СЕТИ РОССИИ
108
Новые технологии
и оборудование
(методы и устройства) для
определения мест повреждения
В статье рассмотрены актуальные проблемы создания современных методов
и устройств определения мест повреждения (ОМП). Авторы анализируют состо-
яние, перспективы использования и эффективность волновых методов ОМП.
Приведены результаты разработки устройств, в том числе их структура, пара-
метры, аппаратно-программное обеспечение, данные испытаний и внедрения.
Владимир ЛАЧУГИН, к.т.н., заведующий лабораторией ОАО «ЭНИН»
Павел ПЛАТОНОВ, инженер ОАО «ЭНИН»
Александр СМИРНОВ, научный сотрудник ОАО «ЭНИН»
В
соответствии
с
п
. 1.6.2
Правил
устрой
-
ства
электроустановок
для
определе
-
ния
мест
повреждений
(
ОМП
)
на
воз
-
душных
линиях
(
ВЛ
) 110
кВ
и
выше
длиной
более
20
км
должны
предусматриваться
фиксирующие
приборы
.
В
отдельных
случаях
,
в
зависимости
от
характера
трассы
,
значимо
-
сти
ВЛ
и
других
местных
условий
выполняется
установка
устройств
ОМП
и
на
линиях
протя
-
женностью
менее
20
км
.
Под
повреждениями
подразумеваются
трехфазные
,
двухфазные
,
однофазные
и
двухфазные
на
землю
короткие
замыкания
(
КЗ
)
и
разрывы
проводов
без
образо
-
вания
КЗ
.
КЗ
на
ВЛ
,
как
правило
,
определяются
устройствами
релейной
защиты
(
РЗ
),
действую
-
щими
на
отключение
вы
-
ключателей
.
К
методам
и
устройствам
ОМП
для
разного
типа
ВЛ
и
при
разных
видах
повреж
-
дений
предъявляются
различные
требования
,
обусловленные
технико
-
экономическими
факто
-
рами
,
с
учетом
последо
-
вательности
операций
в
структуре
ОМП
ВЛ
,
включающих
определе
-
ние
поврежденного
эле
-
мента
средствами
РЗ
и
дистанционное
ОМП
.
Согласно
принятой
классификации
[1]
ме
-
тоды
ОМП
делятся
(
рисунок
1)
на
дистанци
-
онные
и
топографические
,
высокочастотные
и
низкочастотные
.
Классик
методов
ОМП
Г
.
М
.
Шалыт
в
своей
монографии
[1]
указывал
,
что
разнообразие
видов
и
характера
повреж
-
дений
,
а
также
структура
и
условия
работы
электрических
сетей
не
позволяют
получить
какой
-
либо
универсальный
метод
ОМП
.
В
ста
-
тье
рассматривается
эффективность
методов
,
реагирующих
на
волновую
стадию
переходно
-
го
процесса
при
КЗ
на
ВЛ
,
а
также
результаты
разработки
устройств
,
использующих
волно
-
вые
методы
.
Рис
. 1.
Классификация
методов
ОМП
д
и
а
г
н
о
с
т
и
к
а
д
иагн
о
с
т
и
к
а
109
Африке
.
Его
связывают
с
высокой
точностью
ОМП
(150–500
м
),
не
зависящей
от
длины
ЛЭП
,
что
явля
-
ется
следствием
слабой
зависимости
контролируе
-
мых
величин
от
режима
работы
электрической
сети
и
от
величины
переходного
сопротивлении
в
месте
КЗ
и
вида
КЗ
(
например
, [2]).
Характеристики
современных
технических
ре
-
шений
ОМП
ряда
производителей
[2–8],
реализу
-
емые
волновым
методом
,
приведены
в
таблице
1.
На
точность
метода
оказывают
влияние
ошибки
синхронизации
устройств
,
определение
скорости
распространения
электромагнитной
волны
,
точ
-
ность
измерения
времени
прихода
электромагнит
-
ной
волны
при
ее
малых
амплитудах
и
внешние
электромагнитные
помехи
.
В
отличие
от
волновых
локационные
методы
определяют
время
пробега
специально
генери
-
руемого
зондирующего
импульса
.
Устройства
,
ре
-
ализующие
локационный
метод
ОМП
,
могут
эф
-
фективно
применятся
для
мониторинга
состояния
ВЛ
[9],
в
том
числе
для
определения
расстояния
до
места
КЗ
и
обрыва
на
ВЛ
.
Локатор
включает
в
себя
генератор
и
приемник
зондирующих
им
-
пульсов
,
вводимых
в
ВЛ
через
фильтр
присоеди
-
нения
и
конденсатор
связи
,
что
усложняет
процесс
организации
ОМП
.
Табл
. 1.
Характеристики
современных
технических
решений
ОМП
№
Наименования
Способ
ОМП
Погрешность
ОМП
,
указанная
производителем
1
Qualitrol IDM+9
(IDM+18, IDM+36)
(
США
)
Метод
по
параметрам
аварийного
режима
,
волновой
метод
двух
-
сторонних
измерений
± 150
м
2
Qualitrol FL-1 (FL-
8)(
США
)
Волновой
метод
двух
-
сторонних
измерений
± 60
м
3
Qualitrol TWS Mk
VI (
США
)
Волновой
метод
двух
-
сторонних
измерений
± 150
м
4
ISA TFS 2100
(
Италия
)
Волновой
метод
двух
-
сторонних
измерений
,
волновой
метод
одно
-
сторонних
измерений
± 50
м
5
Alstom Reason/
RPV-310
(
Франция
)
Односторонний
ме
-
тод
по
параметрам
аварийного
режима
,
волновой
метод
двух
-
сторонних
измерений
–
6
Бреслер
-0107.090
(
Россия
)
Односторонний
по
пара
мет
рам
аварийно
-
го
режима
3 %
Двухсторонний
по
пара
мет
рам
аварийно
-
го
режима
1 %
Волновой
метод
двух
-
сторонних
измерений
± 150 – ± 450
м
7
HPR-7000 (
Китай
)
Волновой
метод
двух
-
сторонних
измерений
,
метод
по
параметрам
аварийного
режима
–
ДИСТАНЦИОННЫЕ
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ
МЕТОДЫ
Метод
стоячих
волн
практического
распростра
-
нения
не
получил
и
из
высокочастотных
методов
ис
-
пользуются
только
импульсные
методы
[1].
Принцип
действия
импульсных
методов
основан
на
измере
-
нии
интервалов
времени
распространения
электро
-
магнитных
волн
(
импульсов
)
по
участкам
ЛЭП
.
Рас
-
пространение
волны
по
линии
—
сложный
процесс
,
зависящий
от
числа
,
взаимного
расположения
,
мате
-
риала
и
размера
проводов
и
тросов
,
их
удаленности
от
поверхности
земли
,
от
ее
электропроводности
.
В
реальной
ВЛ
волна
перемещается
в
контуре
«
фа
-
за
-
земля
»
со
скоростью
275
м
/
мкс
и
в
контуре
«
фа
-
за
-
фаза
»
со
скоростью
296–299
м
/
мкс
.
Волновые
методы
делятся
на
методы
односто
-
ронних
и
двусторонних
измерений
(
рисунок
1).
Вол
-
новой
метод
односторонних
измерений
использу
-
ет
измерение
времени
между
моментом
прихода
к
началу
ВЛ
фронта
волны
,
возникшей
в
месте
повреждения
,
и
моментом
прихода
фронта
волны
после
ее
отражения
от
места
повреждения
,
либо
разновременность
прихода
волн
«
фаза
-
фаза
»
и
«
фаза
-
земля
».
Волновой
метод
двусторонних
измерений
основан
на
измерении
времени
между
моментами
достижения
концов
линии
фронтами
электромагнитных
волн
,
возникши
-
ми
в
месте
повреждения
(
разрядных
волн
).
Зная
длину
L
линии
,
скорость
распространения
волны
,
разность
времени
t
достижения
фронтами
волн
одного
и
второго
концов
линии
,
расстояние
l
от
точки
контроля
до
ме
-
ста
повреждения
можно
вычислить
по
формуле
L
∆
t
l
=
–
+
–
·
, (1)
2 2
Необходимым
условием
реали
-
зации
метода
является
синхронный
отсчет
времени
на
двух
концах
с
точ
-
ностью
до
микросекунд
.
Фиксация
волн
при
волновом
методе
ОМП
двух
-
сторонних
измерений
не
зависит
от
степени
распознавания
повторно
от
-
раженных
волн
,
что
является
преиму
-
ществом
этого
метода
по
сравнению
с
методом
односторонних
измерений
.
Основные
сложности
волнового
ме
-
тода
двухсторонних
измерений
свя
-
заны
с
особенностями
выполнения
синхронизации
измерений
по
концам
линии
.
Развитие
спутниковых
радио
-
навигационных
систем
(
СРНС
),
таких
как
GPS
и
ГЛОНАСС
,
позволило
повы
-
сить
эффективность
синхронизации
устройств
ОМП
со
шкалой
всемирно
-
го
координированного
времени
UTC
круглосуточно
на
всей
поверхности
Земли
.
Волновой
метод
широко
применя
-
ется
в
США
,
Китае
,
Канаде
,
Южной
№
5 (38) 2016
110
СЕТИ РОССИИ
10
5
0
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
Первый
волновой
канал
|
H
1
|,
dB
f
,
Гц
l
,
км
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
10
4
20
10
2
60
10
3
40
10
1
80
10
0
100
10
5
0
0
-50
-100
-150
-200
Нулевой
волновой
канал
|
H
0
|,
dB
f
,
Гц
l
,
км
0
-20
-40
-60
-80
-100
-120
-140
-160
10
4
20
10
2
60
10
3
40
10
1
80
10
0
100
Рис
. 2.
Амплитудно
-
частотная
характеристика
первого
волнового
канала
в
зависимости
от
длины
пробега
l
Рис
. 3.
Амплитудно
-
частотная
характеристика
нулевого
волнового
канала
в
зависимости
от
длины
пробега
l
ЭТАПЫ
РАЗРАБОТКИ
ОБРАЗЦОВ
УСТРОЙСТВ
,
ИСПОЛЬЗУЮЩИХ
ВОЛНОВЫЕ
МЕТОДЫ
ОМП
Разработанное
в
ОАО
«
ЭНИН
»
многофункцио
-
нальное
устройство
(
МФУ
) «
ЭНИС
»
выполняет
функ
-
ции
ОМП
,
регистрации
аварийных
процессов
и
изме
-
рения
показателей
качества
в
ВЛ
.
Волновой
метод
ОМП
в
МФУ
базируется
на
преобразовании
фазных
токов
и
напряжений
ВЛ
в
токи
и
напряжения
вол
-
новых
каналов
[10].
Значения
напряжений
и
токов
в
волновых
каналах
определяются
по
выражениям
U
m
=
T
u
–1
·
U
ph
, (2)
I
m
=
T
i
–1
·
I
ph
, (3)
где
U
m
и
I
m
—
матрицы
-
столбцы
модальных
на
-
пряжений
и
токов
ВЛ
,
U
ph
и
I
ph
—
матрицы
-
столбцы
фазных
напряжений
и
токов
ВЛ
.
Матрицы
преобразований
токов
T
i
и
напряжений
T
u
в
(2)
и
(3)
зависят
от
геометрии
расположения
и
марки
проводов
ВЛ
,
их
удаленности
от
поверх
-
ности
земли
и
от
удельной
проводимости
зем
-
ли
.
Места
нарушения
однородности
ВЛ
,
такие
как
транспозиция
и
в
большей
степени
—
ответвления
от
линии
,
оказывают
влияние
на
распространение
волн
.
Однако
они
не
вносят
искажающего
воздей
-
ствия
на
форму
фронта
волны
,
что
позволяет
эф
-
фективно
использовать
волновые
каналы
при
прак
-
тической
реализации
.
Каждому
волновому
каналу
ВЛ
соответствует
своя
передаточная
характеристика
H
( ,
l
).
Для
оцен
-
ки
искажений
формы
волны
в
зависимости
от
длины
пробега
рассчитаны
амплитудно
-
частотные
харак
-
теристики
(
АЧХ
) |
H
( ,
l
)|
волновых
каналов
(
рисун
-
ки
2
и
3)
с
учетом
зависимости
T
u
и
T
i
от
частоты
.
Из
зависимостей
,
приведенных
на
рисунках
2
и
3,
следует
,
что
нулевой
канал
имеет
более
высокую
степень
затухания
,
приводящую
к
существенным
искажениям
фронта
волны
,
что
указывает
на
це
-
лесообразность
применения
в
волновом
методе
ОМП
междуфазных
(
первого
и
второго
)
волновых
каналов
для
получения
волны
,
наиболее
прибли
-
женной
по
форме
к
волне
в
месте
повреждения
.
Применяемые
в
электрических
сетях
транс
-
форматоры
напряжения
(
ТН
)
и
трансформаторы
тока
(
ТТ
)
проектируются
для
измерения
сигналов
промышленной
частоты
.
Как
показали
исследо
-
вания
[11],
ТТ
имеют
погрешности
не
более
5%
по
АЧХ
и
не
более
10
градусов
по
ФЧХ
в
диапазоне
частот
не
свыше
500
кГц
.
Погрешности
ТН
суще
-
ственно
возрастают
в
полосе
частот
,
превышаю
-
щих
5
кГц
.
Волновой
метод
,
однако
,
можно
при
-
менять
раздельно
по
токам
и
по
напряжениям
,
либо
совместно
—
со
вспомогательной
функцией
напряжения
.
Для
уменьшения
влияния
отраженных
волн
про
-
изводится
определение
напряжения
падающей
вол
-
ны
для
волновых
каналов
[12]
по
вы
-
ражению
:
U
m
+ Z
m
·
I
m
U
пад
=
––
, (4)
2
где
Z
m
—
величина
,
характеризующая
сопротивление
волнового
канала
,
U
m
и
I
m
—
напряжение
и
ток
в
точке
контроля
.
Контроль
напряжения
па
-
дающей
волны
по
(4)
позволяет
огра
-
ничить
зависимость
ОМП
от
измене
-
ния
сопротивления
в
энергосистеме
,
примыкающей
к
ВЛ
,
и
отрицательного
воздействия
повторных
волн
,
способ
-
ных
исказить
достоверность
процес
-
са
измерения
.
Развитие
волновых
методов
об
-
условлено
внедрением
в
практику
устройств
РЗ
и
ОМП
микропроцессо
-
ров
,
способных
регистрировать
и
обра
-
батывать
переходный
процесс
с
интер
-
валом
дискретизации
порядка
единиц
и
десятков
микросекунд
.
При
этом
точ
-
ность
и
достоверность
определения
фронта
волны
во
многом
зависит
от
используемого
математического
ап
-
парата
.
В
1994
году
Д
.
Робертсон
[13]
и
П
.
Рибейро
[14]
предложили
исполь
-
зовать
вейвлет
-
преобразование
для
анализа
переходных
процессов
в
элек
-
троэнергетических
системах
.
Разложе
-
ние
сигналов
производится
по
базису
собственных
функций
(
вейвлетов
),
за
-
нимающих
промежуточное
положение
111
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
t
,
мкс
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
U
пад
,
В
K
e
,
отн
.
ед
.
Рис
. 4.
Определения
фронта
волны
с
помощью
коэффициента
эксцесса
между
гармоническими
(
синусоидаль
-
ными
)
функциями
и
функцией
Дирака
,
локализованной
во
времени
.
Алгоритм
оценки
составляющих
тока
и
напря
-
жения
выполняется
за
1
мс
[15–16].
В
современных
устройствах
,
ис
-
пользующих
волновой
метод
,
пред
-
лагается
использовать
и
другие
спо
-
собы
обработки
и
распознания
сиг
-
налов
тока
и
напряжения
,
напри
-
мер
,
морфологический
градиент
[17],
S-
преобразование
[18],
метод
фильтра
-
ции
Прони
[19]
и
преобразование
Гиль
-
берта
-
Хуанга
[20].
Сигналы
во
вторичных
обмотках
ТТ
и
ТН
имеют
сложный
гармониче
-
ский
состав
,
связанный
с
работой
нелинейных
на
-
грузок
и
коронным
разрядом
,
и
близки
по
своим
характеристикам
к
нормально
распределенному
шуму
с
равномерной
спектральной
плотностью
.
Представленные
способы
обработки
и
распозна
-
вания
сигналов
сталкиваются
с
рядом
ограниче
-
ний
,
обусловленных
низким
соотношением
сигнал
/
шум
.
В
связи
с
этим
определение
фронта
волны
предложено
производить
на
основе
анализа
сиг
-
налов
во
временной
области
с
помощью
методов
математической
статистики
[21].
Использование
этих
методов
позволит
уменьшить
влияние
помех
на
вычисление
времени
прихода
фронта
волны
к
концам
линии
и
,
тем
самым
,
повысить
точность
ОМП
.
Для
фиксации
времени
прихода
фронта
вол
-
ны
с
помощью
методов
математической
статисти
-
ки
использован
расчет
коэффициента
эксцесса
для
составляющих
падающих
волн
междуфазных
волновых
каналов
.
Коэффициент
эксцесса
явля
-
ется
мерой
остроты
пика
распределения
случай
-
ной
величины
и
рассчитывается
по
выражению
:
4
K
e
=
—
– 3,
(5)
4
где
4
и
—
четвертый
и
второй
центральные
момен
-
ты
статистического
распределения
соответственно
,
определяемые
как
1
n
μ
4
=
–
Σ
(
i
–
x
)
4
,
n
i
= 1
1
n
2
=
–
Σ
(
x
i
–
x
)
2
,
n
i
= 1
где
i
—
исследуемый
сигнал
,
n
—
число
точек
,
x
—
среднее
арифметическое
значение
.
При
отсутствии
переходного
процесса
измеря
-
емый
сигнал
определяется
уровнем
помех
в
токах
и
напряжениях
ЛЭП
и
подчиняется
закону
нормаль
-
ного
распределения
,
поэтому
значение
коэффици
-
ента
эксцесса
для
данного
сигнала
в
точках
контроля
будет
находиться
на
уровне
нуля
.
При
возникновении
повреждения
электромагнитные
волны
распростра
-
няются
от
места
повреждения
к
концам
ВЛ
в
точки
контроля
,
нарушая
в
них
нормальный
закон
распре
-
деления
токов
и
напряжений
.
При
этом
коэффициент
эксцесса
резко
возрастает
и
в
момент
превышения
им
величины
заданного
порогового
значения
фикси
-
руется
появление
фронта
волны
.
Чувствительность
коэффициента
эксцесса
к
отклонению
распределе
-
ния
функции
от
закона
нормального
распределения
очень
высока
.
Это
позволяет
повысить
достовер
-
ность
определения
начала
формирования
фронта
волны
(
рисунок
4)
в
точке
контроля
.
Для
анализа
волновых
переходных
процессов
,
возникающих
при
повреждениях
в
ВЛ
,
на
основе
аналитических
расчетов
производится
верифика
-
ция
модели
ВЛ
при
имитационном
моделировании
с
помощью
программ
ATP/EMTP
и
Matlab/Simulink.
При
этом
ВЛ
рассматривается
в
виде
частотно
-
зависимой
модели
с
распределенными
параме
-
трами
и
с
учетом
геометрического
расположения
проводов
.
Результаты
проведенных
расчетов
ука
-
зывают
,
что
абсолютная
погрешность
волнового
метода
ОМП
с
применением
анализа
сигналов
во
временной
области
с
помощью
метода
математи
-
ческой
статистики
не
превысила
523
м
на
ВЛ
дли
-
ной
90
км
с
треугольным
расположением
проводов
при
КЗ
фазы
А
на
землю
с
различными
значениями
переходных
сопротивлений
в
месте
КЗ
.
Следует
отметить
,
что
интеграция
устройства
волнового
ОМП
в
цифровую
ПС
по
шине
процесса
в
соответствии
с
требованиями
МЭК
61850-9-2 [23]
на
данном
этапе
развития
концепции
цифровой
ПС
нецелесообразна
,
поскольку
в
качестве
источни
-
ков
сигналов
для
шины
процесса
предполагаются
цифровые
[24]
ТТ
и
ТН
или
устройства
сопряжения
с
шиной
(
УСШ
, Merging Unit) [25],
поддерживающие
стандарты
SV80
и
SV256 [23],
предусматриваю
-
щие
частоту
дискретизации
сигналов
при
80
или
256
отсчетах
за
период
промышленной
частоты
.
Полоса
пропускания
сигналов
по
шине
процесса
,
ограниченная
частотой
f
max
= 50 · 256 = 12 800
Гц
,
является
достаточной
для
устройств
РЗ
и
автома
-
тики
,
а
также
систем
учета
и
измерения
параметров
электрического
режима
,
но
вызовет
значительные
погрешности
(
до
11,5
км
)
при
волновом
ОМП
.
Пуск
устройства
ОМП
осуществляется
от
вну
-
треннего
пускового
органа
или
от
селективной
защиты
ВЛ
[22].
Осциллограммы
аварийных
про
-
цессов
сохраняются
в
формате
IEEE Std C37.111
(COMTRADE).
№
5 (38) 2016
112
СЕТИ РОССИИ
Рис
. 6.
Структурная
схема
программного
модуля
измерения
ПКЭ
на
примере
фазы
А
Рис
. 5.
Структурная
схема
МФУ
ОСОБЕННОСТИ
АППАРАТНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ
МФУ
На
рисунке
5
приведена
струк
-
турная
схема
МФУ
,
содержащего
модуль
аналого
-
цифрового
пре
-
образования
(
АЦП
),
модуль
циф
-
ровой
обработки
сигналов
(
ЦОС
),
модуль
синхронизации
,
интер
-
фейсный
преобразователь
.
Мо
-
дуль
АЦП
должен
обеспечивать
высокие
метрологические
харак
-
теристики
для
измерителя
ПКЭ
,
минимальные
нелинейные
иска
-
жения
и
широкую
полосу
пропуска
-
ния
для
волнового
ОМП
.
В
задачу
модуля
ЦОС
входит
математиче
-
ское
обеспечение
выполняемых
функций
.
При
большом
объеме
вычислений
,
связанных
с
преоб
-
разованием
цифровых
сигналов
в
темпе
процесса
,
он
должен
быть
выполнен
на
основе
цифрового
сигнального
про
-
цессора
.
Устройство
синхронизации
может
неявно
входить
в
состав
модуля
ЦОС
в
виде
встроенных
часов
реального
времени
при
условии
,
что
точность
синхронизации
некритична
для
основной
функции
устройства
(
например
,
для
регистратора
аварийных
процессов
).
Однако
в
устройствах
с
повышенными
требованиями
к
точности
синхронизации
,
таких
как
МФУ
с
функцией
измерения
синхронизированных
векторов
и
волнового
ОМП
,
необходимо
применять
113
Рис
. 7.
Многофункциональное
устройство
«
ЭНИС
»,
установленное
на
ПС
«
Давыдовская
»
Рис
. 8.
Антенны
GPS,
смонтированные
на
южной
сто
-
роне
релейного
щита
ПС
«
Тамбовская
500»
синхронизацию
с
погрешностью
не
более
1
мкс
с
учетом
характеристик
спутниковых
радионавига
-
ционных
систем
GPS/
ГЛОНАСС
,
либо
внешние
ис
-
точники
синхронизации
на
основе
стандартов
IRIG-B
или
IEEE 1588 [26].
Задачей
интерфейсного
преобразователя
яв
-
ляется
интеграция
устройства
в
информационную
сеть
ПС
.
Интерфейсный
преобразователь
должен
поддерживать
максимально
возможное
количество
интерфейсов
и
протоколов
,
применяемых
в
элек
-
троэнергетике
.
В
настоящее
время
целесообразно
осуществлять
интеграцию
в
информационную
сеть
с
помощью
интерфейса
100BASE-T.
Для
совмести
-
мости
с
устаревшим
оборудованием
интерфейсный
преобразователь
должен
поддерживать
интерфейсы
RS-232
или
RS-485/RS-422
и
протокол
Modbus.
РЕГИСТРАТОР
ПРОЦЕССОВ
В
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СЕТИ
Функция
регистрации
аварийных
процессов
в
МФУ
является
вспомогательной
для
ОМП
.
Со
-
гласно
[27]
в
качестве
основного
для
всех
ВЛ
110
кВ
и
выше
рекомендуется
использовать
программное
обеспечение
типа
WinBres [28]
и
АРМ
-
СРЗА
[29]
для
ОМП
по
данным
аварийных
осциллограмм
.
Частота
дискретизации
позволяет
проводить
ОМП
по
осцил
-
лограммам
как
методами
по
ПАР
(
автоматически
,
с
помощью
внешних
программ
),
так
и
волновыми
од
-
носторонними
и
двухсторонними
методами
(
ручное
выставление
маркера
появления
фронта
волны
).
ИЗМЕРЕНИЕ
ПКЭ
С
вводом
ГОСТ
Р
54149–2010
к
вопросам
обес
-
пе
чения
качества
электроэнергии
предъявляются
повышенные
требования
[30].
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
»
ре
-
ализует
обширную
программу
разработки
и
внедре
-
ния
инновационных
технологий
для
мониторинга
процессов
в
электрических
сетях
различного
клас
-
са
напряжений
,
в
том
числе
для
активно
-
адаптив
-
ных
сетей
в
соответствии
с
положением
о
техниче
-
ской
политике
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
».
Задачи
,
решаемые
МФУ
,
должны
удовлетворять
российским
и
между
-
народным
требованиям
.
Основным
документом
для
разработки
средств
измерения
ПКЭ
является
ГОСТ
Р
51317.4.30–2008 [31].
Поскольку
в
стандар
-
те
отсутствуют
требования
к
интерфейсам
и
прото
-
колам
передачи
измеренных
величин
,
то
их
выбор
остается
за
разработчиками
устройств
.
В
качестве
опорного
канала
для
определения
частоты
используется
напряжение
фазы
A
.
Произ
-
водится
вычисление
среднеквадратического
значе
-
ния
фазных
токов
I
a
,
I
b
и
I
c
.
Для
уменьшения
верх
-
ней
границы
полосы
пропускания
входных
сигналов
u
a
(
i
),
u
b
(
i
)
и
u
c
(
i
)
до
допустимого
значения
[31]
произ
-
водится
уменьшение
частоты
дискретизации
,
а
так
-
же
—
предварительная
фильтрация
для
устранения
эффекта
наложения
частотных
спектров
(
рисунок
6).
В
опорном
канале
с
помощью
фильтра
осуществля
-
ется
выделение
сигнала
промышленной
частоты
с
последующим
определением
ее
периода
.
Расчет
среднеквадратических
значений
U
a
,
U
b
,
U
c
происхо
-
дит
по
значениям
в
блоке
«
Буфер
1
периода
».
Быс
-
трое
преобразование
Фурье
осуществляется
в
блоке
«
Буфер
10
периодов
».
Результат
преобразования
U
A
,
U
B
и
U
C
используется
для
вычисления
коэффициен
-
тов
несимметрии
.
Блок
«
Вычисление
провалов
,
пе
-
ренапряжений
и
прерываний
»
осуществляет
расчет
длительностей
и
параметров
провалов
,
перенапря
-
жений
и
прерываний
.
Результаты
измерений
средне
-
квадратических
значений
напряжений
и
коэффици
-
ентов
несимметрии
объединяются
на
3-
секундных
,
10-
минутных
и
2-
часовых
интервалах
в
соответствии
с
[31]
в
блоке
«
Объединение
ПКЭ
».
Аналогичным
об
-
разом
производится
расчет
среднеквадратических
значений
и
коэффициентов
несимметрии
по
току
.
В
2012
году
опытные
образцы
устройства
«
ЭНИС
»
(
рисунок
7)
были
введены
сотрудниками
ОАО
«
ЭНИН
»
и
Верхне
-
Донского
ПМЭС
МЭС
Центра
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
»
в
опытно
-
промышленную
эксплуатацию
на
ВЛ
220
кВ
Тамбовская
-500 —
Давыдовская
1
с
раз
-
мещением
на
релейных
щитах
ПС
«
Тамбовская
-500»
и
ПС
«
Давыдовская
».
По
цепям
измерения
устрой
-
ства
подключены
к
вторичным
цепям
ТТ
ЛЭП
220
кВ
Тамбовская
—
Давыдовская
1
и
к
вторичным
цепям
ТН
систем
шин
220
кВ
указанных
ПС
.
По
цепям
син
-
хронизации
устройства
подключались
к
вновь
мон
-
тируемым
антеннам
GPS,
которые
устанавливались
на
внешней
части
релейных
щитов
(
рисунок
8) [32].
№
5 (38) 2016
114
СЕТИ РОССИИ
Функции
опытных
образцов
устройств
ду
-
блируются
экспериментальными
образца
-
ми
.
Аппаратно
-
программное
обеспечение
опытных
образцов
полностью
разработано
в
ОАО
«
ЭНИН
».
Результаты
измерения
то
-
ков
и
напряжений
на
ЛЭП
приведены
на
ри
-
сунках
9
и
10.
После
успешного
завершения
разра
-
ботки
,
испытаний
и
исследований
работы
опытного
образца
устройства
осущест
-
влялась
доработка
конструкторской
до
-
кументации
.
В
частности
,
были
внесены
изменения
в
конструкцию
печатных
плат
и
проведена
корректировка
перечня
эле
-
ментов
и
сопроводительной
документа
-
ции
.
Вид
опытно
-
промышленных
образцов
устройства
,
выполненных
совместно
с
ОАО
«
ИРЗ
»,
представлен
на
рисунках
11
и
12.
ЛАБОРАТОРНЫЕ
ИСПЫТАНИЯ
МФУ
Лабораторные
испытания
МФУ
в
функции
ОМП
Методика
испытаний
МФУ
в
функции
ОМП
заключается
в
воспроизведении
ос
-
циллограмм
КЗ
генератором
сигналов
(LeCroy ArbStudio 1104).
Сигналы
по
кон
-
цам
ВЛ
при
различных
параметрах
повреж
-
дений
моделируются
в
программе
ATP/
EMTP,
преобразуются
в
формат
CSV
и
за
-
гружаются
в
генератор
.
Предаварийный
процесс
длительностью
100
мс
циклически
воспроизводится
генератором
.
После
по
-
дачи
команды
начинается
воспроизведе
-
ние
аварийного
процесса
длительностью
100
мс
.
Через
40
мс
после
начала
воспро
-
изведения
аварийного
процесса
генератор
через
промежуточные
реле
подает
сигнал
пуска
ОМП
,
имитируя
сигнал
от
РЗ
.
По
окончании
аварийного
процесса
начина
-
ется
воспроизведение
сигнала
послеава
-
рийного
процесса
длительностью
100
мс
.
При
испытаниях
производилась
оценка
погрешности
определения
времени
кон
-
троля
фронта
волны
с
помощью
лабора
-
торной
установки
(
рисунок
13).
Испытания
проводились
для
каждого
МФУ
в
отдельно
-
сти
по
напряжениям
и
токам
.
Генераторы
Рис
. 9.
Фрагмент
осциллограммы
токов
фаз
ЛЭП
220
кВ
Тамбовская
500 —
Давыдовская
1,
измеренных
на
ПС
«
Давыдовская
»
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
t
, c
16:22:46,614
10.03.2012
16:22:46,634
10.03.2012
I
a
I
b
I
c
t
, c
1
0,5
0
-0,5
-1
200
100
0
100
200
Напряжения
во
вторичных
цепях
ТН
на
ПС
Токи
во
вторичных
цепях
ТТ
на
ПС
U
,
В
I
,
А
t
, c
× 10
9
0,02
0,02
0,022
0,022
0,024
0,024
0,026
0,026
0,028
0,028
0,03
0,03
0,032
0,032
0,034
0,034
0,036
0,036
0,038
0,038
0,04
0,04
U
a
U
b
U
c
I
a
I
b
I
c
Рис
. 10.
Осциллограммы
напряжений
и
токов
фаз
ЛЭП
220
кВ
Там
-
бовская
500 —
Давыдовская
1,
измеренных
на
ПС
«
Давыдовская
»
Рис
. 11.
Опытно
-
промышленный
образец
МФУ
при
снятой
крышке
Рис
. 12.
Внешний
вид
опытно
-
промышленного
образца
МФУ
115
Рис
. 13.
Лабораторная
установка
для
испытания
ОМП
синхронизирова
-
лись
между
собой
и
с
всемирным
ко
-
ординированным
временем
с
по
-
мощью
приемника
сигналов
СРНС
.
Лабораторные
испытания
на
уста
-
новке
показали
,
что
суммарная
погреш
-
ность
определения
времени
появле
-
ния
волны
не
пре
-
вышает
2
мкс
,
что
позволит
обеспе
-
чить
погрешность
волнового
ОМП
на
ВЛ
на
уровне
600–
1000
м
при
различ
-
ных
видах
и
характере
повреждений
.
Это
указывает
на
то
,
что
волновой
метод
двухсторонних
измере
-
ний
можно
отнести
к
достаточно
точным
средствам
ОМП
.
Лабораторные
испытания
МФУ
в
функции
измерения
ПКЭ
Лабораторная
установка
для
испытаний
устрой
-
ства
(
рисунок
14)
состоит
из
эталонного
калибрато
-
ра
-
генератора
переменного
тока
«
Ресурс
-
К
2
М
» [33]
и
персонального
компьютера
.
На
измерительные
входы
МФУ
подаются
напря
-
жения
и
токи
от
калибратора
-
генератора
.
Далее
с
персонального
компьютера
задаются
параметры
напряжений
и
токов
(
параметры
испытательных
сигналов
).
С
помощью
персонального
компьютера
производится
считывание
результатов
измерений
МФУ
через
локальную
вычислительную
сеть
и
по
-
следующее
сравнение
с
параметрами
испытатель
-
ных
сигналов
.
Предварительные
лабораторные
испытания
проводились
при
нормальных
условиях
для
показателей
,
усредненных
за
3
секунды
, 10
ми
-
нут
и
2
часа
в
соответствии
со
стандартом
ГОСТ
Р
51317.4.7–2008.
Результаты
испытаний
показали
,
что
метрологические
характеристики
МФУ
как
СИ
ПКЭ
соответствуют
классу
S.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
С
23
по
25
июня
2015
года
на
ПС
«
Сасово
»
и
на
ПС
«
Парская
»
были
выполнены
монтажные
и
пускона
-
ладочные
работы
,
связанные
с
подключением
МФУ
«
ЭНИС
»
к
цепям
питания
,
к
ТТ
ВЛ
220
кВ
Парская
—
Сасово
,
к
ТН
системы
шин
220
обеих
ПС
и
к
кана
-
лам
передачи
информации
. 25
июня
2015
года
МФУ
«
ЭНИС
»
было
включено
в
опытно
-
промышленную
эксплуатацию
на
ВЛ
220
кВ
Сасово
—
Парская
.
Ре
-
зультаты
опытно
-
промышленной
эксплуатации
по
-
казали
,
что
погрешность
ОМП
устройства
«
ЭНИС
»,
использующего
волновой
метод
двусторонних
из
-
мерений
,
не
превысила
50
м
при
имевшем
место
однофазном
КЗ
.
Широкое
внедрение
волновых
ме
-
тодов
ОМП
,
ограничиваемое
в
настоящее
время
относительно
высокой
стоимостью
комплектующих
элементов
устройства
,
в
дальнейшем
будет
носить
массовый
характер
,
приводя
к
сокращению
време
-
ни
поиска
повреждения
ВЛ
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Шалыт
Г
.
М
.
Определение
мест
повреждения
в
электрических
сетях
.
М
.:
Энергоиздат
, 1982. 312
с
.
2.
Устройство
определения
места
повреждения
Qualitrol TWS MK VI [
Электронный
ресурс
].
Режим
доступа
: www.qualitrolcorp.com/Products/TWS MkVI
Traveling wave fault locator.
3.
Многофункциональное
устрой
-
ство
Qualitrol IDM+ VI [
Элек
-
тронный
ресурс
].
Режим
до
-
ступа
: www.qualitrolcorp.com/
Products/IDM+Multifunction
power system monitor (with
options for power quality, PMU
and TWS fault location).
4.
Устройство
определения
места
повреждения
Qualitrol TWS FL-1
and FL-8 [
Электронный
ресурс
].
Режим
доступа
: http://www.
qualitrolcorp.com/Products/TWS
FL-8 and TWS FL-1 Traveling
wave fault locators.
Рис
. 14.
Лабораторная
установка
для
испытания
СИ
ПКЭ
№
5 (38) 2016
116
СЕТИ РОССИИ
5.
Устройство
определения
места
повреждения
ISA
TFS 2100 [
Электронный
ресурс
].
Режим
доступа
:
www.isatest.com/index.php?page=tfs-2100.
6.
Многофункциональное
устройство
Reason
RPV-310 [
Электронный
ресурс
].
Режим
досту
-
па
: www.reason.com.br/pt/produtos/registradores-
digitais/rpv310.
7.
Микропроцессорное
устройство
определения
ме
-
ста
повреждения
Бреслер
-0107.090 [
Электрон
-
ный
ресурс
].
Режим
доступа
: http://www.bresler.ru/
library/bresler 0107 090 docs.
8.
Высокоточный
РАС
и
ОМП
HPR-7000 [
Электрон
-
ный
ресурс
].
Режим
доступа
: http://www.htabd.
com/Upload/WebEditor/2011 03/31112609772.pdf.
9.
Куликов
А
.
Л
.,
Мисриханов
М
.
Ш
.,
Петрухин
А
.
А
.
Определение
мест
повреждений
ЛЭП
методами
активного
зондирования
:
монограф
. /
А
.
Л
.
Кули
-
ков
,
М
.
Ш
.
Мисриханов
,
А
.
А
.
Петрухин
/
Под
ред
.
В
.
А
.
Шуина
.
М
.:
Энергоатомиздат
, 2009. 162
с
.
10.
Костенко
М
.
В
.,
Перельман
Л
.
С
.,
Шкарин
Ю
.
П
.
Волновые
процессы
и
электрические
помехи
в
многопроводных
линиях
высокого
напряжения
/
М
.:
Энергия
, 1973. 272
с
.
11.
Elhaffar A. M. Power Transmission Line Fault
Location Based on Current Travelling Waves, Doctoral
Dissertation, Helsinki University of Technology,
Helsinki, 2008.
12.
Пат
. 2472169 (
РФ
)
МПК
G 01 R 31/08.
Способ
определения
расстояния
до
места
поврежде
-
ния
на
линии
электропередачи
/
Лачугин
В
.
Ф
.,
Панфилов
Д
.
И
.,
Сидорук
С
.
В
.,
Краснышов
С
.
В
.,
Манжелий
М
.
И
.,
Денисов
Д
.
В
.,
Образцов
С
.
А
.,
Смирнов
А
.
Н
.;
заявители
и
патентообладатели
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
»,
ОАО
«
ЭНИН
» —
№
2011121762;
заявл
. 31.05.2011;
опубл
. 10.01.2013.
Бюлл
.
№
1.
13. Robertson D., Camps O., Mayer J. Wavelet and
Power System Transient // SPIE Int. Sympos. Optical
Engen. Aerospace Sensing. 1994. P. 474–487.
14. Ribeiro P.F. Wavelet transform: an advanced tool
for analyzing non-stationary harmonic distortions in
power systems // Proc. IEEE ICHPS VI, Bologna,
1994. Sep. 21–23.
15. Shara
fi
A., Sanaye-Pasand M., Jafarian P. Ultra-high-
speed protection of parallel transmission lines using
current travelling waves. IET Generat., Transmiss.
and Distrib. 2011. 5,
№
6.
Р
. 656–665.
Англ
.
16. Shu X., Tian X., Zhang G., Liu
К
., Sun S. Protection
for ±800 kV HVDC transmission lines using pole wave
transients. Zhongguo dianji gongcheng xuebao =
Proceedings of the Chinese Society of Electrical
Engineering, 2011. 31,
№
22.
Р
. 96–104.
Кит
.;
рез
.
англ
.
17. Ma Jing, Wang Zeng-ping, Xu Yan, Ma Lei. Single-
ended transient positional protection of transmission
lines using mathematical morphology. Huabei dianli
daxue xuebao=J. N. China Electric Power University,
2005. 32,
№
5.
Р
. 7–10.
18. Xiao Xian-yong, Li Feng, Deng Wu-jun. Identi
fi
cation
method of lightning stroke and short circuit faults
using S-transformed characteristics. Gaodianya
jishu = High Voltage Engineering. 2009, 35,
№
4.
Р
. 817–822.
19. Yang Mingyu, Yang Yukun. EHV power transmission
line transient-based protection with backward Prony
algorithm. Dianli zidonghua shebei = Electric power
automation equipment. 2011, 31,
№
5.
Р
. 28–33.
20. Liu Hui, Wang Xin, Chi Weishuang. Application of
Improved HHT in Fault Line Selection for Hybrid
Lines. Shui dian nengyuan kexue = Water Resources
and Power, 2013. 31,
№
10.
Р
. 192–194.
21.
Вентцель
Е
.
С
.,
Овчаров
Л
.
А
.
Теория
вероятно
-
стей
и
ее
инженерные
приложения
.
М
.:
Высшая
школа
, 2010. 480
с
.
22.
Аржанников
Е
.
А
.
Определение
места
короткого
замыкания
на
высоковольтных
линиях
электро
-
передачи
/
Е
.
А
.
Аржанников
,
В
.
Ю
.
Лукоянов
,
М
.
Ш
.
Мисриханов
/
Под
ред
.
В
.
А
.
Шуина
. —
М
.:
Энергоатомиздат
, 2003. 272
с
.
23. IEC 61850-9-2 Communication networks and systems
in substations. Part 9–2: Speci
fi
c Communication
Service Mapping (SCSM). Sampled values over ISO/
IEC 8802-3. Geneva, IEC, 2004. 34
с
.
24.
Цифровой
ТТ
[
Электронный
ресурс
].
Режим
до
-
ступа
: http://www.profotech.ru/products/206/.
25.
Устройство
сопряжения
с
шиной
(Merging Unit)
Reason MU320 [
Электронный
ресурс
].
Режим
до
-
ступа
: http://www.alstom.com/grid/products-and-
services/Substation-automation-system/measure-
ment-merging-gps/reason-mu320-integra ted-
analogue-and-digital-merging-unit/.
26. IEEE Std 1588–2008 Precision Time Protocol. New
York, IEEE, 2008. 269
с
.
27.
СТО
56947007-29.240.55.159-2013
Типовая
ин
-
струкция
по
организации
работ
для
определения
мест
повреждений
воздушных
линий
электропе
-
редачи
напряжением
110
кВ
и
выше
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
», 2013. 18
с
.
28.
Программный
комплекс
WinBres [
Электронный
ресурс
].
Режим
доступа
: http://www.bresler.ru/
products/software/WinBres.
29.
Комплекс
программ
для
расчетов
электрических
величин
при
повреждениях
сети
и
уставок
релей
-
ной
защиты
АРМ
СРЗА
[
Электронный
ресурс
].
Ре
-
жим
доступа
: http://www.pk-briz.ru/.
30.
Панфилов
Д
.
И
.,
Рывкин
А
.
А
.,
Шимина
А
.
О
.
Реали
-
зация
функции
измерения
показателей
качества
электрической
энергии
в
устройствах
мониторин
-
га
процессов
в
воздушных
линиях
.
Электротехни
-
ка
, 2014.
№
6.
С
. 2–7.
31.
ГОСТ
Р
51317.4.30–2008
Электрическая
энергия
.
Совместимость
технических
средств
электромаг
-
нитная
.
Методы
измерений
показателей
качества
электрической
энергии
.
М
.:
Стандартинформ
,
2009. 54
с
.
32.
Лачугин
В
.
Ф
.,
Панфилов
Д
.
И
.,
Смирнов
А
.
Н
.,
Об
-
разцов
С
.
А
.,
Рывкин
А
.
А
.,
Шимина
А
.
О
.
Много
-
функциональное
устройство
регистрации
про
-
цессов
,
контроля
качества
электроэнергии
и
определения
места
повреждения
на
линиях
электропередачи
//
Электрические
станции
, 2013.
№
8.
С
. 29–36.
33.
Калибратор
переменного
тока
Ресурс
К
2
М
[
Элек
-
тронный
ресурс
].
Режим
доступа
: www.entp.ru/
catalog/obraz/1.
Оригинал статьи: Новые технологии и оборудование (методы и устройства) для определения мест повреждения
В статье рассмотрены актуальные проблемы создания современных методов и устройств определения мест повреждения (ОМП). Авторы анализируют состояние, перспективы использования и эффективность волновых методов ОМП. Приведены результаты разработки устройств, в том числе их структура, параметры, аппаратно-программное обеспечение, данные испытаний и внедрения.
