94
Технические решения для
определения мест повреждения
в распределительных сетях 6–35 кВ
Воздушные
линии
электропередачи
(
ЛЭП
)
являются
наименее
надежными
элементами
энергосистемы
,
повреждение
которых
наносит
значительный
ущерб
и
представляет
большую
опасность
для
жизни
и
здоровья
людей
.
В
отличие
от
сетей
с
глухозаземленой
нейтралью
,
сети
напряжением
6–35
кВ
с
изолированной
и
компенсированной
нейтралью
имеют
сильно
разветвленную
древовидную
топологию
.
Однофазное
замыкание
на
землю
(
ОЗЗ
)
является
наиболее
частым
видом
повреждения
,
характеризуется
малыми
токами
в
пределах
20–30
А
и
не
отражается
на
питании
потребителей
.
Между
тем
длительное
существование
ОЗЗ
в
сети
нередко
становится
причиной
повреждений
ЛЭП
с
переходом
в
аварийное
состояние
и
отключением
электроснабжения
.
Феоктистов
А
.
В
.,
руководитель отдела разработки радиоэлектронной аппаратуры МНПП «АНТРАКС»
Н
а текущий момент суще-
ствует несколько проб –
лем определения и по-
иска повреждений в ка-
бельно-воздушных сетях среднего
класса напряжения. Первая кро-
ется в определении однофазных
замыканий в линиях с изолиро-
ванной нейтралью. Вторая проб-
лема в том, что распределитель-
ные сети довольно разветвленные
и неоднородные. Это усложняет
или делает невозможным исполь-
зование приборов для определе-
ния места повреждения.
Рассмотрим основные спосо-
бы определения мест повреж-
дения, их достоинства и недо-
статки.
Импедансный
метод
.
Рабо-
та устройств ОМП импедансного
типа основывается на принципе
измерения тока и напряжения во
время повреждения. За счет ис-
пользования этих двух электри-
ческих величин при определении
места повреждения выполняется
расчет, который характеризуется
ошибками, возникающими из-за
нескольких факторов:
– переходные составляющие
тока;
– искажение тока, вызванное на-
сыщением сердечника в транс-
форматорах тока;
– ток предварительного заряда
в линии, возникающий непо-
средственно перед возникно-
вением короткого замыкания;
– переходное сопротивление
в месте короткого замыкания;
– емкость линии относительно
земли;
– взаимная индукция кабелей;
– неточность данных, касаю-
щихся полного сопротивления
линии, в частности, неточное
определение нулевого полного
сопротивления линии из-за
изменения сопротивления зем-
ли вдоль линии;
– явление прохождения тока
в точке соединения линии с от-
ветвлениями в разветвленных
системах.
Волновой
метод
.
Устройства
ОМП волнового типа измеряют
время, а не ток и напряжение. Та-
ким образом, устраняется влияние
на погрешность измерения многих
вышеупомянутых факторов.
Однако такие устройства так-
же имеют свои недостатки. Среди
основных факторов, влияющих на
погрешность ОМП в таких устрой-
ствах, отметим:
– малые углы повреждений;
– повреждения вблизи места
установки устройств обнару-
жения;
– к а ч е с т в о с и н х р о н и з а ц и и
устройств;
– неверно определенная ско-
рость распространения волны
в линии;
– погрешность
определения
бегущей волны.
Для использования импеданс-
ного метода желательно иметь
полную модель линии, но из-за
того, что конфигурация линии мо-
жет меняться в процессе работы,
возникают большие трудности
в построении модели. Кроме того,
если линия имеет большое коли-
чество переходов кабель-воздух,
сложно просчитать сопротивление
линии. Поэтому добиться высокой
точности измерения расстояния до
места повреждения не получится,
хотя и требования к самим устрой-
ствам ОМП минимальны.
Для получения наибольшей
точности измерений и миними-
зации необходимых данных на
входе оптимальнее всего исполь-
зовать вариацию двухстороннего
волнового метода.
На сегодняшний день в распре-
делительных сетях нет широкого
распространения
аналогичного
решения по многим причинам.
В отличие от сетей высокого на-
пряжения, для которых достаточ-
но использования двух приборов
по концам линии, в распредели-
тельных сетях при применении
данного метода необходима уста-
новка приборов на концах всех от-
паек контролируемой сети. А это
существенно усложняет использо-
вание подобных решений.
Для локализации места по-
вреждения при такой структуре
необходимо решать задачу ОМП
для каждой пары приборов и за-
тем минимизировать отклонения
полученных результатов. Схема
линии может быть непостоянной
и варьироваться в зависимости от
текущих требований потребите-
лей, отключенных резервных или
поврежденных участков.
ВОЗДУШНЫЕ
ЛИНИИ
95
99% ЛЭП распределительных
сетей существенно неоднородны
и включают в себя участки с раз-
ными типами опор, систем под-
веса и проводов, зачастую имеют
кабельные вставки. На распро-
странение
электромагнитной
волны, порожденной аварийным
процессом, большое влияние ока-
зывает наличие отпаек, которые
дают ослабление, а также создают
множественные переотражения.
В результате, используя класси-
ческий волновой синхронный ме-
тод определения расстояния до
аварии с применением большого
количества устройств, установ-
ленных на всех концах ЛЭП, мы
получим размытые и искаженные
приходящие фронты электромаг-
нитных волн, претерпевшие мно-
жественные искажения.
У компании АНТРАКС накоп-
лен большой опыт разработки
приборов для определения ава-
рий в распределительных сетях
среднего класса напряжения на
кабельных и воздушных линиях
с любым типом заземления ней-
трали. Оборудование линейки
А-Сигнал успешно прошло испы-
тания и эксплуатируется в круп-
нейших российских компаниях
энергетической отрасли. Разра-
ботанные нами алгоритмы позво-
ляют фиксировать однофазные
замыкания с направлением на ли-
ниях с токами до 0,1 А, а возмож-
ность сохранения осциллограмм
аварийных процессов — непре-
рывно совершенствовать алго-
ритмы и увеличивать количество
распознаваемых событий.
Используя имеющиеся нара-
ботки, специалисты компании
АНТРАКС разработали решение
для определения места повреж-
дения в разветвленных неодно-
родных линиях. Для фиксации
аварий создан прибор А-Сигнал
ОМП, который, помимо стандарт-
ного функционала фиксации меж-
фазных, однофазных замыканий
и направления на них, сохраняет
осциллограммы аварийного про-
цесса с высокой частотой дис-
кретизации (1 МГц) и временной
меткой момента аварии с точно-
стью ±100 нс. Для синхронизации
приборов используются внешние
GPS-приемники точного времени.
Так как используется волновой
метод, то для расчета места ава-
рии необходимо устанавливать
минимум два прибора, а в случае
разветвленной сети — дополни-
тельные приборы по концам отпа-
ек. Для корректной работы систе-
мы необходимы данные о длине
линии, наличии отпаек, а также
проведение предварительной ка-
либровки системы для учета не-
однородностей линии, таких как
кабельные муфты, переходы ка-
бель-воздух и т.д. При возникнове-
нии аварии на линии информация
об аварийном процессе со всех
приборов на линии передается
в виде осциллограмм на верхний
уровень в систему мониторинга
и управления КОМОРСАН. Далее
происходит обработка данных
с каждого прибора и по имеющей-
ся схеме линий расчет до места
повреждения. Данные выводят-
ся как в КОМОРСАН, так и в лю-
бую другую SCADA-систему. В то
же время при любом изменении
конфигурации линии достаточно
знать, какие участки линии выве-
дены из работы, а какие нет.
Полностью готовая система
А-Сигнал ОМП была установле-
на для испытаний и опытной экс-
плуатации на участке линии СЦБ
напряжением 10 кВ и протяжен-
ностью 16 км ОАО «РЖД». Кроме
приборов А-Сигнал ОМП, GPS-
приемников и системы мониторин-
га КОМОРСАН, были установле-
ны устройства передачи данных
БСПИ-КЛ. Линия неоднородная,
с кабельными вставками и не-
сколькими отпайками, но аварий-
ные события создавались только
на стволе линии.
Приборы были установлены по
концам линии. Предварительно
была проведена калибровка сис-
темы. Создавался «эталонный
волновой портрет». Во время про-
ведения калибровки отмечено,
что затухание сигнала на высоких
частотах тем больше, чем боль-
шее расстояние ему требуется
пройти от места аварии до при-
емника. Этот фактор существенно
влияет на точность. Также наблю-
дается зависимость величины им-
пульса от фазы напряжения в мо-
мент аварии.
На линии был проведен ряд
экспериментов с однофазным за-
мыканием на землю в разных точ-
ках. Результаты испытаний показа-
ли возможность работы системы
на неоднородных разветвленных
линиях электропередачи с точно-
стью определения места аварии
±200 м.
Таким образом, мы получили
систему, способную определить
место повреждения в распреде-
лительных
кабельно-воздушных
сетях. А это, в свою очередь, дает
возможность сократить время на
поиск и устранение аварии.
Перспективы развития системы
А-Сигнал ОМП в будущем — это
определение места возникновения
пробоев или перемежающихся ду-
говых замыканий, что позволит, не
дожидаясь аварийного события,
выполнить ремонт линии.
Р
ООО МНПП «АНТРАКС»
+7 (495) 991-12-30
www.antraks.ru
№
6 (69) 2021
Оригинал статьи: Технические решения для определения мест повреждения в распределительных сетях 6–35 кВ
Воздушные линии электропередачи (ЛЭП) являются наименее надежными элементами энергосистемы, повреждение которых наносит значительный ущерб и представляет большую опасность для жизни и здоровья людей. В отличие от сетей с глухозаземленой нейтралью, сети напряжением 6–35 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью имеют сильно разветвленную древовидную топологию. Однофазное замыкание на землю (ОЗЗ) является наиболее частым видом повреждения, характеризуется малыми токами в пределах 20–30 А и не отражается на питании потребителей. Между тем длительное существование ОЗЗ в сети нередко становится причиной повреждений ЛЭП с переходом в аварийное состояние и отключением электроснабжения.
