94
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
Селективное автоматическое
повторное включение кабельно-
воздушных линий электропередачи
напряжением 110 кВ и выше
УДК
621.315
Алексеев
В
.
Г
.,
к
.
т
.
н
.,
ведущий
научный
сотрудник
АО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
»
Арутюнов
С
.
А
.,
начальник
отдела
научно
-
технических
программ
Департамента
инноваци
-
онного
развития
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
Балашов
С
.
В
.,
заместитель
генерального
директора
—
директор
по
ИТС
ОАО
«
ВНИИР
»
Ерохин
Е
.
Ю
.,
заместитель
руководителя
центра
моделирования
энергетических
систем
ОАО
«
ВНИИР
»
Ильин
М
.
Д
.,
заведующий
лабораторией
информационного
обеспече
ния
ЦПС
(
протоколов
и
моделей
)
отдела
разработки
технологии
«
Цифровая
подстанция
»
АО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
»
Митрофанов
Н
.
Н
.,
главный
специалист
АО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
»
Нудельман
Г
.
С
.,
к
.
т
.
н
.,
председатель
совета
директоров
ОАО
«
ВНИИР
»
Сдобин
А
.
В
.,
главный
специалист
по
релейной
защите
и
автоматике
ОАО
«
ВНИИР
»
Смекалов
В
.
В
.,
к
.
т
.
н
.,
начальник
Центра
управления
надежностью
и
активами
АО
«
НТЦ
ФСК
ЕЭС
»
Шапеев
А
.
А
.,
заместитель
руководителя
Департамента
РЗА
и
АСУ
ОАО
«
ВНИИР
»
Ключевые
слова
:
кабельно
-
воздушная
линия
электро
-
передачи
,
автоматическое
повторное
включение
,
селективное
автоматиче
-
ское
повторное
включение
Keywords:
overhead-cable mixed line, automatic
reclosure, selective automatic reclosure
ВВЕДЕНИЕ
Количество
кабельных
(
КЛ
)
и
кабельно
-
воздушных
линий
(
КВЛ
)
электропередачи
напряжением
110
кВ
и
выше
в
современных
электроэнергетических
системах
неуклонно
возрастает
.
Это
в
пер
-
вую
очередь
связано
с
развитием
инфраструктуры
мегаполисов
,
а
также
с
развитием
технологий
в
области
создания
КЛ
и
КВЛ
.
В
то
же
время
стоимость
сооружения
КЛ
по
сравнению
с
воздушными
линиями
(
ВЛ
)
на
единицу
длины
,
а
также
стоимость
восстановле
-
ния
КЛ
после
возникновения
повреждения
в
сравнении
с
ВЛ
суще
-
ственно
выше
[1].
Для
восстановления
электроснабжения
потребителей
при
по
-
вреждениях
на
линиях
электропередачи
широко
используется
ав
-
томатическое
повторное
включение
(
АПВ
).
АПВ
имеет
высокую
эффективность
для
ВЛ
,
а
для
КЛ
оно
неэффективно
и
по
существу
-
ющим
правилам
использование
АПВ
для
них
,
как
правило
,
не
до
-
пускается
[1, 2].
В
случае
КВЛ
имеет
место
необходимость
выпол
-
нения
АПВ
при
возникновении
повреждений
на
воздушном
участке
линии
электропередачи
и
его
блокирования
при
повреждениях
на
кабельном
участке
.
Определение
разрешения
или
блокирования
АПВ
при
повреждении
на
КВЛ
может
выполняться
системой
селек
-
тивного
автоматического
повторного
включения
(
САПВ
).
Селективное
определение
места
повреждения
на
КВЛ
может
быть
выполнено
различными
способами
,
однако
не
все
способы
В
статье
рассмотрен
новый
метод
(
имеется
патентная
заявка
)
выполнения
системы
селективного
автомати
-
ческого
повторного
включения
(
АПВ
)
для
кабельно
-
воздушных
линий
электропередачи
(
КВЛ
).
Метод
при
-
меним
для
КВЛ
различной
конфигурации
:
кабельный
участок
или
участки
могут
быть
расположены
на
раз
-
личных
расстояниях
от
подстанции
(
места
установки
защит
и
АПВ
),
кабельные
участки
могут
иметь
раз
-
личные
варианты
заземления
экранов
(
заземление
экранов
в
одной
или
нескольких
точках
,
с
транспози
-
цией
и
без
транспозиции
экранов
)
и
т
.
д
.
Предлагае
-
мая
система
селективного
АПВ
может
быть
централи
-
зованной
или
децентрализованной
в
зависимости
от
конфигурации
КВЛ
и
основана
на
прямом
и
непрямом
измерении
токов
в
экранах
и
их
сравнении
.
В
методе
используются
последние
достижения
в
области
фото
-
ники
.
Представлены
результаты
исследований
на
имитационных
моделях
предлагаемого
метода
рас
-
познавания
различных
повреждений
на
кабельном
участке
КВЛ
,
а
также
результаты
испытаний
макет
-
ных
образцов
с
использованием
комплекса
RTDS.
На
данный
момент
прототип
системы
селективного
АПВ
вводится
в
работу
на
КВЛ
с
несколькими
кабель
-
ными
участками
напряжением
500
кВ
в
московском
регионе
.
95
обеспечивают
выполнение
необходимых
требо
-
ваний
по
быстродействию
и
точности
определе
-
ния
места
повреждения
для
системы
САПВ
[2, 3].
В
зависимости
от
конфигурации
КВЛ
(
в
первую
очередь
—
от
протяженности
кабельных
участков
)
различные
методы
определения
повреждения
на
кабельном
участке
будут
иметь
различную
эффек
-
тивность
[1].
Так
,
например
,
использование
направ
-
ленных
измерительных
органов
релейной
защиты
с
относительной
селективностью
имеет
малую
эф
-
фективность
для
случаев
,
когда
кабельный
участок
имеет
малую
протяженность
,
либо
когда
кабель
-
ный
участок
расположен
между
двумя
воздушны
-
ми
участками
.
Эффективным
информационным
признаком
выявления
повреждения
на
кабельном
участке
КВЛ
является
появление
тока
в
экранах
ка
-
беля
,
соизмеримого
с
током
повреждения
[4].
Клас
-
сический
дифференциальный
принцип
требует
из
-
мерения
токов
по
сторонам
кабельного
участка
,
что
с
технической
точки
зрения
имеет
ряд
сложностей
при
реализации
и
в
конечном
итоге
приводит
к
зна
-
чительным
затратам
в
большинстве
случаев
,
когда
используются
серийно
-
выпускаемые
устройства
релейной
защиты
.
Это
,
в
первую
очередь
,
опреде
-
ляется
необходимостью
установки
трансформато
-
ров
тока
для
измерения
фазных
токов
по
сторонам
кабельного
участка
КВЛ
.
Во
-
вторых
,
если
кабель
-
ный
участок
имеет
большую
протяженность
или
расположен
между
двумя
воздушными
участками
,
возникает
вопрос
с
выбором
места
установки
диф
-
ференциальных
реле
(
устройств
защиты
).
Альтернативным
решением
может
быть
ис
-
пользование
нетрадиционных
(
оптических
)
из
-
мерительных
трансформаторов
тока
(
ОТТ
),
для
которых
возможна
установка
магнитооптического
датчика
измерения
тока
на
значительном
рассто
-
янии
от
цифрового
блока
ОТТ
.
Системы
САПВ
,
по
-
строенные
с
использованием
ОТТ
,
введены
в
рабо
-
ту
и
эксплуатируются
на
ряде
объектов
[5, 6].
В
то
же
время
следует
отметить
ряд
ограничений
для
данного
технического
решения
.
В
первую
очередь
,
это
ограничение
по
максимальной
протяженности
оптического
волокна
от
цифрового
блока
ОТТ
до
магнитооптического
датчика
измерения
тока
.
Во
-
вторых
,
из
-
за
передачи
поляризованного
света
на
большие
расстояния
по
оптическому
волокну
следует
осуществлять
специальные
технические
мероприятия
для
исключения
погрешностей
из
-
мерения
[5].
Типовое
значение
максимально
до
-
пустимой
протяженности
оптического
волокна
между
магнитооптическим
датчиком
измерения
тока
и
цифровым
блоком
для
большинства
про
-
мышленно
выпускаемых
ОТТ
составляет
не
более
одного
-
двух
километров
,
большие
расстояния
до
-
пустимы
для
ОТТ
специального
исполнения
[5, 6].
Следует
также
отметить
значительную
на
сегод
-
няшний
день
стоимость
ОТТ
.
ТРЕБОВАНИЯ
К
ВЫПОЛНЕНИЮ
САПВ
КВЛ
КВЛ
представляет
собой
линию
электропередачи
,
которая
имеет
воздушный
и
кабельный
участок
,
со
-
единение
которых
выполняется
муфтой
(
рисунок
1).
Поскольку
кабельный
участок
может
иметь
большую
длину
,
на
нем
могут
быть
расположены
соединитель
-
ные
муфты
,
обеспечивающие
соединение
кабелей
определенной
длины
.
В
соединительных
муфтах
так
-
же
может
выполняться
транспозиция
экранов
кабеля
.
На
кабельных
участках
КВЛ
применяется
стандарт
-
ный
кабель
,
который
также
используется
при
соору
-
жении
КЛ
.
Для
большинства
современных
объектов
применяется
кабель
с
изоляцией
из
сшитого
поли
-
этилена
[1].
По
конструктивному
выполнению
целесооб
разно
выделить
следующие
типы
КВЛ
:
1)
по
способу
заземления
экранов
кабельного
участка
:
–
одностороннее
заземление
экранов
кабеля
;
–
заземление
экранов
кабеля
в
двух
и
более
точках
;
Воздушная
линия 2
Экран
кабеля
Ограничители
перенапряжения
Воздушная
линия 1
Заземление
экранов кабеля
Муфта соединительная с
разделением экранов кабеля
Экран
кабеля
Кабель
Концевая
муфта
Рис
. 1.
Упрощенное
представление
КВЛ
№
3 (48) 2018
96
2)
по
расположению
кабельного
участка
:
–
кабельный
участок
расположен
на
конце
КВЛ
;
–
кабельный
участок
расположен
между
воздуш
-
ными
участками
КВЛ
;
3)
по
количеству
кабельных
участков
:
–
один
кабельный
участок
;
–
несколько
кабельных
участков
.
Одностороннее
заземление
экранов
кабеля
име
-
ет
место
для
случая
,
когда
кабельные
участки
имеют
небольшую
протяженность
(
как
правило
,
не
более
одного
километра
).
Если
длина
кабельного
участка
превышает
один
километр
,
то
заземление
экранов
выполняется
как
минимум
в
двух
точках
—
по
концам
кабельного
участка
.
В
большинстве
случаев
кабельный
участок
КВЛ
прилегает
к
шинам
подстанции
.
Это
характерно
в
первую
очередь
для
случая
подключения
ВЛ
к
ши
-
нам
распределительного
устройства
с
элегазовой
изоляцией
(
КРУЭ
),
широкое
использование
которых
имеет
место
в
последнее
время
.
Между
участками
ВЛ
кабельный
участок
располагается
при
прохожде
-
нии
каких
-
либо
препятствий
.
Например
,
при
невоз
-
можности
сооружения
ВЛ
в
городских
условиях
или
при
прохождении
линии
через
водную
преграду
(
ри
-
сунок
2).
Следует
отметить
,
что
длина
воздушных
участ
-
ков
,
между
которыми
располагается
кабельный
участок
,
может
быть
значительной
.
В
таких
слу
-
чаях
места
соединения
воздушного
и
кабельного
участка
располагаются
на
большом
расстоянии
за
пределами
подстанций
.
Соответственно
,
при
измерении
токов
по
сторонам
кабельного
участ
-
ка
должен
быть
решен
вопрос
о
передаче
инфор
-
мации
об
измеренных
токах
к
месту
установки
устройства
АПВ
линии
.
Сбор
сведений
о
количестве
КВЛ
напряжением
110
кВ
и
выше
,
эксплуатируемых
в
одной
из
крупней
-
ших
энергокомпаний
Российской
Федерации
,
пока
-
зал
,
что
большая
часть
КВЛ
имеет
один
кабельный
участок
небольшой
длины
(
подключение
воздушной
линии
к
КРУЭ
).
В
то
же
время
имеются
КВЛ
,
длина
кабельных
участков
которых
превышает
10
кило
-
метров
.
КВЛ
,
проложенные
в
городах
,
как
правило
,
имеют
несколько
кабельных
участков
.
Поскольку
определение
повреждения
на
кабель
-
ном
участке
КВЛ
и
формирование
блокирующего
сиг
-
нала
должно
выполняться
в
бестоковую
паузу
АПВ
,
то
имеются
требования
к
быстродействию
системы
.
Если
система
САПВ
использует
значения
аварийных
токов
и
напряжений
при
возникновении
поврежде
-
ния
на
линии
,
то
необходимо
учитывать
,
что
дли
-
тельность
протекания
тока
повреждения
определя
-
ется
временем
действия
быстродействующих
защит
и
временем
отключения
силового
выключателя
.
Для
современных
микропроцессорных
защит
и
быстро
-
действующих
выключателей
суммарное
время
лик
-
видации
повреждения
может
составлять
50–60
мс
при
номинальной
частоте
энергосистемы
50
Гц
.
С
учетом
указанных
особенностей
КВЛ
система
САПВ
должна
отвечать
следующим
требованиям
:
1)
формирование
блокирующего
сигнала
при
корот
-
ких
замыканиях
(
КЗ
)
на
кабельном
участке
КВЛ
должно
выполняться
,
в
том
числе
,
и
при
повреж
-
дениях
в
муфтах
;
2)
срабатывание
при
всех
видах
КЗ
на
воздушных
участках
КВЛ
не
допускается
;
3)
фиксация
поврежденного
участка
должна
выпол
-
няться
при
условии
,
что
длительность
КЗ
состав
-
ляет
не
менее
50
мс
;
4)
для
создания
системы
САПВ
изменения
в
первич
-
ное
оборудование
не
должны
вноситься
;
5)
компоненты
системы
САПВ
,
устанавливаемые
на
переходных
пунктах
,
должны
работать
без
орга
-
низации
оперативного
питания
,
а
также
должны
функционировать
в
жестких
климатических
усло
-
виях
;
6)
система
САПВ
должна
функционировать
на
КВЛ
любой
конфигурации
.
РЕЗУЛЬТАТЫ
МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРОЦЕССОВ
НА
КВЛ
При
разработке
принципа
построения
системы
САПВ
выполнено
моделирование
процессов
на
КВЛ
раз
-
личной
конфигурации
при
различных
видах
повреж
-
дения
.
В
частности
,
выполнено
моделирование
по
-
вреждений
для
КВЛ
,
имеющих
кабельные
участки
небольшой
протяженности
с
односторонним
заземле
-
нием
экранов
кабеля
,
а
также
для
КВЛ
с
кабельными
участками
,
экраны
кабелей
которых
имеют
заземле
-
ние
в
нескольких
точках
(
рисунок
3).
Стрелками
на
ри
-
сунке
показаны
положительные
направления
токов
.
Следует
отметить
,
что
при
разработке
моделей
использовались
параметры
реальных
КВЛ
напряже
-
нием
110
кВ
и
выше
,
находящихся
в
эксплуатации
.
Моделирование
процессов
выполнялось
с
использо
-
ванием
комплекса
RTDS [7].
Рис
. 2.
Варианты
расположения
кабельного
участка
на
КВЛ
:
а
)
кабельный
заход
;
б
)
два
кабельных
захода
;
в
)
ка
-
бельная
вставка
в
середине
ВЛ
;
г
)
кабельная
отпайка
от
ВЛ
;
д
)
воздушная
отпайка
от
кабельной
линии
ПС 1
ПС 2
КЛ
ВЛ
а
)
ПС 1
ПС 2
КЛ2
ВЛ
КЛ1
б
)
ПС 1
ПС 2
КЛ
ВЛ1
ВЛ2
в
)
ПС 1
ПС 2
КЛ
ВЛ
ПС 3
г
)
ВЛ
ПС 3
КЛ2
КЛ1
д
)
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
97
При
моделировании
процессов
на
КВЛ
рассма
-
тривались
следующие
режимы
:
1)
повреждения
на
кабельном
участке
КВЛ
:
–
фаза
-
экран
;
–
фаза
-
экран
-
земля
;
–
фаза
-
экран
-
фаза
-
экран
-
земля
;
2)
внешние
повреждения
по
отношению
к
кабельно
-
му
участку
КВЛ
:
–
повреждение
одной
или
двух
фаз
на
землю
—
K
(1)
, K
(1,1)
;
–
междуфазные
повреждения
— K
(2)
, K
(3)
.
В
ходе
моделирования
было
подтверждено
,
что
наиболее
эффективным
информационным
призна
-
ком
повреждения
кабельного
участка
КВЛ
является
появление
тока
в
экранах
кабеля
.
При
этом
для
боль
-
шинства
случаев
повреждения
кабельного
участка
величина
тока
,
протекающего
по
экрану
,
соизмерима
с
током
поврежденной
фазы
.
При
одностороннем
заземлении
экранов
кабель
-
ного
участка
ток
,
амплитудой
соизмеримой
с
током
фазы
,
по
экранам
протекает
только
при
повреждении
на
кабельном
участке
.
При
внешних
по
отношению
к
кабельному
участку
повреждениях
по
экранам
ка
-
беля
протекает
ток
значительно
меньшей
амплитуды
,
величина
которой
определяется
емкостью
кабельного
участка
(
рисунок
4).
ЭС2
ЭС1
кабельная часть
воздушная часть
ВЛ
К1
К2
К3
К4
К5
К6
ПС1
ПС2
IA1,IB1,IC1
Ishld
IA2,IB2,IC2
ЭС2
ЭС1
секция I
К1
К2
ПС1
ПС2
IA1,IB1,IC1
Ishld1
IA2,IB2,IC2
Ishld2
К3
К4
К5
К6
К7
К8
К9
К10
муфты
транспозиции
муфты
транспозиции
воздушная часть
кабельная часть
воздушная часть
секция II
б
)
а
)
Рис
. 3.
Расчетные
модели
для
анализа
режимов
КВЛ
:
а
)
кабельный
участок
с
односторонним
заземлением
экранов
;
б
)
кабельный
участок
с
двусторонним
заземлением
и
транспозицией
экранов
UA1
UB1
UC1
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
U/ V
-200000
-100000
0
100000
IA1
IB1
IC1
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
I/ A
-25000
0
25000
IA2
IB2
IC2
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
I/ A
-10000
0
10000
IshldA
IshldB
IshldC
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
I/ A
-75000
-50000
-25000
0
Ishld
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
-75000
-50000
-25000
0
3I0 1
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
I/ A
-50000
-25000
0
25000
3I0 2
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
I/ A
-50000
-25000
0
25000
I/ A
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
U/ V
-200000
-100000
0
100000
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
I/ A
-20000
-10000
0
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
I/ A
-10000
0
10000
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
I/ A
-500
-250
0
250
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
-500
-250
0
250
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
-10000
0
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
0,225
-10000
0
I/ A
I/ A
I/ A
UA1
UB1
UC1
IA1
IB1
IC1
IA2
IB2
IC2
IshldA
IshldB
IshldC
Ishld
3I0 1
3I0 2
Рис
. 4.
Пример
осциллограмм
режимов
повреждения
для
случая
одностороннего
заземления
экранов
:
а
)
повреждение
фаза
-
экран
на
кабельном
участке
в
точке
К
1 (
рисунок
3
а
);
б
)
повреждение
фаза
-
земля
на
воздушном
участке
в
точке
К
6 (
рисунок
3
а
)
б
)
а
)
№
3 (48) 2018
98
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
На
рисунке
4
приняты
следующие
обозначения
сигналов
:
– UA1, UB1, UC1 —
фазные
напряжения
в
начале
кабельного
участка
КВЛ
со
стороны
подстанции
1
(
ПС
1);
– IA1, IB1, IC1 —
фазные
токи
КВЛ
со
стороны
ПС
1;
– 3I0 1, 3I0 2 —
токи
нулевой
последовательности
по
сторонам
КВЛ
со
стороны
ПС
1
и
подстанции
2
(
ПС
2)
соответственно
;
– IshldA, IshldB, IshldC —
токи
,
протекающие
в
экра
-
нах
,
в
месте
заземления
пофазно
;
– Ishld —
суммарный
ток
,
стекающий
с
экранов
кабеля
.
В
случае
двустороннего
заземления
экранов
ка
-
беля
ток
по
экранам
кабеля
протекает
как
при
по
-
вреждении
на
кабельном
участке
,
так
и
при
повреж
-
дении
на
воздушных
участках
.
Особый
интерес
представляет
суммарный
ток
,
стекающий
с
экранов
кабеля
трех
фаз
.
Исследования
показали
,
что
при
повреждении
на
кабельном
участке
суммарные
UA1
UB1
UC1
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
U/ V
-400000
-200000
0
200000
IA1
IB1
IC1
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
I/ A
-10000
0
10000
IA2
IB2
IC2
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
I/ A
-2500
0
2500
IshldA1
IshldB1
IshldC1
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
I/ A
-15000
-10000
-5000
0
IshldA2
IshldB2
IshldC2
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
I/ A
-1000
0
1000
Ishld1
Ishld2
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
I/ A
-10000
0
3I0 2
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
-2500
0
2500
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
-10000
0
3I0 1
I/ A
I/ A
-2000
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
U/ V
-400000
-200000
0
200000
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
I/ A
-10000
0
10000
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
I/ A
-2500
0
2500
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
I/ A
-1000
0
1000
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
I/ A
-1000
0
1000
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
I/ A
-2500
0
2500
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
-2500
0
2500
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
t/с
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
0,175
0,200
-10000
0
I/ A
I/ A
-2000
-5000
-7500
UA1
UB1
UC1
IA1
IB1
IC1
IA2
IB2
IC2
IshldA1
IshldB1
IshldC1
IshldA2
IshldB2
IshldC2
Ishld1
Ishld2
3I0 2
3I0 1
Рис
. 5.
Пример
осциллограмм
режимов
повреждения
для
случая
двустороннего
заземления
экранов
:
а
)
повреждение
фаза
-
экран
на
кабельном
участке
в
точке
К
5 (
рисунок
3
б
);
б
)
повреждение
фаза
-
земля
на
воздушном
участке
в
точке
К
10 (
рисунок
3
б
)
б
)
а
)
токи
,
стекающие
с
экранов
,
направлены
одинако
-
во
,
а
при
повреждении
на
воздушном
участке
—
встречно
(
рисунок
5).
Указанная
закономерность
позволяет
выполнить
селективное
определение
повреждения
на
кабельном
участке
КВЛ
любой
кон
-
фигурации
.
На
рисунке
5
приняты
следующие
обо
-
значения
сигналов
:
– UA1, UB1, UC1 —
фазные
напряжения
в
начале
линии
со
стороны
,
ближайшей
к
ПС
1;
– IA1, IB1, IC1 —
фазные
токи
КВЛ
со
стороны
ПС
1;
– IA2, IB2, IC2 —
фазные
токи
КВЛ
со
стороны
ПС
2;
– 3I0 1, 3I0 2 —
токи
нулевой
последовательности
по
сторонам
КВЛ
со
стороны
ПС
1
и
ПС
2
соответ
-
ственно
;
– IshldA1, IshldB1, IshldC1, IshldA2, IshldB2,
IshldC2 —
токи
,
протекающие
в
экранах
кабеля
,
в
местах
заземления
экрана
по
сторонам
кабель
-
ного
участка
пофазно
;
– Ishld1, Ishld2 —
суммарные
токи
,
стекающие
с
экранов
кабеля
,
в
местах
заземления
экранов
.
99
СИСТЕМА
САПВ
КВЛ
И
РЕЗУЛЬТАТЫ
ИСПЫТАНИЙ
Учитывая
указанную
закономерность
протекания
токов
по
экранам
кабельного
участка
КВЛ
,
была
разработана
система
САПВ
,
основанная
на
принци
-
пе
измерения
и
сравнения
суммарных
токов
экра
-
нов
кабельного
участка
.
На
рисунке
6
представлена
функциональная
схема
системы
для
случаев
одно
-
стороннего
и
двустороннего
заземления
экранов
кабельного
участка
.
КВЛ
,
соединяющая
ПС
1
и
ПС
2,
имеет
воздушный
и
кабельный
участок
.
В
первом
случае
заземление
экранов
кабеля
выполнено
с
одной
стороны
(
ри
-
сунок
6
а
),
во
втором
—
с
двух
сторон
(
рисунок
6
б
).
Разработанная
система
САПВ
включает
следую
-
щие
элементы
:
–
центральное
устройство
(
САПВ
-
Ц
);
–
датчик
измерения
тока
в
экранах
(
САПВ
-
Д
);
–
измерительный
блок
(
САПВ
-
И
).
САПВ
-
Ц
имеет
аналоговые
каналы
(
АК
)
и
оптические
кана
-
лы
(
ОК
).
Соединение
измери
-
тельного
блока
с
центральным
блоком
осуществляется
с
по
-
мощью
оптоволокна
(
показано
пунктирной
линией
на
рисун
-
ке
6).
На
выходе
ОК
центрального
блока
формируется
непрерыв
-
ный
световой
поток
.
Измери
-
тельный
блок
выполняет
пре
-
рывание
светового
потока
при
превышении
значения
суммар
-
ного
тока
,
стекающего
с
экра
-
нов
трех
фаз
в
месте
заземле
-
ния
,
значения
уставки
.
При
одностороннем
зазем
-
лении
экранов
кабеля
ток
,
ве
-
личиной
превышающий
значе
-
ние
уставки
САПВ
-
И
,
в
экранах
появляется
только
при
повреж
-
дениях
на
кабельном
участке
(
рисунок
4).
При
повреждени
-
ях
на
воздушном
участке
зна
-
чение
суммарного
тока
экра
-
нов
значительно
меньше
и
не
превышает
значение
уставки
САПВ
-
И
.
Следовательно
,
ин
-
формационным
критерием
вы
-
ступает
появление
пауз
в
опти
-
ческом
сигнале
,
приходящем
на
вход
фотоприемника
САПВ
-
Ц
.
Принцип
в
определенной
сте
-
пени
аналогичен
используемо
-
му
принципу
в
дифференци
-
ально
-
фазной
защите
(
ДФЗ
).
На
рисунке
7
представлены
ос
-
циллограммы
работы
системы
при
внутреннем
и
внешнем
по
-
вреждении
по
отношению
к
ка
-
бельному
участку
.
ПС 1
ПС 2
КЛ
ВЛ
САПВ-Ц
АК 1
ОК 1
ОК 2
ОК 3
ОК 4
АК 2
АК 3
АК 4
САПВ-И
о.вх.
о.вых.
САПВ-Д
ПС 1
ПС 2
КЛ
ВЛ
САПВ-Ц
АК 1
ОК 1
ОК 2
ОК 3
ОК 4
АК 2
АК 3
АК 4
САПВ-И1
о.вх.
о.вых.
САПВ-Д1
САПВ-Д2
САПВ-И2
о.вх.
о.вых.
Ishld
t, с
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
I, A
-75000
-50000
-25000
0
t, с
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
прерывания
сигнала САПВ-И
сигнал приемника
САПВ-Ц
I
уст.порога
длительность
паузы
длительность
импульса
t, с
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
I, A
-500
-250
0
250
t, с
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
сигнала САПВ-И
САПВ-Ц
прерывания
сигнал приемника
I
уст.порога
Ishld
Рис
. 6.
Функциональная
схема
системы
САПВ
:
а
)
одностороннее
заземление
экранов
;
б
)
двустороннее
заземление
экранов
Рис
. 7.
Работа
системы
САПВ
при
одностороннем
заземлении
экранов
:
а
)
повреждение
на
кабельном
участке
;
б
)
повреждение
на
воздушном
участке
б
)
а
)
б
)
а
)
№
3 (48) 2018
100
и
тот
же
полупериод
.
Сигнал
на
входе
фотоприем
-
ника
САПВ
-
Ц
имеет
частоту
,
равную
частоте
сигна
-
ла
тока
повреждения
.
Для
повреждений
на
воздуш
-
ном
участке
(
внешнее
по
отношению
к
кабельному
участку
)
прерывание
оптического
сигнала
блоками
САПВ
-
И
1,
САПВ
-
И
2 (
рисунок
8
б
)
осуществляется
в
разные
полупериоды
.
Тогда
длительность
им
-
пульсов
на
входе
фотоприемника
САПВ
-
Ц
будет
иметь
меньшее
значение
,
по
сравнению
со
случаем
повреждения
на
кабеле
,
а
часто
-
та
следования
импульсов
может
иметь
удвоенное
значение
часто
-
ты
сигнала
тока
повреждения
.
На
данном
принципе
осуществляется
сравнение
направления
суммар
-
ных
токов
,
стекающих
с
экранов
кабеля
по
сторонам
участка
.
Для
исключения
влияния
на
работу
системы
апериодической
составляющей
,
которая
может
содержаться
в
токе
поврежде
-
ния
,
в
блоках
САПВ
-
И
применен
адаптивный
алгоритм
изменения
уставки
I
уст
.
порога
,
принцип
которого
отражен
на
рисунке
9.
Как
видно
из
рисун
-
ка
7,
измерительный
блок
САПВ
-
И
выполняет
пре
-
рывание
оптического
сигнала
в
канале
связи
только
при
превышении
значения
суммарного
тока
,
стекающего
с
экра
-
нов
Ishld
значение
уставки
I
уст
.
порога
.
Решение
о
фор
-
мировании
блокирующе
-
го
сигнала
блок
САПВ
-
Ц
принимает
на
основе
ана
-
лиза
длительности
пауз
и
импульсов
оптического
сигнала
на
входе
фото
-
приемника
.
При
двустороннем
за
-
землении
экранов
кабель
-
ного
участка
дополни
-
тельным
информацион
-
ным
критерием
выступает
угол
между
суммарными
токами
заземления
экра
-
нов
по
сторонам
кабельно
-
го
участка
(
рисунок
5).
Для
этого
в
данном
случае
пре
-
рывание
оптического
сиг
-
нала
выполняется
двумя
измерительными
блока
-
ми
—
САПВ
-
И
1,
САПВ
-
И
2
(
рисунок
6).
На
рисунке
8
представлены
осцилло
-
граммы
работы
системы
при
двустороннем
зазем
-
лении
экранов
кабеля
.
При
превышении
значения
уставки
I
уст
.
порога
сум
-
марными
токами
Ishld1
и
Ishld2,
стекающими
с
экранов
кабеля
по
сторонам
участка
,
измеритель
-
ные
блоки
выполняют
прерывание
оптического
сиг
-
нала
.
При
повреждении
на
кабельном
участке
суммар
-
ные
токи
,
стекающие
с
экранов
,
находятся
в
фазе
(
рисунок
8
а
),
и
прерывание
оптического
сигнала
блоками
САПВ
-
И
1,
САПВ
И
2
осуществляется
в
один
t, с
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
-10000
0
10000
t, с
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
I, A
Ishld1
I
уст.порога
прерывания сигнала
САПВ-И1
сигнал приемника
САПВ-Ц
прерывания сигнала
САПВ-И2
Ishld2
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
-10000
0
t, с
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
0,125
0,150
10000
t, с
I, A
I
уст.порога
прерывания сигнала
САПВ-И1
сигнал приемника
САПВ-Ц
прерывания сигнала
САПВ-И2
Ishld1
Ishld2
Рис
. 8.
Работа
системы
САПВ
при
двустороннем
заземлении
экранов
:
а
)
повреждение
на
кабельном
участке
;
б
)
повреждение
на
воздушном
участке
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
-1000
0
1000
t, c
∆
t
∆
t
∆
t
0,100
I, A
I
нуль.порога
I
уст. мин
I
уст.порога
Ishld
Рис
. 9.
Адаптивный
алгоритм
изменения
уставки
САПВ
-
И
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
б
)
а
)
101
ЛИТЕРАТУРА
1. Short Circuit Protection of Circuits
with Mixed Conductor Technologies in
Transmission Networks. CIGRE Wor-
king Group 5.23 report, June 2014.
2.
Шалыт
Г
.
М
.
Определение
мест
повреждения
в
электрических
сетях
.
М
.:
Энергоатомиздат
,
1982. 312
с
.
3.
Аржанников
Е
.
А
.,
Чухин
А
.
М
.
Ме
-
тоды
и
приборы
определения
места
короткого
замыкания
на
линиях
:
Учебное
пособие
/
Ива
-
новский
государственный
энер
-
гетический
университет
.
Ивано
-
во
, 1998. 199
с
.
4.
Дмитриев
М
.
Автоматическое
повторное
включение
на
воз
-
душно
-
кабельных
линиях
элек
-
тропередачи
110–500
кВ
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2015,
№
1(28).
С
. 68–73.
5. USHIO G. Fault Detection Systems
for Hybrid Line / Cable Circuits in
Japan, SIGRE, Study Committee
B5 Colloquium, 2011.
6. Francisco Javier Martin Herrera,
Red Eléctrica de España. Mixed-
Line Protection. T&D World Maga-
zine, February, 2015. URL: http://
www.tdworld.com/overhead-trans-
mission/mixed-line-protection.
7.
Нудельман
Г
.
С
.,
Онисова
О
.
А
.,
Линт
М
.
Г
.
Современные
методы
моделирования
режимов
энер
-
госистем
с
применением
про
-
граммно
-
аппаратного
комплекса
RTDS //
Энергетик
, 2010,
№
8.
С
. 23–26.
REFERENCES:
1. Short Circuit Protection of Circuits
with Mixed Conductor Technolo-
gies in Transmission Networks.
CIGRE Working Group 5.23 report,
June 2014.
2. Shalyt G.M.
Opredeleniye mest
povrezhdeniya v elektricheskikh
setyakh
[Determination of fault
locations in electrical networks].
Moscow, Energoatomizdat Publ.,
1982. 312 p.
3. Arzhannikov E.A., Chukhin A.M.
Metody i pribory opredeleniya mesta
korotkogo zamykaniya na liniyakh.
Uchebnoye posobiye
[Methods and
devices for determining the location
of short circuits on power transmis-
sion lines. Textbook]. Ivanovo, ISPU
Publ., 1998. 199 p.
4. Dmitriev M.V. Automatic reclose on
110-500 kV overhead-underground
transmission lines.
ELEKTROEN-
ERGIYa: peredacha i raspredele-
nie
[ELECTRIC POWER: Trans-
mission and Distribution], 2015, no.
1(28), pp. 68-73. (in Russian)
5. USHIO, G., Fault Detection Sys-
tems for Hybrid Line / Cable Circuits
in Japan, SIGRE, Study Committee
B5 Colloquium, 2011.
6. Francisco Javier Martin Herrera,
Red Eléctrica de España. Mixed-
Line Protection. T&D World Maga-
zine, February, 2015. URL: http://
www.tdworld.com/overhead-trans-
mission/mixed-line-protection.
7. Nudelman G.S., Onisova O.A., Lint
M.G. Modern methods for modeling
power systems modes using RTDS
software and hardware complex.
Energetik
[Power engineer], 2010,
no. 8, pp. 23-26. (in Russian)
Измеряется
длительность
t
отрицательной
полуволны
суммарного
тока
,
стекающего
с
экра
-
нов
,
с
порогом
I
нуль
.
порога
,
близким
к
нулю
(
обо
-
значен
на
рисунке
9
пунктиром
).
Если
длитель
-
ность
t
превышает
полупериод
промышленной
частоты
(
отрицательная
апериодическая
со
-
ставляющая
),
то
величина
I
уст
.
порога
в
цепи
управ
-
ления
манипулятором
снижается
до
значения
I
уст
.min
.
После
того
как
измеренное
время
t
ста
-
новится
близким
к
длительности
полупериода
промышленной
частоты
,
однополярный
порог
управляющей
цепи
манипулятора
возвращается
к
исходному
значению
.
Если
измеренное
время
t
меньше
полупериода
промышленной
частоты
(
по
-
ложительная
апериодическая
составляющая
),
то
I
уст
.
порога
остается
без
изменений
.
Поскольку
оптический
сигнал
,
формируемый
бло
-
ком
САПВ
-
Ц
,
не
требует
модуляции
,
максимальная
длина
оптического
кабеля
ограничивается
только
бюджетом
по
затуханию
оптического
приемопере
-
датчика
.
Для
разработанных
опытных
образцов
дан
-
ное
расстояние
составляет
до
60
км
.
Таким
образом
,
измерительные
блоки
САПВ
-
И
могут
устанавливать
-
ся
на
значительном
расстоянии
от
подстанций
,
что
позволяет
применять
систему
на
КВЛ
любой
конфи
-
гурации
.
В
разработанных
опытных
образцах
предусмо
-
трено
четыре
независимых
оптических
канала
—
ОК
1…
ОК
4 (
рисунок
6).
Это
делает
возможным
ис
-
пользование
одной
системы
для
КВЛ
,
имеющей
до
четырех
кабельных
участков
,
либо
на
четы
-
рех
КВЛ
с
одним
кабельным
участком
одновре
-
менно
.
Для
разработанной
системы
САПВ
проведены
испытания
на
моделях
КВЛ
различной
конфигура
-
ции
с
использованием
RTDS.
В
ходе
испытаний
под
-
твердилась
правильная
работа
системы
во
всех
рас
-
смотренных
режимах
.
На
сегодняшний
день
создан
опытный
образец
системы
,
который
устанавлива
-
ется
в
опытную
эксплуатацию
на
КВЛ
напряжением
500
кВ
,
имеющую
четыре
кабельных
участка
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленные
результаты
исследований
по
-
казывают
,
что
наиболее
информативным
призна
-
ком
возникновения
повреждения
на
кабельном
участке
КВЛ
является
появление
суммарного
тока
,
стекающего
с
экранов
.
Дополнительным
критери
-
ем
,
для
случая
двустороннего
заземления
экра
-
нов
,
является
сдвиг
фаз
между
суммарными
то
-
ками
,
стекающими
с
экранов
кабеля
по
сторонам
кабельного
участка
.
Разработана
система
САПВ
с
использованием
данных
информационных
кри
-
териев
,
которая
применима
для
КВЛ
любой
кон
-
фигурации
.
Правильность
работы
принципа
под
-
тверждена
всесторонним
испытанием
опытного
образца
с
использованием
комплекса
реального
времени
RTDS.
№
3 (48) 2018
Оригинал статьи: Селективное автоматическое повторное включение кабельно-воздушных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше
В статье рассмотрен новый метод (имеется патентная заявка) выполнения системы селективного автоматического повторного включения (АПВ) для кабельно- воздушных линий электропередачи (КВЛ). Метод применим для КВЛ различной конфигурации: кабельный участок или участки могут быть расположены на различных расстояниях от подстанции (места установки защит и АПВ), кабельные участки могут иметь различные варианты заземления экранов (заземление экранов в одной или нескольких точках, с транспозицией и без транспозиции экранов) и т.д. Предлагаемая система селективного АПВ может быть централизованной или децентрализованной в зависимости от конфигурации КВЛ и основана на прямом и непрямом измерении токов в экранах и их сравнении. В методе используются последние достижения в области фотоники. Представлены результаты исследований на имитационных моделях предлагаемого метода распознавания различных повреждений на кабельном участке КВЛ, а также результаты испытаний макетных образцов с использованием комплекса RTDS. На данный момент прототип системы селективного АПВ вводится в работу на КВЛ с несколькими кабельными участками напряжением 500 кВ в московском регионе.
