Особенности определения места повреждения на ВЛ с изолирующими распорками в расщепленных фазах

Для высокочастотной связи на воздушных ли­ ниях (ВЛ) 330 и 500 кВ соответственно с двумя и тремя проводами на фазу устанавливают изолиру­ ющие распорки вместо металлических. Это не оказывает влияния на электрические параметры линии электропередачи в нормальных режимах при сохранении равенства напряжений между проводами каждой фазы. Однако при таких аварийных режимах, как короткое замыкание (КЗ) на землю одного из проводов расщепленной фазы или его разрыв с одновременным КЗ, возникает

Рис. 1. Представление ВЛ 330 кВ с расщепленными фаза­ ми при наличии изолирующих распорок в виде двухцеп­ ной линии

значительный перепад напряжений между этими проводами, что вносит некоторые особенности в определение места повреждения (ОМП) на ВЛ. Неучет этих особенностей при ОМП на ВЛ с расщепленными фазами вносит значительную погрешность в расчетное расстояние до места по­ вреждения. Как известно, именно точность расче­ та места повреждения – основной и главный кри­ терий применимости любого метода ОМП в эксп­ луатации.

Настоящая статья посвящена исследованию особенностей определения места повреждений на ВЛ с изолирующими распорками в расщепленных фазах и их влиянию на точность и достоверность результатов расчетов при применении методов ОМП, основанных на одностороннем и двусторон­ нем измерениях параметров аварийного режима ВЛ. При этом расчеты токов КЗ и соответственно места повреждения выполняются путем представ­ ления ВЛ 330 кВ в виде “компактных” двухцепных линий, а ВЛ 500 кВ – трехцепных, как было предложено впервые в [1].

Представим исходную одноцепную ВЛ 330 кВ (ðèñ. 1, à ) с горизонтальным расположением фаз в виде двухцепной ВЛ (ðèñ.1, á è â). При этом рас­ стояние d между этими линиями намного меньше, чем расстояние D между фазами одной линии (ðèñ. 1, ã). Тогда матрица собственных и взаимных удельных сопротивлений шести фаз может быть записана следующим образом:

Dç – эквивалентная глубина возврата тока в земле;

d è D – расстояния пояснены на ðèñ. 1; ý.ï., rï – эквивалентный радиус и удельное активное сопро­

тивление одного из проводов расщепленной фазы;

rç – сопротивление, учитывающее потери мощно­ сти в земле (rç = 0,05 Îì).

Для ВЛ с горизонтальным расположением про­ водов, имеющих полный цикл транспозиции, мож­ но приíÿть среднее расстояние между фазами Dñð 32D. Тогда в матрице ZÀÂÑ

Преобразуем матрицу ZÀÂÑ (1) в симметричные составляющие

Z120 = Ñ – 1ZÀÂÑ Ñ,

ãäå Ñ è Ñ – 1 – матрицы преобразования фазных величин в симметричные составляющие

Обозначим собственные и взаимные сопротив­ ления прямой (обратной) и нулевой последовательностей каждой цепи следующим образом:

Z – Zì = Z1, Z + 2Zì = Z0, Zìì – Zì = Zì1, Zìì + 2Zì = Zì0.

Тогда можно установить связь между параметрами одной цепи и линии в целом

ãäå Z1 , Z0 – удельные эквивалентные сопро-

тивления ВЛ прямой и нулевой последовательностей линии в целом.

На основе рассмотренной математической модели линии вначале проанализируем ОМП при ис-

N

x

l

Рис. 4. Схема замещения нулевой последовательности ли­ нии в целом

ВЛ с изолирующими распорками в расщепленных фазах при использовании одностороннего замера

ãäå õ – абсолютная погрешность ОМП.

Для анализа относительной погрешности выражение (5) представим в следующем виде:

Рис. 5. Схема замещения нулевой последовательности двухцепной линии

ставленной в виде двухцепной линии, с учетом по­ фазного различия и емкостных проводимостей. Ввиду того, что в принятой расчетной модели со­ противления и ЭДС примыкающих систем по кон­ цам ВЛ различны, максимум погрешности не сов­ падает с серединой линии.

Данные òàáë. 1 подтверждают завышенные значения одностороннего замера ОМП по сравне­ нию с действительным расстоянием до места КЗ. Ввиду того, что погрешность определения места повреждения превышает допустимую 5%-ную ве­ личину, односторонний метод замера параметров аварийного режима не может применяться для ВЛ с изолирующими распорками в расщепленных фа­ зах.

Для определения места повреждения при испо­ льзовании метода двустороннего замера рассмот­ рим схемы замещения нулевой последовательно­ сти ВЛ 330 кВ, показанные на ðèñ. 4 (КЗ двух про­ водов на землю) и на ðèñ. 5 (КЗ одного провода расщепленной фазы). Связь сопротивлений нуле­ вой последовательности ВЛ ðèñ. 4 è 5 приведена в выражении (2).

При использовании двустороннего замера то­ ков и напряжений нулевой последовательности определение расстояния õ до места повреждения осуществляется следующим образом:

при КЗ двух проводов на землю (ðèñ. 4)

при КЗ одного провода расщепленной фазы на землю (ðèñ. 5)

Если не учитывать емкостную проводимость, выражения (7) и (8) дают одно и то же расстояние до места повреждения. Это объясняется тем, что при использовании выражения (2) они могут быть взаимно преобразованы одно в другое.

Для сравнительного анализа погрешности рас­ четов места повреждения в данной работе исполь­ зуется табличный метод ОМП, во многом аналогичный итерационному подходу. При двусторон­ нем замере заданному месту повреждения в зави­ симости от ряда факторов (переходное сопротив­ ление в месте КЗ, режим работы) может соответствовать множество токов по концам ВЛ, но их отношение будет практически неизменным [3]

I0I I0II

ãäå I 0I – ток нулевой последовательности в начале ВЛ; I 0II – ток нулевой последовательности в конце ВЛ.

Âсоответствии с идеологией табличного мето­ да ОМП определение расстояния до места по­ вреждения производится путем сравнения отношений табличных результатов расчета с отношениями показаний фиксирующих приборов. Мес­ том повреждения считается то расстояние, которо­ му соответствует наибольшее совпадение измеренных и расчетных отношений (9).

Âòàáë. 2 приведены результаты расчетов отношений токов нулевой последовательности (9) при замыкании на землю двух и одного из проводов расщепленной фазы.

Èç òàáë. 2 видно, что электрические величины по концам ВЛ значительно отличаются друг от друга, а их отношения практически совпадают.

Ò à á ë è ö à 2

Следовательно, для ОМП при замыкании одного из проводов расщепленной фазы на землю рекоменду­ ется применять метод двустороннего замера.

Однако, если замыкание одного из проводов расщепленной фазы сопровождается его разрывом со стороны начала или конца линии, то определе­ ние места повреждения усложняется. В òàáë. 3 приведены электрические величины по концам ВЛ при КЗ на землю одного провода расщепленной фазы и его одновременном обрыве со стороны ПС-1 или ПС-2.

Прежде всего, необходимо отметить, что результаты расчетов, приведенные в òàáë. 3, зависят от исходного нагрузочного режима и обязательна его фиксация для уточнения расстояния до места КЗ. Кроме того, при возникновении подозрения, что произошло не только КЗ, но и разрыв одного или двух проводов, появляется неопределенность в на­ хождении места и конкретного вида повреждения. Например, если произошло однофазное КЗ одного из проводов расщепленной фазы на расстоянии 150 км (òàáë. 2), то отношение токов нулевой по­ следовательности равно 0,4527. К сожалению, это отношение мы можем найти и в òàáë. 3, где рас­ сматривается КЗ с разрывом со стороны ПС-1 или ПС-2. Поэтому при отсутствии повреждения на расстоянии 150 км его надо искать по таблицам, учитывающим, кроме КЗ, разрыв одного из прово­ дов расщепленной фазы. Таким образом, опреде­

ляются координаты еще двух точек КЗ и по этим координатам производится поиск места поврежде­ ния, что освобождает от необходимости проведе­ ния обследования по всей длине линии.

Выводы

1.При КЗ одного из проводов расщепленной фазы с изолирующими распорками метод двусто­ роннего замера в отличие от одностороннего со­ храняет достаточную точность ОМП.

2.При тех же условиях, но с разрывом по­

врежденного провода поиск места повреждения осуществляется в предположении трех точек КЗ на линии, что существенно проще поиска места повреждения по всей длине линии.

Список литературы

1.Каган В. Г., Лосев С. Б. Определение напряжения между двумя проводами расщепленной фазы при несимметрич- ных повреждениях. – В кн.: Вопросы проектирования элек­ трической части ЛЭП, подстанций и энергосистем на со­ временном этапе. М.: Энергия, 1974.

2.Айзенфельд А. И. Алгоритмические погрешности опреде­ ления мест повреждения воздушных линий напряжением 110 – 750 кВ. – Электрические станции, 1998, ¹ 7.

3.Определение мест повреждения линий электропередачи по параметрам аварийного режима Под ред. Шалыта Г. М. М.: Энергоатомиздат, 1983.