Новые технологии и оборудование (методы и устройства) для определения мест повреждения

Page 1
background image

Page 2
background image

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


Page 3
background image

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


Page 4
background image

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

+ Z

· 

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

 


Page 5
background image

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

:

 

 

 

K

e

 = 

 – 3, 

(5)

 

 

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


Page 6
background image

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

 


Page 7
background image

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