

7.                  Руководство пользователя QGIS [QGIS User Guide]: Выпуск 1.8.0. от 23-03-2013. – 283 с.

Поступила в редакцию 14.04.2014 г.