ОБЗОР МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ В СЕТЯХ РАЗЛИЧНОГО КЛАССА НАПРЯЖЕНИЯ

В настоящее время предъявляются высокие требования к надежности и бесперебойности электроснабжения промышленных предприятий. Поэтому предотвращение или быстрое обнаружение повреждения в сетях электроснабжения является важнейшей задачей для их обеспечения. Для решения этих задач в современных условиях широко применяются методы определения мест повреждения (ОМП). ОМП является повседневной оперативной задачей диспетчерских служб электрических систем и сетей. Как показывает опыт, большая часть времени восстановления поврежденного элемента сети идёт на ОМП. Поэтому для ускорения времени отыскания повреждения необходимо совершенствование методов ОМП. Это дает также значительный эко­номический эффект, обусловленный предотвращением перехода не­устойчивых повреждений в устойчивые, сокращением перерывов электроснабжения, уменьшением объема ремонтных работ, снижением транспортных расходов по объезду трасс линий. В данной статье рассмотрены методы ОМП, применяемые в сетях на различного класса напряжения.

Методы ОМП

Методы ОМП можно классифицировать на высокочастотные и низкочастотные; на дистанционные и топографические. Также ОМП можно классифицировать по области применения: сети с изолирован­ной, эффективно и глухозаземленной нейтралью.

К высокочастотным методам ОМП можно отнести метод, осно­ванный на определении места однофазного замыкания на землю (033) в сетях с изолированной нейтралью 6-35 кВ при помощи искусственных нейронных сетей. Данный метод определения места 033, описанный в статье [7], основан на использовании математического аппарата искусственных нейронных сетей (ИНС). Задачей ИНС является сопоставление измеренного образа с набором расчётных образов для различных расстояний от шин до места замыкания. Наиболее точное совпадение измеренного образа с набором расчётных - это и есть расстояние до места повреждения.

В статье [6] рассмотрено определение расстояния до места повреждения при однофазном замыкании на землю в сетях 6-35 кВ методом стоячих волн. Данный метод основан на том, что любую линию электропередач можно рассматривать как длинную линию (т.е. как линию с распределенными параметрами), если к отключенной поврежденной линии присоединить источник периодического (синусоидального) сигнала высокой частоты. Далее частота источника настраивается в резонанс с собственной частотой участка длинной линии до места повреждения. При резонансе частоты источника и собственной частоты участка длинной линии фиксируется частота, при которой напряжение (ток) в начале линии достигает максимума. А затем и находится расстояние до места повреждения. Данный метод относится к высокочастотным методам.

В сетях с изолированной нейтралью 10 кВ чаще всего применяется метод, основанный на отыскании мест повреждения с помощью специальных приборов. Данному методу посвящена работа [3]. В ней рассматриваются существующие методы отыскания мест повреждений на воздушных линиях (ВЛ). Контроль тока нулевой последовательности в линиях и контроль напряжения в сети осуществляется следующими переносными приборами: токовые приборы, направленные приборы, работающие на основной (50 Гц) частоте, работающие на высших гармонических составляющих. Для этих приборов характерны некоторые недостатки: на них влияют электромагнитные поля от токов нагрузки параллельно расположенных линий любых классов напряжений; требуется обход контрольных точек по трассе; нельзя выявить дефекты на начальной стадии их появления и упредить появление однофазных замыканий.

Для устранения данных недостатков используется метод отыскания мест повреждения регистрацией высокочастотного электромагнитного излучения, генерируемого дефектными элементами. Эта методика позволяет дистанционно контролировать дефекты ВЛ.

Из низкочастотных дистанционных методов наибольшее распространение получил метод, основанный на измерении параметров аварийного режима (ПАР). Методы ОМП по ПАР используются для ВЛ в сетях с глухозаземленной нейтралью. В свою очередь ОМП по параметрам аварийного режима можно разделить на односторонние и двусторонние в зависимости от расположения измерительных средств по сторонам (концам) ВЛ. Чаще используются двусторонние методы. При возникновении внезапного КЗ на ВЛ специальные фиксирующие приборы запоминают значения ПАР на концах поврежденной ВЛ. В статье [1] рассмотрено применение фиксирующих индикаторов тока (ФПТ) и напряжения (ФПН), измеряющих параметры аварийного режима обратной последовательности.

Использование на практике фиксирующих индикаторов ФПТ и ФПН обеспечивает ОМП при однофазных и двухфазных КЗ электромагнитно-связанных линий с допустимой точностью, а наличие ответвительных подстанций практически не сказывается на точности ОМП.

Односторонние методы ОМП по ПАР получили меньшее распространение по сравнению с двусторонними методами, несмотря на свою простоту, надежность и незначительные капитальные вложения. Односторонние методы позволяют непосредственно измерять расстояние до места КЗ. Авторы статьи [4] для более точного определения расстояния до места повреждения в сетях с эффективно-заземленной нейтралью предлагают усовершенствование односторонних методов и средств ОМП по ПАР. В основу математической модели одностороннего ОМП по ПАР положено уравнение, составленное по петле короткого замыкания.

В статье [9] проводится анализ возможных погрешностей ОМП, возникающих вследствие погрешности первичных преобразователей - измерительных трансформаторов тока (ТТ) и напряжения (ТН), к ко­торым подключаются входные цепи фиксирующих приборов.

Для того, чтобы повысить точность ОМП по причине погрешно­сти измерительных трансформаторов тока и напряжения необходимо соблюдать требования к классам точности ТТ и ТН; вводить в расчеты при ОМП измеренные непосредственно отдельные параметры ВЛ, например сопротивления заземления опор; осуществлять коррекцию формы вторичного тока ТТ при насыщении его магнитопровода по специальной программе для ЭВМ с использованием фактического спектра тока.

Для определения мест повреждения в сетях сверхвысокого напряжения (330 кВ и выше) следует учитывать некоторые конструктивные особенности линий. К этим особенностям можно отнести применение изолирующих распорок для высокочастотной связи на В Л 330 и 500 кВ. Исследованию особенностей ОМП на ВЛ с изолирующими распорками в расщепленных фазах и их влиянию на точность и достоверность результатов расчета при применении методов ОМП, основанных на одностороннем и двустороннем измерениях параметров аварийного режима ВЛ, посвящена работа М.Ш. Мисриханова, В.А. Попова, Н.Н. Якимчука, Р.В. Медова [10]. Суть предложенного ими подхода состоит в представлении ВЛ 330 кВ в виде «компактных» двухцепных линий, а ВЛ 500 кВ - трехцепных.

При КЗ одного из проводов расщепленной фазы с изолирующими распорками метод двустороннего замера в отличие от одностороннего сохраняет достаточную точность ОМП. При тех же условиях, но с разрывом поврежденного провода поиск места повреждения осуществляется в предположении трех точек КЗ на линии, что существенно проще поиска места повреждения по всей длине линии.

В статье [5] инженер А.И. Дунаев при исследовании метода ОМП, представленного в статье [10], выявил ряд недостатков данного метода: погрешность от неучета несимметрии исходной ВЛ относительно точки повреждения; необходимость поиска места повреждения в трех точках ВЛ. Для устранения этих недостатков автор предлагает исполь­зовать модель несимметричной А-проводной ВЛ и методы решения систем нелинейных уравнений.

Таким образом, при использовании метода ОМП на В Л с изолирующими распорками в расщепленных фазах с учетом всех указанных выше недостатков можно сделать вывод, что погрешности описанных методов ОМП определяются только инструментальными погрешностями исходных данных (параметры модели и параметры режима ВЛ). Рассмотренные методы абсолютно легко реализуемы на практике.

Ещё одним методом для определения мест повреждения на ВЛ 330-750 кВ является метод, основанный на измерении параметров аварийного режима в начальный момент времени. В статье [11] речь идет о применении метода фазных координат. Для этого каждый элемент электрической системы представляется трехфазной схемой замещения. В результате её расчета в установившемся и переходном режимах находятся фазные напряжения и токи в элементах энергосистемы, которые далее могут быть пересчитаны в симметричные составляющие.

Также методы ОМП помимо своей основной функции могут широко применяться и в релейной защите. Так в статье [8] уделено внимание совершенствованию дистанционной защиты (ДЗ) с учетом особенностей и преимуществ ОМП. Метод определения расстояния до точки повреждения линий электропередач основан на принципе компенсации влияния переходного сопротивления. Применение данного принципа позволяет существенно повысить чувствительность ДЗ.

В настоящее время в РЗ широко используется имитационная и алгоритмическая модель (АМО). Авторами статьи [2] разработана защита дальнего резервирования Бреслер, обладающая всей возможной информацией при наблюдении за ЛЭП с одного конца. В её основу положен адаптивный дистанционный принцип, оперирующий АМО.

Использование АМО в схеме защиты дальнего резервирования позволяет существенно повысить точность расчетов и увеличить чувствительность защит.

Вывод

Обзор работ, посвященных разработке и применению методов ОМП показал, что все они ориентированы либо на сети с изолированной нейтралью, либо на сети высокого и сверхвысокого напряжения энергосистем. При этом не достаточно внимания уделено ОМП в сетях напряжением 110 кВ систем промышленного электроснабжения, характеризующихся, в отличие от сетей энергосистем, преобладанием коротких линий. Для таких сетей существующие методы ОМП дают значительную погрешность (до половины линии). В связи с этим актуальной является задача разработки усовершенствованного метода ОМП, применимого для промышленных электрических сетей.

Наиболее удобным и просто реализуемым является метод ОМП, основанный на определении ПАР, который и будет положен в основу разрабатываемого авторами данной статьи метода ОМП.

Список литературы:

1. Айзенфельд А.И. О целесообразности применения фиксирующих индикаторов тока и напряжения для определения мест поврежде­ний воздушных линий // Электрические станции. № 2. С.54 - 58.
2. Бычков Ю.В., Васильев Д.С., Павлов А.О. Алгоритмические модели на примере защиты дальнего резервирования и определения
3. Гарипов И.Х., Гарипов И.Х., Рыбаков Л.М. Определение мест повреждений на воздушных линиях 10 кВ //Электрика. 2010. № 5. С.30 -34.
4. Гриб О.Г., Сендерович Г.А., Калюжный Д.Н. Одностороннее определение места повреждения воздушных линий по параметрам аварийного режима в сетях с эффективно-заземленной нейтралью // Электрические станции. 2006. № 2. С.42 - 45.
5. Дунаев А.И. Об уточнении места повреждения на В Л с изолирующими распорками в расщепленных фазах [Текст]/ Электрические станции. 2001. № 11. С.44 - 47.
6. Дистанционное определение места повреждения в распределительных сетях методом стоячих волн / В.А. Бурчевский, Л.В. Владимиров, В.Н. Горюнов, В.А. Ощепков // Омский научный вестник. 2009. №3.0.168-171.
7. Квривишвили Л.В. Определение места однофазного замыкания на землю 6-35 кВ при помощи искусственных нейронных сетей // Электрические станции. 2013. № 6. С.48 - 52.
8. Куликов А.Л., Колобанов П.А., Обалин М.Д.Применение методов определения места повреждения в цифровой дистанционной защите линии электропередач // Известия ВУЗов. Электромеханика. 2014. № 1. С.83- 87.
9. О точности определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи / В.С. Молодцов, М.М. Середин, А.И. Щербинин, В.Н. Александров // Электрические станции. 1997. №1. С.47 - 50.
10. Особенности определения места повреждения на ВЛ с изолирующими распорками в расщепленных фазах / М.Ш. Мисриханов, В.А. Попов, Н.Н. Якимчук, Р.В Медов // Электрические станции. 2001. № 1. С.28 - 32.
11. Уточнение определения мест повреждений на В Л при использовании фазных составляющих / М.Ш. Мисриханов, В.А. Попов, Н.Н. Якимчук, Р.В. Медов // Электрические станции. 2001. № 3. С.36 -40.