- •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»
4.4 Аналого-цифровые преобразователи
Практически все реально существующие физические явления и процессы описываются аналоговыми сигналами, непрерывно изменяющимися по величине во времени. Дискретный (цифровой) сигнал, в отличие от аналогового, имеет постоянное по величине значение для определенного промежутка времени.
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) осуществляют преобразование аналоговой величины в цифровой код. В связи с тем, что АЦП имеют ограниченный допустимый диапазон изменения напряжения, необходимо дополнительное преобразование измеряемых аналоговых величин с помощью промежуточных преобразователей тока (ППТ) и промежуточных преобразователей напряжения (ППН).
АЦП преобразует аналоговую величину, обычно напряжение , в цифровой двоичный код. Рассмотрим в упрощенном виде наиболее распространенный способ построения АЦП (рис. 4.17). АЦП состоит из мультивибратора (МВ), генерирующего тактовые импульсы С, реверсивного счетчика ( ), подсчитывающего тактовые импульсы, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и компаратора К.
На первый вход компаратора К подан входной аналоговый сигнал-напряжение . В момент схема включена в работу, исходное состояние счетчика . На выходе ЦАП – аналоговый эквивалент кода, записанного в счетчике, т. е. нулевой сигнал. При сигнал компаратора положительный, т. е. равный логической единице, этот сигнал подается на вход «+» счетчика, который работает на сложение. С каждым импульсом С при наличии на входе «+» логической единицы код счетчика начинает увеличиваться, пока сигнал ЦАП не превысит , после чего компаратор переключится, на вход «+» счетчика будет подаваться логический ноль, и счетчик перейдет в режим работы на вычитание. Очередной импульс С при наличии на входе «+» логического ноля уменьшает код счетчика, уменьшается сигнал , компаратор снова переключится и так далее. При этом значение напряжения на выходе ЦАП колеблется около значения . Напряжение на выходе ЦАП однозначно связано с двоичным кодом счетчика , в идеальном случае соответствует . Выходной сигнал АЦП снимается с разрядов реверсивного счетчика.
Каждый разряд двоичного кода имеет определенный «вес»; вес i-го разряда вдвое больше, чем вес (i – 1)-го. Работу ЦАП можно описать следующей формулой:
,
где е – опорное напряжение, соответствующее весу младшего разряда; Qi – значение i-го разряда двоичного кода (0 или 1). Максимальное значение определяет разрядность АЦП, в данном случае приведен пример четырехразрядного АЦП. Например, числу 1001 в двоичной системе счисления соответствует выходное напряжение:
.
Одними из основных показателей АЦП являются шаг дискретизации (квантования сигнала) по уровню и интервал дискретизации по времени. Первый определяет точность представления в двоичном коде измеряемой величины, второй характеризует время обработки входного сигнала.
Процесс перехода от аналогового сигнала к дискретному называется дискретизацией или квантованием сигнала. Переход от непрерывного сигнала к дискретному всегда происходит с потерей некоторого количества информации. Рассмотрим влияние шага дискретизации и квантования на точность преобразования аналоговой величины – напряжения (рис. 4.18). Шаг квантования в данном случае равен величине опорного напряжения .
На рис. 4.18, б преобразование производится четырехразрядным АЦП, на рис. 4.18, в − пятиразрядным АЦП, у которого шаг квантования уменьшен в два раза, а частота выборок увеличена в два раза по сравнению с четырехразрядным. В результате уменьшения в два раза шага дискретизации и интервала дискретизации преобразование аналогового сигнала на рис. 4.18, в увеличивается.
АЦП, преобразующие аналоговый сигнал в цифровой последовательно, начиная с младшего значащего разряда до цифрового кода на выходе, соответствующего уровню входного аналогового сигнала, относятся к АЦП последовательного приближения со счетчиком. На многоразрядный счетчик поступает тактовая частота от генератора, который запускается в момент выборки входного аналогового сигнала. Выход счетчика управляет схемой ЦАП, вырабатывающей ступенчато нарастающее напряжение. В момент, когда выходное напряжение схемы ЦАП будет равно входному напряжению, компаратор остановит счетчик, содержимое которого будет соответствовать входному аналоговому сигналу. Наибольшее время преобразования здесь , где q – время элементарной ступени (интервал дискретизации), –число разрядов.
4.4.1 Основные характеристики
Основными характеристиками АЦП являются: разрешающая способность, точность, быстродействие. Разрешающая способность е (шаг квантования) определяет точность представления в двоичном коде входной аналоговой величины, задавая длину разрядной сетки АЦП. Точность – абсолютная погрешность, нелинейность и дифференциальная нелинейность входного напряжения. Быстродействие (шаг дискретизации ∆tД) характеризует темп поступления информации в микропроцессор (МП), т. е. время преобразования – время, прошедшее от момента появления заданного изменения сигнала на входе до момента появления устойчивого сигнала на выходе.
При выборе шага дискретизации учитывают частотный спектр входной величины. При этом основополагающей является теорема Котельникова (теорема выборки), согласно которой шаг дискретизации не должен превышать значения , где – значение максимальной частоты гармонической составляющей, учитываемой во входной величине. Составляющая с частотой выше будет воспринята как гармоническая составляющая с частотой ниже − имеет место эффект «маскировки» высшей частоты под низшую, т. е. составляющие с частотой и с частотой имеют в моменты равные значения. Поэтому величины спектра с частотой зеркально отражаются относительно точки , налагаются на истинный спектр, искажая его. Следовательно, при аналого-цифровом преобразовании должны быть исключены все гармоники с частотой, более высокой, чем частота дискретизации. В противном случае, при восстановлении сигнала появляется разностная составляющая низкой частоты, поэтому на входе АЦП всегда устанавливают аналоговый фильтр нижних частот.
Между шагом квантования (разрядностью) и точностью измерения аналоговой величины формируемого двоичного кода существует однозначная связь. Например, на рис. 4.18, б − четырехразрядное АЦП, на рис. 4.18, в − пяти разрядное АЦП, которое более точно повторяет форму входного сигнала. В энергетике из всех величин в наиболее широком диапазоне изменяется ток. В нормальном режиме работы электроустановки ток находится в пределах , а в аварийных достигает . В таблице 4.1 приведена относительная погрешность измерения разных значений тока 8, 10, 12 –разрядными АЦП.
Таблица 4.1