PLS-CADD как САПР для проектирования линий электропередачи

Ванякин Андрей Вячеславович, Ведущий инженер ОАО «СОЮЗТЕХЭНЕРГО» /  Группа Компаний ОПТЭН

Введение

    На сегодняшний день основная проблема в электроэнергетике России это обновление основных фондов. Большое количество ВЛ 110-220 кВ построено 30-60 лет назад, 30% ВЛ 500 кВ построены более 30 лет назад. Текущие состояние большинства ВЛ не соответствует требованиям ПУЭ. Потребление электроэнергии во многих регионах в несколько раз превышает величины, заложенные в энергетической стратегии РФ до 2020 года. Объем инвестиций в сетевое строительство ежегодно возрастает, но традиционные методы проектирования уже не отвечают требованиям инвесторов. С введением в 2003 год 7-го издания ПУЭ сильно возросли требования к надежности сетей. Новые требования и стандарты делают труднореализуемым или даже невозможным применение стандартных подходов при проектировании новых ВЛ и реконструкции существующих.

Проектные организации, не располагающие современными компьютерными средствами не могут эффективно решать существующие задачи. Применение САПР кроме повышения скорости проектирования дает возможность оптимизировать принятые решения для конкретных условий проектирования, что сегодня является редкостью среди проектных организаций. В России отсутствует САПР удовлетворяющая современным требованиям при проектировании и модернизации ВЛ. На сегодняшний день оптимальным выбором является программный комплекс PLS-CADD американской компании PowerLineSystems Inc.

1. Возможности PLS-CADD.
   
Впервые PLS-CADD был создан в 1993 году американскими инженерами проектировщиками для обеспечения собственных потребностей в современном средстве  моделирования подвеса воздушных линий с расчетами по цепной функции и методу конечных элементов. На данный момент PLS-CADD применяется более чем в 1000 проектных организациях и более чем в 100 странах мира, являясь национальным стандартом в Великобритании, Франции, Австралии, Новой Зеландии и др.

PLS-CADD интегрирует в себя все ступени проекта: моделирование местности, инженерные решения и расчеты, подготовка выходной документации. Сегодня PLS-CADD это мощнейшая трехмерная среда для структурного моделирования воздушных линий электропередачи позволяющая использовать в качестве геоподосновы любые геореференцированные данные инженерных изысканий, в том числе данные воздушного лазерного сканирования, фотограмметрии, карт  материалы, профили с геологией, и.т.д. (см. рис. 1а, б). Тесное и удобное взаимодействие программы с широким спектром данных изысканий, а также совместимость с современными геоинформационными приложениями является визитной карточкой PLS-CADD и представляет собой мощный инструмент для визуализации и интерактивного редактирования модели ВЛ. Участок или вся трасса линии, расстановка опор и их геометрия могут быть изменены путем набора простых операций на любой стадии работы с моделью. PLS-CADD позволяет моделировать пересечения с другими ВЛ, отпайки, разветвления любой конфигурации.

Менее явным и эффектным чем возможности визуализации и совместимость со всевозможными данными изысканий, но возможно даже более важным преимуществом PLS-CADD над аналогами является  механическая расчетная модель фазных проводов и тросов, которая заложена в программе. В этой программе линейного проектирования  инженерные расчеты тяжений и стрел провеса проводов и тросов можно проводить по методу конечных элементов, позволяющему максимально адекватно моделировать состояние проводников в каждом пролете линии, в то время, как метод приведенного пролета моделирует усредненные параметры для целой анкерной секции, что может привести к существенной разнице запроектированного и фактического габарита.

Возможности расчетных алгоритмов позволяют моделировать провод как:

•  Линейный упругий однородный проводник.
•  Проводник с нелинейным модулями упругости, начальный (монтажный) и конечный (после вытяжки),  описанными  полиномом до 4-й степени.
•  Провод с нелинейными модулями упругости, полученными по экспериментальным данным.

 
           
 

Рисунки 1а, б.
Трехмерное проектирование в PLS-CADD.
Слева - на основе данных воздушного лазерного сканирования.
Справа на основе наземной геодезической съемки.

           
Математическая модель АС-провода в PLS-CADD учитывает нелинейные модули упругости как внешних, так и внутренних повивов провода. Расчет стрел провеса и тяжений АС-проводов с применением нелинейной модели провода позволяет наиболее точно проводить расчеты монтажный стрел провеса и рассчитывать габариты после 20 – 40 лет эксплуатации в диапазоне температур от минус 60˚С до +70˚С, а также проводить расчеты высокотемпературных проводов в диапазоне температур, когда внешний алюминиевый повив отделен от стального сердечника. Такой метод расчета признан МЭК и CIGRE как наиболее точный из имеющихся в мире.

Программа позволяет пользователю смоделировать любой сочетание гололедно-ветровых климатических условий (включая неравномерное распределение гололеда в пролете) с учетом различных национальных стандартов, включая ПУЭ, 6-го и 7-го изданий. Пользователь имеет возможность интерактивно рассчитать стрелы провеса и тяжения в проводах и тросах с учетом их вытяжки как после воздействия средне эксплуатационной нагрузки, так после воздействии максимальной внешней нагрузки.при различных сочетаниях климатических условий. Помимо этого, положение провода включая его ветровое отклонение может быть отражено графически для любого из расчетных климатических условий. Легкость и быстрота использования инструментов моделирования подвески проводов в PLS-CADD позволяет инженеру за считанные минуты проанализировать целый набор всевозможных внешних воздействий на участок линии, в то время как ручной расчет этих режимов мог бы занять несколько часов, а возможно и дней.

Имея в наличии классифицированные по типу объекта данные изысканий (чем могут быть как данные лазерного сканирования так и оцифрованная геоподложка), пользовать может задать требуемые габаритные расстояния до этих объектов от проводов линии и PLS-CADD в автоматическом режиме будет отслеживать соблюдение этих расстояний для различных климатических условий.

Таким образом, уникальными по отношению к конкурентам являются интегрированные функции расчета:

•    Расстояний между  любыми проводами и тросами.
•    Расстояний от проводов до любых объектов.
•    Расстояний от проводов до модели земной поверхности.
•    Расстояний от проводов до элементов опор
•    Отклонений гирлянд изоляторов и соблюдения расстояний до заземленных частей опор.
•    Распределения напряженности электрического поля и индукции магнитного поля для любого сечения линии
•    Эллипсов пляски проводов
•    Вариации расчетов термического рейтинга и допустимых токовых нагрузок с учетом соблюдения допустимых габаритов.
•    При наличии данных лазерного сканирования – расчет объем вырубки растительности

Важнейшей составляющей проектирования линий электропередач является расчет опор. PLS-CADD позволяет моделировать опоры любых типов и конфигураций в двух приближениях:

•    путем создания геометрии точек крепления проводов и изолирующей подвески (см. рис. 2а)
•    путем создания полной геометрии опоры в PLS-TOWER (см. рис. 2б) с учетом сечений и соединений всех элементов опоры.
           
 
Рисунки 2а, б.
Типы моделей опор в PLS-CADD.
Слева – приближенная модель опоры.
Справа – полная модель опоры в PLS-TOWER.

           
Опоры созданные по первому способу позволяют рассчитывать нагрузки исходя из условия соблюдения весовых и ветровых пролетов, а также получать древо нагрузок от проводов и тросов на опору для сравнения с нормативными расчетными листами.

Для опор созданных с помощью PLS-TOWER в PLS-CADD реализован принцип сквозного проектирования – полная модель опор полностью интегрируется в расстановку PLS-CADD, рассчитывает и графически демонстрирует напряжения в каждом элементе опоры в зависимости от внешних воздействий на провода и, что немаловажно, на тело самой опоры (см. рис. 3).
           
 
Рисунок 3.
Различные конфигурации решетчатых опор созданных в PLS-TOWER.

           
Подводя итоги, можно сказать, что средствами PLS-CADD инженер имеет возможность создать модель ВЛ которая будет выглядеть и вести себя как уже построенная линия.

Немаловажно то, что рабочая модель линии, вместе со всеми данными изысканий,  расчетами, прикрепленными рабочими чертежами, комментариями и документацией может быть заархивирована и передана одним файлом как внутри проектной организации, так и заказчику и эксплуатирующей организации. Использование моделей PLS-CADD - это будущая замена бумажной проектной документации. Полная модель ВЛ облегчает эксплуатирующей организации проведение плановых ремонтов и последующих реконструкций, эффективно решает проблемы контроля растительности и авторского надзора за строительством. PLS-CADD используется 25 крупнейшими эксплуатирующими электроэнергетическими компаниями в США и Канаде.

При обсуждении САПР ключевым параметром является адаптивность программного продукта для его повседневного использования в реалиях проектирования нашей страны. Не секрет что в разных областях инженерных работ существует ряд современных САПР которые мало применимы для проектирования в России за счет отсутствия поддержки стандартов проектирования или сложностей с оформлением документации.

Наша компания является официальным представителем PowerLineSystems Inc. в России и использует PLS-CADD уже 14 лет. Мы находимся в непрерывном прямом контакте с производителем САПР. Нашими усилиями в программе реализована поддержка ПУЭ 6-го и 7-го изданий, автоматическое генерирование части документации и мы планируем продолжать работу в этом направлении.

Ежедневно наши инженеры работают над созданием новых ВЛ, реконструкцией и инженерным аудитом существующих, подвеской ВОЛС используя как основной инструмент проектирования – PLS-CADD. Использование технологии воздушного лазерного сканирования совместно с PLS-CADD дает неоспоримое преимущество в проектах реконструкций и инженерного аудита, позволяя точно моделировать и оценивать фактическое состояние существующих линий, соблюдать все определяемые нормами требования, достоверно оценивать возможности по повышению пропускной способности. В проектах ВОЛС-ВЛ становится возможным точно оценивать нагрузки на опоры ,рассчитывать требуемые длины ВОК, соблюдать нормативные расстояния до проводов основной линии. Проектирование новых ВЛ в PLS-CADD возможно по местности любой сложности. Реализованы автоматизированная оценка расстояний от проводов ВЛ до любых пересекаемых и параллельно идущих объектов, подсчет арматуры, оценка уровня электромагнитного излучения для объектов в охранной зоне ВЛ, расчет и моделирование спецпереходов.
           

Новости

04.04.2017

Представители ГК «ОПТЭН» приняли участие в заседании Научно-технического совета ПАО МРСК Северо-Запада

Читать дальше

10.03.2017

В январе-феврале 2017 года ЗАО "ОПТЭН Лимитед" проводило съемку 1600 км ВЛ на территории Новой Зеландии в интересах компании Transpower.

Читать дальше

27.02.2017

Участники прошедшего 2 февраля 2017 г. Технического совета ОАО «ФСК ЕЭС» признали актуальность и приняли решение рекомендовать систему ОАИСКГН

при разработке проектной документации для нового строительства, реконструкции и создания цифровых каналов связи на ВЛ, оборудованных ВОЛС, в гололедоопасных регионах.

Читать дальше

30.01.2017

Страницы отраслевой прессы. ОАО «СОЮЗТЕХЭНЕРГО» участвует в обсуждении темы очередного номера газеты ««Энергетика и промышленность России»

Читать дальше

20.01.2017

ЗАО «ОПТЭН Лимитед» совершенствует свой аэросъемочный инструментарий.

Читать дальше

01.12.2016

Представление системы контроля гололедных нагрузок ОАИСКГН

в Сан-Диего, США

Читать дальше

02.11.2016

ОАО «СОЮЗТЕХЭНЕРГО» объявляет о проведении с 12 по 15 декабря 2016 года в Москве курса по освоению программы PLS-CADDПодробнее о курсе …

Читать дальше

07.10.2016

ОАО «СОЮЗТЕХЭНЕРГО» приняло участие в работе совещания, проводившемся ПАО «ФСК ЕЭС» 27 - 30 сентября 2016 года в Сочи по теме: «Итоги и перспективы развития и эксплуатации информационных технологий в Обществе». В рамках этого мероприятия наши специалисты представили отчет о проводившейся в течение 2015 – 2016 г. опытной эксплуатации оптической автоматизированной информационной системы контроля гололедной нагрузки (ОАИСКГН) на территории Республики Северная Осетия – Алания.Подробнее о системе.

Читать дальше

15.09.2016

ЗАО «ОПТЭН Лимитед» в течение летних месяцев 2016 года проводило работы по воздушному лазерному обследованию и фотосъемке площадных объектов и трасс для проектирования ВЛ на территории Чукотского Автономного округа и Магаданской области

Читать дальше

29.07.2016

ОАО «СОЮЗТЕХЭНЕРГО» приняло участие в предпроектных работах для будущего строительства новой ВЛ в Мурманской области

Читать дальше

Наши заказчики

ПАО «Россети»
Публичное акционерное общество «Российские сети»

ОАО «ФСК ЕЭС»
Федеральная сетевая компания Единой Энергетической системы

ОАО «Акционерная компания по транспорту нефти» «Транснефть»

ОАО «Сетевая компания» Республики Татарстан

Иностранные заказчики- крупнейшие электросетевые предприятия

"Вести. Энергетика" от 30 апреля 2011 года «Вести. Энергетика» от 11 февраля 2012 года: участие Холдинга ОПТЭН в выставке, организованной в рамках Первого Всероссийского молодёжного конкурса наукоёмких инновационных идей и проектов «ЭНЕРГЕТИКА БУДУЩЕГО» в День российской науки
Инжиниринговые услуги
  • комплексные работы по повышению надёжности и пропускной способности ВЛ
  • мониторинг технического состояния ВЛ
  • управление техническим состоянием электросетевых объектов
  • проектирование ВЛ классом 35 кВ – 500 кВ
  • проектирование линий связи ВОЛС-ВЛ

Картографирование и 3D-моделирование
  • крупномасштабное картографирование, в том числе в целях постановки на кадастровый учёт
  • трёхмерное моделирование промышленных объектов с использованием технологии лазерного сканирования
ENG
+7 (495) 644-4046
2011 - 2014 © Группа компаний ОПТЭН 105122, Москва, Щёлковское шоссе, д. 5, стр. 1