Способ топографического поиска места замыкания на землю в воздушных сетях 10 кВ с изолированной нейтралью
METHOD OF TOPOGRAPHIC SEARCHING OF GROUND FAULT LOCATION IN 10 kV AIR NETWORKS WITH INSULATED NEUTRAL

Изобретение относится к области электроэнергетике и предназначено для использования снятия ограничений на область применения токовых топографических переносных указателей типа «Поиск», «Волна», «Квант» при поиске места замыкания на землю (ЗНЗ) в высоковольтной линии (ВЛ) в рабочем режиме сети, в том числе с малым емкостным током ЗНЗ.
Для обеспечения работы сети железных дорог характерно наличие только одной или двух отходящих ВЛ-10 кВ длиной до 60 км от каждой секции трансформаторной подстанции (ТП) распределительного пункта (РП). Указанные особенности имеют и сети с ВЛ-10 кВ, снабжающие электроэнергией трубопроводы. В таких сетях успешно используется технология поиска ЗНЗ фирм "ОРГРЭС" и "Радиус" на основе упомянутых выше переносных указателей «Поиск», «Волна», «Квант» [Арцишевский Я.Л., Чекарьков Д.М. Средства и методы определения места повреждения в распределительных сетях. Сб. науч. трудов №104, М., МЭИ, 1986, с. 15-17].
Недостатком такого решения является недостаточная чувствительность и неудовлетворительная селективность вплоть до возникновения эффекта «мертвой зоны» топографического поиска при ЗНЗ в середине одиночной ВЛ-10 кВ и ближе к шинам ТП (РП) при наличии двух отходящих ВЛ-10 кВ, так как при подобной конфигурации сети не возникает заметного скачка показаний токовых топографических переносных указателей при движении персонала по трассе линий в условиях нестабильности факторов, влияющих на эти показания.
Наиболее близким к предложенному изобретению является способ топографического поиска места ЗНЗ в воздушных сетях 10 кВ с изолированной нейтралью, описанный в патенте CN 205608133 U, МПК G01R 31/08, опубл. 08.09.2016, предусматривающий периодический перевод ВЛ из режима однофазного ЗНЗ в режим двойного двухместного ЗНЗ и обратно путем соединения и рассоединенния соседней исправной фазы ВЛ с землей через токоограничивающий резистор и пропускания через полученный замкнутый контур импульсного тока с последующим контролем его максимального значения.
Недостаток известного способа заключается в невысокой достоверности получаемых результатов поиска, обусловленной использованием при формировании импульсного тока случайных моментов коммутации исправной фазы ВЛ и выбором трудно идентифицируемого параметра контроля.
Техническая задача изобретения заключается в повышении точности определения места ЗНЗ при применении широко распространенных токовых топографических переносных указателей, а также в исключении «мертвых зон», и модернизации электросетевого комплекса на принципиально ином технологическом уровне в тесном взаимодействии с IT-сектором.
Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой чувствительности и селективности, что повышает быстродействие поиска места замыкания на землю.
Это достигается тем, что в способе топографического поиска места ЗНЗ в воздушных сетях 10 кВ с изолированной нейтралью выявляют замкнутую на землю фазу ВЛ, периодически переводят ВЛ из режима однофазного ЗНЗ в режим двойного двухместного ЗНЗ и обратно путем соединения и рассоединения соседней исправной фазы ВЛ с землей через токоограничивающий резистор и контролируют образованный импульсный ток, - при возникновении на ВЛ однофазного ЗНЗ измеряют в ней ток и напряжение нулевой последовательности, перевод ВЛ из режима однофазного ЗНЗ в режим двойного двухместного ЗНЗ и обратно осуществляют по командам оперативно-выездной бригадой (ОВБ) дистанционно в процессе кратких остановок на трассе ВЛ в моменты перехода через нуль соответственно напряжения и тока нулевой последовательности с опережением на время произведения данных операций, контролю подвергают импульсный ток нулевой последовательности, наложенный на емкостной ток ВЛ, при этом искомое место ЗНЗ на ВЛ фиксируют на границе между зоной наличия скачков импульсного наложенного тока и зоной их отсутствия.
Дополнительно при переводе ВЛ в режим двойного двухместного ЗНЗ и обратно коммутируют опережающую фазу ВЛ.
Кроме того, при переводе ВЛ в режим двойного двухместного ЗНЗ и обратно коммутируют отстающую фазу ВЛ.
Дополнительно, ВЛ переводят в режим двойного двухместного ЗНЗ и обратно на питающей подстанции по командам технологии дистанционного управления от ОВБ, при этом для передачи команд дистанционного управления используют сотовую сеть GSM.
Кроме того, ВЛ переводят в режим двойного двухместного ЗНЗ и обратно на приемной подстанции по командам технологии дистанционного управления от ОВБ, при этом для передачи команд дистанционного управления используют сотовую сеть GSM.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема физической модели сети с ВЛ-10 кВ при импульсном переводе ее в режим и формировании зоны с наложением импульсного тока на емкостной ток ВЛ, на фиг. 2, а и фиг. 2, б приведены временные диаграммы показаний токовых указателей в режиме импульсного перевода ВЛ в двойное двухместное ЗНЗ соответственно на питающей подстанции (фиг. 2, а) и приемной подстанции (фиг.2, б), на фиг. 3 показаны временные диаграммы показаний токовых указателей при расположении ОВБ на трассе ВЛ-10 кВ в точках T1, Т2 и Т3, на фиг. 4 проиллюстрирована схема дистанционного управления ОВБ оборудованием для реализации предложенного способа в сети с ВЛ-10 кВ по технологии «Energy Net».
А
B
C
L
L
L
пер
Сущность способа топографического поиска места замыкания на землю в воздушных сетях 10 кВ с изолированной нейтралью поясняется принципиальной электрической схемой физической модели сети с ВЛ-10 кВ, которая содержит шины питающей подстанции 1, ВЛ 2, заземляющий контур 3 на питающей подстанции, токоограничивающий резистор 4, трансформатор 5 тока нулевой последовательности (магнитный), трансформатор 6 напряжения нулевой последовательности (с радиоканалом), импульсный коммутатор 7, узел 8 управления и защиты, разъединитель 9 с пофазным ручным управлением. На схеме показаны также ЭДС моделируемой питающей подстанции Е, E, E, распределенные индуктивные X и активные R сопротивления, а также емкости C/2 моделируемой ВЛ, переходное сопротивление R в точке ЗНЗ.
На схеме дистанционного управления ОВБ оборудованием (фиг. 3) дополнительно обозначены: вышка GSM 10, сотрудник ОВБ 11 и топографический токовый указатель 12.
А
пер
А-C
(1)
(1-1)
При опробовании предложенного способа топографического поиска места ЗНЗ на физической модели сети с ВЛ 2 ЗНЗ К фазы А через резистор R осуществляется в некоторой «неизвестной» точке. Распределение емкостных токов при этом ЗНЗ в элементах модели измеряется и фиксируется в протоколе. В процессе поиска осуществляется импульсный периодический перевод в двойное замыкание ЗНЗ К. При этом импульсный наложенный ток протекает по контуру, представленному штрихпунктирной линией, под действием напряжения через шину с вывода фазы А силового трансформатора до точки повреждения. Далее он распределяется в земле под ВЛ 2 до заземляющего контура 3 питающей подстанции и концентрируется через заземляющий контур 3, коммутатор 7 и токоограничивающий резистор 4 на шину и вывод фазы С силового трансформатора. При этом между точками заземления и по трассе ВЛ 10 кВ возникает зона протекания импульсного наложенного тока. Соединение и рассоединение исправной фазы С с землей производится коммутатором 7 с опережением на время произведения данных операций.
nep
В лабораторных исследованиях с помощью физической модели сети проведены более чем 200 вариантов испытаний с различными длинами и числом ВЛ-10 кВ, точками ЗНЗ и значениями R.
Из полученных на физической модели временных диаграмм показаний токовых указателей в режиме импульсного перевода ВЛ в двойное двухместное ЗНЗ на питающей подстанции (фиг. 2, а) и приемной подстанции (фиг. 2, б) можно провести сопоставление зон протекания импульсного наложенного тока. Место ЗНЗ четко выявляется в виде границы зоны наличия импульсного наложенного тока между точкой возникшего ЗНЗ на трассе ВЛ 2 и точкой, где включен комплект высоковольтного оборудования. Использование импульсного наложенного тока обеспечивает высокую селективность данного способа определения места повреждения.
Возможны два способа включения одной из неповрежденных фаз (В или С) в сети с ВЛ 2 в случае импульсного периодического перевода в двойное замыкание на землю при исходном ЗНЗ в «неизвестной» точке: «с опережающей фазой» и «с отстающей фазой». При выборе предпочтительного способа целесообразно ориентироваться на получение большей чувствительности.
пер
В процессе проведения экспериментов получены обобщенные данные физической модели, которые устойчиво подтверждают большую чувствительность варианта «с опережающей фазой». При R≤5 кОм коэффициент чувствительности не снижается менее 3.
Временные диаграммы показаний токовых топографических указателей в точках T1, Т2 и Т3, выбраны для подтверждения реальных диаграмм, получаемых с помощью мобильного токового указателя членами ОВБ 11 в процессе движения по трассе ВЛ 2.
Технология Energy.Net обеспечивает создание надежных и гибких распределительных сетей, интеллектуальной распределенной энергетики, персональной энергетики и потребительских сервисов, решений для распределительной сети, а также инструментов, с помощью которых генераторы, потребители и компании, предоставляющие им сервисы, смогут интегрироваться в энергосистему.
Дистанционное управление ОВБ оборудованием для реализации предложенного способа в сети с ВЛ-10 кВ по технологии «Energy Net» (фиг. 4) предусматривает следующую последовательность событий и действий:
• Возникновение ЗНЗ в первой неизвестной точке ВЛ 2.
• Возникновение напряжения нулевой последовательности и срабатывание устройства сигнализации ЗНЗ на подстанции 1.
• Прибытие ОВБ 11 на трассу ВЛ 2.
• Определение поврежденной фазы (например, фазы А) по показаниям фазных вольтметров.
• Включение разъединителя 9 одной из неповрежденных фаз (например, фазы С).
• Подключение высоковольтного оборудования для определения места ЗНЗ, состоящего из последовательно включенных токоограничивающего резистора 4 и коммутатора 7, в цепь между общей точкой разъединителя 9 и заземляющим контуром 3.
• Движение ОВБ 11 по трассе ВЛ 2.
• Дистанционное включение-отключение высоковольтного оборудования в процессе кратких остановок ОВБ 11 в режим формирования импульсов наложенного тока при переводе в двойное замыкание на землю и обратно по командам от ОВБ 11 с использованием технологии «Energy Net» сотовой сети GSM. Возможно применение для передачи команд и других радиосетей.
• Контроль членами ОВБ 11 наличия импульсного наложенного тока по технологии «Energy Net».
• Реализация определения места ЗНЗ вдоль трассы ВЛ 2 на границе между двумя зонами:
- зоной наличия скачков импульсного наложенного тока и зоной их отсутствия.
Использование изобретения обеспечивает повышенную точность определения места ЗНЗ. При этом снимаются какие-либо ограничения на применение для данного поиска широко распространенных токовых топографических переносных указателей с обеспечением их высокой чувствительности и требуемой селективности, а также исключением «мертвых зон». Высокая чувствительность и селективность повышают быстроту поиска места ЗНЗ.