Устройство наблюдения за гидроэлектростанцией
Полезная модель относится к устройствам наблюдения за гидроэлектростанциями, которые наряду с наблюдениями охранного назначения (за территорией и ее периметром) позволяют оперативно получать информацию для оценки технического состояния плотины и электротехнического оборудования ОРУ, в целью ее использования для их нормализации при возникновении предаварийных ситуаций.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка технического решения - устройства наблюдения за гидроэлектростанцией, позволяющего расширить функции устройства принятого за прототип - наряду с наблюдениями за территорией станции прилегающей к низовому откосу, а также за низовым откосом плотины с целью оценки ее технического состояния, дополнительно наблюдать и оперативно оценивать техническое состояние открыто расположенных со стороны низового откоса плотины электротехнических устройств системы выработки, преобразования, распределения и отпуска электроэнергии гидроэлектростанции, а также упростить его техническую реализацию. Кроме того, его использование позволяет одновременно с наблюдениями по оценки технического состояния объектов станции, выполнять наблюдения за территорией станции в охранных целях.
На фиг.1 приведена схема расположения устройства наблюдения за гидроэлектростанцией; на фиг.2 - фрагмент экранного тепловизионного изображения фильтрационного выхода на низовом откосе плотины гидроэлектростанции; на фиг.3 - фрагмент экранного тепловизионного изображения провода ВЛ в поддерживающем зажиме на открытой площадке станции.
Полезная модель позволяет оперативно, постоянно и непрерывно наблюдать не только за территорией станции, но и за низовым откосом плотины и электротехническим оборудованием, расположенным на открытой площадке гидроэлектростанции, с целью постоянной оценки их технического состояния. И в случае возникновения признаков, характеризующих отклонение технического состояния от нормированного уровня, оперативно и своевременно (на самой начальной стадии возникновения предаварийной ситуации) информировать о необходимости выполнения действий по нормализации технического состояния.
Технические приемущества устройства имеют социальный и финансовый эквиваленты.
Полезная модель относится к устройствам наблюдения за техническим состоянием элементов гидроэлектростанции, в частности, за состоянием ее напорной плотины, а также за состоянием расположенных на открытых площадках электротехнических устройств выработки, преобразования, распределения и отпуска электроэнергии, а также, осуществления наблюдений за территорией станции в охранных целях.
Известна переносная инфракрасная видеокамера (Инфракрасная видеокамера TVS-600. Рекламный проспект фирмы NIPPON AVIONICS CO., LTD совместно с компанией «Диагност», г.Москва, а/я 10, [1]), использование которой позволяет оценить техническое состояние электротехнического устройства согласно специальной методики (Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ. РД 153-34.0-20.363-99 М., ОРГРЭС - 2001 г., [2]), и принять меры для остановки развития возможной аварии. Недостаток ее заключатся в том, что наблюдения за электротехническим устройством с ее использованием осуществляются не постоянно и непрерывно, а периодически. А оценить состояние можно только в периоды осуществления инфракрасной диагностики, а в промежутки времени между ними - оценку состояния оборудования выполнить нельзя, что снижает эффективность инфракрасной диагностики.
Известно использование стационарных инфракрасных камер постоянного и непрерывного наблюдения (Тепловизор наблюдательный PHAROS LR (Франция), http// diaworld.ru, [3]), инфракрасная камера наблюдения выполнена с возможностью программируемого, автоматического горизонтального и вертикального ориентирования, и установлена на опорно-поворотном устройстве на специальной опоре. Она имеет очень широкий (круговой) обзор (дальность наблюдения до 20000 м; 26-кратное оптическое увеличение; непрерывное вращение; программируемый с широким набором установок автоматический режим работы; диапазон рабочих температур от -32 до +55°С) и позволяет эффективно решать охранные функции. Имеющаяся возможность программирования наблюдения объектов станции позволяет осуществлять их с удовлетворяющей установленные требования частотой и продолжительностью наблюдения. Примеров использования их для решения задач оценки технического состояния объектов гидроэлектростанции (напорных плотин и электротехнических устройств) не известно.
Наиболее близким предлагаемому устройству наблюдения за гидроэлектростанцией является устройство наблюдения за напорной дамбой или плотиной (патент РФ на полезную модель 
57297 «Устройство наблюдения за напорной дамбой или плотиной».
Заявка 2005130242/22 от 28.09.2005 г. М. Кл. Е02В 3/00. Опубл. 10.10.2006 г., бюл. 28., [4]). Оно включает инфракрасную камеру наблюдения, расположенную со стороны низового откоса плотины с возможностью его наблюдения на всей протяженности, а также за территорией станции прилегающей к низовому откосу, температурные индикаторы положения критических уровней безопасности плотины, выполненные в виде изолированных электропроводов включенных в цепь источника электроэнергии, предназначенные для установки на низовом откосе плотины. Использование его позволяет осуществлять наблюдения за техническим состоянием плотины ГЭС непрерывно, постоянно и мгновенно определить возникновение в ней выходов фильтрующихся через плотину потоков воды (превышающих нормированный уровень), являющихся признаками предаварийного состояния плотины. Оперативное определение предаварийного состояния плотины позволяет своевременно принять меры для предупреждения дальнейшего развития аварии, и этим снизить затраты связанные с материальными потерями, которые многократно большие потерь на ликвидацию аварии, в случае ее возникновения.
Недостаток известного устройства наблюдения за напорной дамбой или плотиной, принятой за прототип, заключается в том, что в ней объектом наблюдения является только низовой откос напорной плотины ГЭС, что не позволяет оценить техническое состояние открыто расположенных со стороны низового откоса плотины электротехнических устройств системы выработки, преобразования, распределения и отпуска электроэнергии гидроэлектростанции. Это не позволяет оперативно определить возникновение предаварийного состояния электротехнических устройств и своевременно принять меры по предупреждению дальнейшего развития аварии. И этим снизить затраты связанные с материальными потерями, которые многократно большие потерь на ликвидацию аварии, в случае ее возникновения.
Другим недостатком устройства принятого за прототип является сложность его реализации. Для наблюдения за низовым откосом плотины на всей его протяженности и при значительной длине плотины, необходимо иметь несколько инфракрасных видеокамер. При этом их устанавливают распределено вдоль (напротив) низового откоса плотины так, чтобы граничные лучи полей наблюдения смежных инфракрасных видеокамер (ИФК) перекрывались. Необходимость иметь несколько ИФК усложняет устройство наблюдения.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка технического решения - устройства наблюдения за гидроэлектростанцией, позволяющего расширить функции устройства принятого за прототип - наряду с наблюдениями за территорией станции прилегающей к низовому откосу, а также за низовым откосом плотины с целью оценки ее технического состояния, дополнительно наблюдать и оперативно оценивать техническое состояние открыто расположенных со стороны низового откоса плотины электротехнических устройств системы выработки, преобразования, распределения и отпуска электроэнергии гидроэлектростанции, а также упростить его техническую реализацию. Кроме того, его использование позволяет одновременно с наблюдениями по оценки технического состояния объектов станции, выполнять наблюдения за территорией станции в охранных целях.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве наблюдения за гидроэлектростанцией, включающем инфракрасную камеру наблюдения, расположенную со стороны низового откоса плотины с возможностью его наблюдения на всей протяженности, а также за территорией станции прилегающей к низовому откосу, температурные индикаторы положения критических уровней безопасности плотины, выполненные в виде изолированных электропроводов включенных в цепь источника электроэнергии, предназначенные для установки на низовом откосе плотины, объектами наблюдения дополнительно являются открыто расположенные со стороны низового откоса плотины электротехнические устройства системы выработки, преобразования, распределения и отпуска электроэнергии гидроэлектростанции, а инфракрасная камера наблюдения выполнена с возможностью программируемого, автоматического горизонтального и вертикального ориентирования, и установлена на опорно-поворотном устройстве на специальной опоре.
Совокупность признаков заявляемой полезной модели позволяет постоянно и непрерывно наблюдать не только за территорией станции, но и за низовым откосом плотины и электротехническим оборудованием, расположенным на открытой площадке гидроэлектростанции, с целью постоянной оценки их технического состояния. И в случае возникновения признаков, характеризующих отклонение технического состояния от нормированного уровня, оперативно и своевременно (на самой начальной стадии возникновения предаварийной ситуации) информировать о необходимости выполнения действий по нормализации технического состояния. Устройство позволяет осуществлять наблюдения и за территорией гидроэлектростанции, прилегающей к низовому откосу плотины.
Упрощение устройства заключается в том, что оно не требует наличия системы инфракрасных видеокамер.
На фиг.1 приведена схема расположения устройства наблюдения за гидроэлектростанцией; на фиг.2 - фрагмент экранного тепловизионного изображения фильтрационного выхода на низовом откосе плотины гидроэлектростанции; на фиг.3 - фрагмент экранного тепловизионного изображения провода ВЛ в поддерживающем зажиме на открытой площадке станции.
На фиг.1, 2 и 3 введены следующие обозначения: 1 - бетонная плотина; 2 - водохранилище; 3 - водоток реки ниже плотины; 4 - здание ГЭС; 5 - водосливная плотина; 6 - грунтовая плотина; 7 - низовой откос грунтовой плотины; 8 - электрическое распредустройство; 9 - трансформаторы; 10 - опора электрической воздушной линии ВЛ; 11 - опора с инфракрасной камерой устройства наблюдения; 12 - опорно-поворотный механизм устройства наблюдения; 13 - фрагмент наблюдаемого провода ВЛ в поддерживающем зажиме; 14 - наблюдаемый фрагмент низового откоса грунтовой плотины; 15 - гирлянда изоляторов; 16 - изображение провода в поддерживающем зажиме на экране инфракрасной видеокамеры; 17 - выход на низовом откосе грунтовой плотины фильтрующейся из водохранилища воды; 18 и 19 - температурные индикаторы положения критических значений уровней фильтрации.
Наблюдаемая гидроэлектростанция (фиг.1) включает бетонную плотину 1 и грунтовую плотину 6, посредством которых сформировано водохранилище 2, создающее гидравлический напор воды гидроэлектростанции. Вода из водохранилища 2, за счет напора, по водоводам в теле плотины поступает на лопасти турбин гидроагрегатов, установленных в здании ГЭС 4, а после них - в водоток реки 3 ниже плотины. Водосливная плотина 5 позволяет регулировать водно-расходное состояние гидроузла.
Низовой откос плотины 7 обращен в сторону нижнего бьефа ГЭС. На низовом откосе грунтовой плотины 7 установлены температурные индикаторы 18 и 19 положения критических значений (Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений. РД 153-34.2-21.342-00 М., РАО «ЕЭС России» - 2000 г., [5]) уровней фильтрации воды из водохранилища через грунтовую плотину. Температурный индикатор (электронагревательный проводник) 19 устанавливают на низовом откосе соответственно положению критического уровня безопасности равного К2 . Он является температурным индикатором положения уровня безопасности К2 и соответствует граничному значению эксплуатации дамбы или плотины. При достижении значения выхода фильтрации уровня равного К2 эксплуатация дамбы или плотины запрещается. Температура электронагревательного проводника 5 устанавливается близкой температуре низового откоса, но отличной от температуры последнего на несколько градусов. Например, с учетом летних температур низового откоса, она может быть принятой равной +37°С. Устанавливается она путем включения электронагревательного проводника 19 в электрическую цепь последовательно с переменным резистором и источником электроэнергии. Перемещением подвижного контакта переменного резистора в электропроводнике 19 устанавливается ток, вызывающий нагрев электропроводника до температуры, равной +37°С. При установке температура может контролироваться, например, с использованием инфракрасного термометра, либо с использованием инфракрасной камеры.
Температурный индикатор (электронагревательный проводник) 18 устанавливают на низовом откосе дамбы соответственно положению критического уровня безопасности равного K1. Он является температурным индикатором положения уровня безопасности K1 и соответствует граничному значению эксплуатации дамбы или плотины. При достижении значения выхода фильтрации уровня равного K1 эксплуатация дамбы еще допускается, но при этом необходимо выполнить мероприятия, направленные на нормализацию уровня фильтрации.
Температура электронагревательного проводника 18 устанавливается близкой температуре низового откоса, но отличной от температуры последнего на несколько градусов.
Например, с учетом летних температур низового откоса, и электропроводника 19 она принимается равной +33°С. Устанавливается она, по аналогии с установкой температуры электропроводника 19, путем включения электропроводника в электрическую цепь, - последовательно с переменным резистором к источнику электроэнергии. Перемещением подвижного контакта переменного резистора в электропроводнике 18 устанавливается ток, вызывающий нагрев электронагревательного проводника до температуры, равной +33°С. В процессе установки температура может контролироваться, например, с использованием инфракрасного термометра либо с использованием инфракрасной камеры.
Предназначены температурные индикаторы для оценки положения фильтрационного выхода на низовом откосе относительно положения критически значений уровней.
Гидравлическая мощность потоков воды в водоводах ГЭС гидроагрегатами преобразуется в электрическую энергию первичного качества, которая посредством узлов открытого распредустройства ОРУ 8 преобразуется в электрическую энергию требуемого нормативной документацией качества, распределяется и по проводам воздушной линии ВЛ отпускается ее потребителям. Электрооборудованием ОРУ могут являться: силовые трансформаторы; масляные и воздушные выключатели; разъединители и отделители; маслонаполненные трансформаторы тока; маслонаполненные вводы 110 кВ и выше; конденсаторы связи и делительные; вентильные разрядники; ограничители напряжений; маслонаполненные трансформаторы напряжения; силовые кабельные линии; высокочастотные заградители; контактные соединения РУ и ВЛ; подвесные фарфоровые изоляторы; воздушные линии электропередачи.
Инфракрасная видеокамера устройства наблюдения (ИФК) установлена на опоре 11 посредством опорно-поворотного устройства 12 так, что 1) для оценки технического состояния плотины ГЭС и и электротехнического оборудования ОРУ с места ее установки виден низовой откос плотины (как бетонной так и грунтовой) на всей их протяженности, а также, электрооборудование ОРУ; 2) для решения вопросов охраны и антитеррористической защищенности (путем мгновенного определения несанкционированного проникновения на территорию ГЭС) с места ее установки хорошо «просматриваются» территория и периметр территории станции со стороны нижнего бьефа. ИФК посредством электрической линии связи соединена с блоком управления-монитором, установленным в специальном помещении. ИФК является программируемой, имеет возможность оптоэлектронного увеличения (в примере использован тепловизор наблюдательный PHAROS LR (Франция), http// diaworld.ru, [3]), инфракрасная камера наблюдения выполнена с возможностью программируемого, автоматического горизонтального и вертикального ориентирования, и установлена на опорно-поворотном устройстве на специальной опоре. Она имеет очень широкий (круговой) обзор (дальность наблюдения до 20000 м; 26-кратное оптическое увеличение; возможность кругового вращения; программируемый с широким набором установок автоматический режим работы; диапазон рабочих температур от -32 до +55°С). Возможность программирования наблюдений позволяет сформировать алгоритм работы опорно-поворотного устройства, позволяющий выполнять наблюдения за объектами в автоматическом режиме: в определенной последовательности и с требуемой частотой; с остановками камеры при наблюдениях отдельного оборудования на регламентированные периоды наблюдения; протяженные объекты с регламентированной скоростью перемещения поля наблюдения. При этом имеется возможность архивирования требуемой информации наблюдений.
Работает устройство наблюдения за гидроэлектростанцией следующим образом.
После включения и программирования устройства оно запускается в работу. При этом инфракрасная видеокамера по алгоритму заложенной программы принимает положения, при которых наблюдаемыми являются конкретные объекты наблюдения. Кроме того, автоматически устанавливается требуемое увеличение, время наблюдения или скорость непрерывного наблюдения при перемещении ИФК.
Наблюдения за электрооборудованием ОРУ. Оно выполняется с целью более оперативной и достоверной оценки технического состояния электрооборудования, связанного с изменением его температуры в процессе эксплуатации. Сущность реализуемой устройством методики регламентирована руководящим документом действующим в электроэнергетике (Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ. РД 153-34.0-20.363-99 М., ОРГРЭС - 2001 г., [2]). При программировании вводятся данные выполнения наблюдений электрооборудования регламентированные указанным выше руководящим документом.
В процессе наблюдений ИФК автоматически «осматривает» индивидуально каждую единицу электрооборудования ОРУ. Результаты инфракрасных наблюдений архивируются устройством. Заархивированные результаты наблюдений (в том числе накопленные за предыдущие периоды) анализируются с учетом руководящего документа [2] и выделяется электрооборудование температурные режимы которых отличны от нормированного уровня. Выполняются дополнительные действия направленные на диагностику выделенного оборудования и принимаются решения, выполняются мероприятия по его нормализации (ремонту, замене). Своевременное выделение электрооборудования, работающего в предаварийном режиме, позволяет оперативно принять меры по предупреждению развития возможной аварии, предотвратить создание аварии и этим уменьшить расходы, связанные с ликвидацией аварии и последствий от нее.
В рассматриваемом примере при наблюдениях за электрооборудованием ОРУ по изображению на мониторе 16 устройства установлена повышенная температура провода воздушной линии (ВЛ) 13 (фиг.1,2) в поддерживающем зажиме. [Такие повреждения являются частыми причинами аварийных отключений воздушных линий и составляют более 1% общего числа аварий на ВЛ 35-500 кВ в год. Разрушение провода вызвано вибрацией и происходит в местах его закрепления, где условия работы его при вибрации неблагоприятны, и проявляются в изломе отдельных проволок провода. С увеличением числа оборванных проволок механические напряжения в оставшихся возрастают, разрушение приобретает нарастающий характер, пока не происходит полный обрыв провода. Процесс излома проводников в проводе сопровождается повышенным тепловыделением и может быть зафиксирован с помощью тепловизора). Последующими действиями подтвержден процесс излома (начальная стадия) провода, выполнена работа по нормализации ситуации. Предотвращен излом провода и этим получен эффект от исключения аварийного отключения за счет связанных с ним убыточных последствий.
Наблюдения за низовым откосом плотины. Оно выполняется с целью более оперативной и достоверной оценки технического состояния плотины, связанного с выходом фильтрации воды плотиной из водохранилища на низовой откос плотины. Сущность реализуемой устройством методики аналогична предусмотренной техническими решениями по патентам на полезные модели 57297 (патент РФ на полезную модель 57297 «Устройство наблюдения за напорной дамбой или плотиной». Заявка 2005130242/22 от 28.09.2005 г. М. Кл. Е02В 3/00. Опубл. 10.10.2006 г., бюл. 28, [4]) и 74643 (патент РФ на полезную модель 74643 «Устройство наблюдения за напорной дамбой или плотиной». Заявка 2007102777/22 от 21.01.2007 г. М. Кл. Е02В 3/00. Опубл. 10.07.2008 г., [6]).
При осуществлении наблюдений в случае отсутствия сверхнормативных фильтраций на мониторе устройства существует изохромное изображение поверхности низового откоса с температурными индикаторам критических уровней K1 и К2, которые на экране отображаются линиями 18 и 19 (фиг.3) имеющими цвета отличные от цвета поверхности низового откоса (так как температуры индикаторов установлены отличными от температуры низового откоса, см стр.4, 5). В случае возникновения фильтрации с уровнем, превышающим нормированное значение (фиг.3), поверхность зоны выхода фильтрации имеет температуру отличную от поверхности низового откоса. На экране монитора устройства это отображается цветом зоны фильтрации 17 отличным от цвета поверхности низового откоса. Наличие на экране изображений линий критических уровней 18 и 19 позволяет соотнести и оценить положения уровня фактической фильтрации с критическими значениями. Такие наблюдения с использованием устройства могут выполняться в течении суток несколько раз, что эффективнее рекомендуемых в настоящее время одного раза в сутки. При этом повышается достоверность получаемых результатов наблюдений, снижается трудоемкость их выполнения, которая предусматривает ежедневные многокилометровые обходы с выполнением измерений температуры, как правило, контактным термометром. Оперативное обнаружение увеличения фильтраций на низовом откосе плотины, позволяет своевременно принять меры по ее нормализации и этим предотвратить развитие предаварийной ситуации и, как следствие, уменьшить затраты на ликвидацию аварии (в случае ее возникновения).
Наблюдения за территорией станции и ее периметром (со стороны нижнего бьефа). Они выполняются с охранной целью для обнаружения несанкционированного проникновения на территорию станции и предупреждения возможных хищений, а также действий террористического характера. Для обеспечения требуемой антитеррористической защищенности гидротехнических сооружений при формировании охранных систем предписывается наблюдать за их территорией, в том числе с использованием технических средств - систем видео наблюдения (приказ МЧС РФ от 28 февраля 2003 г. N 105 "Об утверждении Требований по предупреждению чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах и объектах жизнеобеспечения", [7]), (приказ МЧС РФ от 4 ноября 2004 г. N 506 "Об утверждении типового паспорта безопасности опасного объекта", [8]). В отличие от наиболее распространенных систем видеонаблюдения для охранных целей путем наблюдения применение ИФК позволяет осуществлять это круглосуточно без создания систем освещения для этого в темное время суток, повысить качество и достоверность наблюдений в условиях задымления территории и воздействия тумана.
При использовании заявляемого устройства с учетом рекомендаций по периодичности инфракрасных наблюдений за электрооборудованием ОРУ (один раз в сутки) и периодичности наблюдений за гидротехническим сооружением (один раз в сутки) доля времени наблюдений за техническим состоянием плотины и электротехнического оборудования не превышает 1-5% суточного времени, остальное время ИФК работает по наблюдению за территорией станции и ее периметром (со стороны нижнего бьефа) - в охранных целях.
Таким образом, заявляемое устройство наблюдения за гидроэлектростанцией позволяет, наряду с наблюдениями за территорией станции и ее периметром, выполнять наблюдения за техническим состоянием плотины ГЭС и ее электротехническим оборудованием расположенным на открытой площадке и способствует обеспечению требований охраны и антитеррористической защищенности, а также а также безопасности гидротехнических сооружений (плотины) и надежности электротехнического оборудования ОРУ. Получаемые с использованием устройства приемущества имеют социальный и финансовый эквиваленты.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ
1. Инфракрасная видеокамера TVS-600. Рекламный проспект фирмы NIPPON AVIONICS CO., LTD совместно с компанией «Диагност», г.Москва, а\я 10.
2. Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ. РД 153-34.0-20.363-99 М., ОРГРЭС - 2001 г.
3. Тепловизор наблюдательный PHAROS LR (Франция). http//diaworld.ru (копия информационного листка прикладывается).
4. Патент РФ на полезную модель 57297 «Устройство наблюдения за напорной дамбой или плотиной». Заявка 2005130242/22 от 28.09.2005 г. М. Кл. Е02В 3/00. Опубл. 10.10.2006 г., бюл. 28.
5. Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений. РД 153-34.2-21.342-00 М., РАО «ЕЭС России» - 2000 г.
6. Патент РФ на полезную модель 74643 «Устройство наблюдения за напорной дамбой или плотиной». Заявка 2007102777/22 от 21.01.2007 г. М. Кл. Е02В 3/00. Опубл. 10.07.2008 г.
7. Приказ МЧС РФ от 28 февраля 2003 г. N 105 "Об утверждении Требований по предупреждению чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах и объектах жизнеобеспечения".
8. Приказ МЧС РФ от 4 ноября 2004 г. N 506 "Об утверждении типового паспорта безопасности опасного объекта".
Устройство наблюдения за гидроэлектростанцией, включающее инфракрасную камеру наблюдения, расположенную со стороны низового откоса плотины с возможностью его наблюдения на всей протяженности, а также за территорией станции прилегающей к низовому откосу, температурные индикаторы положения критических уровней безопасности плотины, выполненные в виде изолированных электропроводов, включенных в цепь источника электроэнергии, предназначенные для установки на низовом откосе плотины, отличающееся тем, что объектом наблюдения дополнительно являются открыто расположенные со стороны низового откоса плотины электротехнические устройства системы выработки, преобразования, распределения и отпуска электроэнергии гидроэлектростанции, а инфракрасная камера наблюдения выполнена с возможностью программируемого, автоматического горизонтального и вертикального ориентирования, и установлена на опорно-поворотном устройстве на специальной, обеспечивающей требуемый обзор, опоре.
