- •Диагностика состояния воздушных линий электропередачи 10-110 кВ в нормальных и аварийных режимах
- •Оглавление
- •Глава 1 Проблемы эксплуатации воздушных линий в электрических сетях 10–110 кВ 10
- •Глава 2 Диагностика состояния воздушных линий 6-35 кВ 53
- •Глава 4 Регистрация параметров аварийных режимов 126
- •Глава 5 Определение места повреждения на вл по параметрам аварийных режимов 172
- •Предисловие
- •Список принятых сокращений
- •Глава 1 Проблемы эксплуатации воздушных линий в электрических сетях 10–110 кВ
- •1.1 Общие сведения о воздушных линиях электропередачи
- •1.1.1 Конструктивные элементы воздушных линий электропередачи
- •1.1.2 Провода воздушных линий
- •Свойства материалов, используемых для изготовления проводов вл
- •Марки проводов
- •1.1.4 Опоры
- •Классификация опор воздушных линий
- •1.1.5 Изоляторы
- •Полимерный изолятор
- •Классификация линейной арматуры
- •1.2 Виды и характер повреждений вл
- •Причины повреждения вл
- •1.3 Мониторинг и диагностика вл
- •1.3.2 Методы диагностирования электрооборудования
- •1.3.3 Существующие комплексы диагностики вл
- •Глава 2 Диагностика состояния воздушных линий 6-35 кВ
- •2.1 Режимы заземления нейтрали
- •2.1.1 Изолированная нейтраль
- •2.1.2 Заземление нейтрали через индуктивность
- •2.1.3 Заземление нейтрали через резистор
- •2.1.4 Глухое заземление нейтрали
- •2.1.5 Кратковременное низкоомное индуктивное заземление нейтрали
- •2.1.6 Снижение тока замыкания на землю при озз
- •2.2 Методы расчета параметров режима при повреждениях в сетях 6−35 кВ
- •2.2.1 Расчет в симметричных координатах
- •Выражения для определения сопротивлений элементов системы электроснабжения в базисных единицах
- •Приближенные значения сверхпереходной эдс и сверхпереходного сопротивления
- •Отношение х0/х1 для различных вл
- •Определение суммарного сопротивления в зависимости от вида кз
- •Зависимость коэффициента пропорциональности от вида кз
- •2.2.2 Расчет в фазных координатах
- •Зависимость полярности обмоток от маркировки силовых трансформаторов
- •2.3 Защиты от озз
- •2.3.1 Защиты, реагирующие на напряжение нулевой последовательности.
- •2.3.2 Ненаправленные токовые защиты нулевой последовательности.
- •2.3.3 Направленные токовые защиты.
- •2.3.4 Защиты с наложением тока другой частоты
- •2.3.5 Защиты, реагирующие на высокочастотные составляющие в токе нулевой последовательности
- •2.3.6 Устройства, реагирующие на ток и напряжение нулевой последовательности
- •2.4 Определение поврежденного присоединения на шинах 6-35 кВ
- •2.4.2 При двух трансформаторах тока
- •2.4.3 Практическая реализация способа
- •2.5 Определение места повреждения на вл 10 кВ по току нулевой последовательности
- •2.6 Выводы
- •3 Мониторинг и диагностика состояния элементов
- •3.1 Трасса вл
- •3.2 Провода и грозозащитные тросы
- •3.3 Линейная арматура и изоляция
- •3.4 Опоры вл
- •3.5 Фундаменты опор
- •3.6 Заземляющие устройства
- •3.7 Выводы
- •Глава 4 Регистрация параметров аварийных режимов
- •4.1 Общая структура устройств
- •4.2 Входные преобразователи тока и напряжения
- •4.3 Фильтрация входных сигналов
- •4.3.1 Общие сведения
- •4.3.2 Аналоговая фильтрация
- •4.3.3 Фильтр низких частот
- •4.3.4 Фильтр высоких частот
- •4.3.5 Полосовой фильтр
- •4.3.6 Цифровая фильтрация
- •4.4 Аналого-цифровые преобразователи
- •Погрешность ацп
- •4.4.2 Методы преобразования аналоговых сигналов
- •4.5 Принципы выполнения измерительных устройств на цифровых элементах
- •Разложение в ряд Фурье. Токи и напряжения при коротком замыкании представляют собой периодические функции с периодом Любая периодическая функция может быть представлена в виде
- •4.6 Автономные микропроцессорные системы
- •4.7 Многофункциональные микропроцессорные устройства
- •Основные технические данные регистраторов
- •4.8 Выводы
- •Глава 5 Определение места повреждения на вл по параметрам аварийных режимов
- •5.1 Математическое моделирование вл в задаче омп
- •5.2 Методы омп для одноцепной вл
- •Определение , , при различных видах короткого замыкания
- •Значение коэффициентов , и сопротивления в зависимости от вида кз
- •5.2.2 Реактансметр
- •5.2.4 Компенсационный метод
- •5.2.5 Итерационный метод полного сопротивления
- •5.3 Методы омп для двухцепной вл
- •Определение , , при различных видах короткого замыкания
- •5.3.1 Омп по разности токов
- •5.3.3 Реактансметр
- •5.3.5 Компенсационный метод
- •5.3.6 Итерационный метод полного сопротивления
- •5.4 Учет реактивной проводимости вл
- •Расчетные формулы определения расстояния
- •5.5 Программа определения места повреждения на вл
- •Используемые методы омп в зависимости от вида замеров и числа цепей вл
- •5.6 Выводы
- •Список использованных источников
- •Примеры расчета параметров вл а1. Расчет параметров одноцепной вл без троса
- •А2. Расчет параметров одноцепной вл
- •А4 Расчет параметров других видов вл
- •Определение расстояния до мп расчетными методами
- •Результаты расчета
- •Инструкция к программе омп
- •1. Работа с программой Transcop
- •2. Начало работы с программой омп
- •3. Работа с «редактором»
- •4. Работа с вкладкой «линии»
- •5. Работа с вкладкой – «провода и опоры»
- •6. Работа с вкладкой «омп»
2.3.6 Устройства, реагирующие на ток и напряжение нулевой последовательности
Устройства защиты и сигнализации ОЗЗ, основанные на использовании электрических величин переходного процесса, разрабатывались в России и других странах, прежде всего для решения проблемы селективной сигнализации ОЗЗ в компенсированных сетях. По принципу действия устройства подобного типа могут быть использованы также в сетях с изолированной нейтралью или с высокоомным заземлением нейтрали через резистор.
Исследования и опыт применения защит от ОЗЗ, реагирующих на переходный процесс, показали, что наибольшую универсальность могут обеспечить устройства, в которых определение поврежденного присоединения осуществляется с использованием следующих двух способов:
сравнения амплитуд переходных токов в присоединениях защищаемого объекта;
определения знака мгновенной мощности нулевой последовательности (НП) в начальной стадии переходного процесса.
На основе первого из указанных способов выполняются централизованные токовые устройства относительного замера. По второму способу могут быть получены направленные централизованные и автономные (индивидуальные) устройства защиты от ОЗЗ.
К наиболее известным в России разработкам направленных импульсных защит от ОЗЗ относятся [42]:
автономные устройства направленной волновой защиты типа ИЗС и УЗС-01, разработанные ЭНИН [12, 55, 89, 93, 94];
централизованное направленное устройство сигнализации ОЗЗ (ЦНУСЗ) «Импульс», разработанное и выпускаемое ИГЭУ [101, 98];
автономное устройство направленной защиты типа КЗЗП, разработанное в Донецком политехнической институте [85, 84] и его микроэлектронный аналог − устройство типа ПЗЗМ, разработанное предприятием НТБЭ (Екатеринбург).
В качестве примера рассмотрим импульсную защиту сети типа ИЗС. Это устройство относится к группе «волновых» защит от замыканий в землю в сетях с изолированной или заземленной через ДГР нейтралью. Устройство контролирует направление распространения электромагнитных разрядных волн фаза-земля, возникающих при замыканиях фазы на землю.
Токовые цепи устройства ИЗС могут подключаться к кабельному трансформатору тока нулевой последовательности (так же, как защиты ЗЗП-1М см. рис. 2.21, а) или к трехтрансформаторному фильтру токов нулевой последовательности. Цепи напряжения 3U0 подводятся от специальной обмотки трансформатора напряжения ТН, соединенной в разомкнутый треугольник (рис. 2.24).
Устройство ИЗС состоит из пускового органа, реагирующего на появление напряжения нулевой последовательности при замыкании на землю; органа направления тока, контролирующего знак мощности на фронте волны в контуре фаза − земля; блока питания и указательного реле. Устройство может действовать на сигнал или на отключение выключателя защищаемой линии.
Наиболее целесообразно использовать устройства ИЗС в кольцевых сетях или при параллельной работе двух или нескольких линий (рис. 2.24, б). Устройства ИЗС включаются на обеих сторонах контролируемых линий таким образом, что они срабатывают на замыкание контактов при условно положительном направлении распространения волны (мощности) от места замыкания на землю и месту контроля, т. е. к шинам подстанций А и Б (рис. 2.24, б). При этом только на поврежденной линии знак мощности на обоих концах будет положительным и оба устройства ИЗС сработают (рис. 2.24, б) контакты ИЗС 1 и 2 показаны замкнувшимися). На неповрежденных линиях этой замкнутой сети контакты ИЗС замыкаются только на одной из сторон. По показаниям ИЗС можно однозначно определить, на какой из линий произошло ОЗЗ.
Устройства ИЗС могут применяться для селективной сигнализации замыканий на землю и на радиальных линиях (рис. 2.24, в). Например, при ОЗЗ на ВЛ1 направление распространения волны таково, что устройство ИЗС на подстанции А сработает (мощность направлена к шинам), а на подстанции Б устройство ИЗС неповрежденной линии ВЛ2 не сработает (мощность направлена от шин). На неповрежденных линиях ВЛ3, ВЛ4 устройства ИЗС также не сработают, поскольку по этим линиям не распространяются электромагнитные разрядные волны, возникшие при замыкании на землю на линий ВЛ1. Указания по обслуживанию устройств ИЗС приведены в работе [93,89].
Указанные выше автономные и централизованные устройства защиты от ОЗЗ реагируют только на электрические величины переходного процесса и поэтому не обладают свойством непрерывности действия при устойчивых замыканиях на землю. Свойство непрерывности действия при устойчивых повреждениях необходимо, прежде всего, для защит с действием на отключение (например, для упрощения согласования защит по времени срабатывания, учитывая, что напряжение 3U0 не сразу исчезает в сети после отключения поврежденного участка). При выполнении защиты от ОЗЗ с действием на сигнал свойство непрерывности действия упрощает поиск поврежденного участка методом оперативных переключений в сети.
На взгляд авторов [58], наиболее эффективное и универсальное решение в части защит от ОЗЗ с действием на отключение для компенсированных сетей 6−10 кВ может быть получено на основе следующих принципов:
направленность в переходных и установившихся режимах ОЗЗ;
селективность и высокая устойчивость функционирования при всех разновидностях ОЗЗ, включая дуговые прерывистые и дуговые перемежающиеся замыкания;
возможность фиксации кратковременных самоустраняющихся пробоев изоляции;
непрерывность действия при устойчивых ОЗЗ.
Эти принципы реализованы в автономном направленном устройстве защиты от ОЗЗ типа «Спектр», выполненном на микроэлектронной элементной базе [98].
Устройство «Спектр» предназначено для выполнения защиты от ОЗЗ с действием на отключение или на сигнал, прежде всего в сетях, работающих с компенсацией емкостных токов. Однако высокая чувствительность устройства по первичному току высших гармоник (до 20 мА в рабочем диапазоне частот) и высокая степень отстройки с помощью фильтров в каналах тока и напряжения НП от влияния составляющих промышленной частоты обеспечивают возможность применения его не только в компенсированных сетях, но и в сетях, работающих с изолированной нейтралью или с высокоомным заземлением нейтрали через резистор.
На переходные составляющие ОЗЗ способен реагировать терминал защиты SEPAM типа S41 (код ANSI 67N/67NC) фирмы Schneider Electric. Достоинством такого решения является то, что этот терминал способен обеспечить как защиты от междуфазных КЗ, так и ненаправленную и направленную токовую защиту от ОЗЗ, реагирующие на установившиеся составляющие токов и напряжения нулевой последовательности. В настоящее время на Российском рынке появляются новые модификации терминалов защиты SEPAM типа S80 (код ANSI 67N/67NC) фирмы Schneider Electric, являющиеся дальнейшей модификации описанных выше терминалов серии S40.
Большие возможности появляются при заземлении нейтрали через резистор. При этом в некоторых случаях (при больших, порядка десятков и сотен ампер, емкостных токах сети) резистивное заземление совмещают с включением в нейтраль дугогасящего реактора (рис. 2.25).
Устойчивым признаком поврежденного присоединения в резистивно-заземленной сети в соответствии с рис. 2.26 является протекание по нему активного тока заземляющего резистора. По неповрежденным линиям протекают преимущественно реактивные токи (собственный емкостный ток присоединения и ток утечки по изоляции).
Во многих случаях это позволяет эффективно решить задачу селективной защиты от ОЗЗ, однако использование дугогасящих реакторов может существенно осложнить ситуацию, и в некоторых случаях, возможно, придется для выявления поврежденного присоединения использовать другие признаки.
Введение резистивного заземления нейтрали сети снижает уровень перенапряжений, исключает явления феррорезонанса и дает хорошие предпосылки для построения эффективной релейной защиты от ОЗЗ. Эта защита может действовать на отключение поврежденной линии или на сигнал, если такое неожиданное отключение невозможно или нежелательно.
Эффективная защита от ОЗЗ позволяет снизить опасное влияние на аппаратуру сетей 6−35 кВ тех воздействий, которые возникают при ОЗЗ. Это, в свою очередь, повысит надежность работы двигателей, кабелей и других элементов сети и позволит продлить срок их эксплуатации. Повышается также безопасность для людей и животных, которые могут оказаться в зоне падения провода ВЛ.