УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННЫМ РЕЖИМОМ РАБОТЫ НЕЙТРАЛИ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-10-35 кВ

Полезная модель относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использована для диагностирования однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) на воздушных линиях в распределительных электрических сетях напряжением 6-10-35 кВ с изолированным режимом работы нейтрали.
Аналогом является устройство для определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10-35 кВ электрических систем с изолированной или компенсированной нейтралью, состоящее из фильтра напряжения нулевой последовательности, выход которого соединен со входом фильтра напряжения, первый выход которого соединен со входом первого компаратора, а второй выход - с первым входом фазочувствительного выпрямителя, фильтра тока нулевой последовательности, выход которого соединен со входом фазочувствительного выпрямителя, первый выход которого соединен со входом второго компаратора, а второй выход соединен со вторым входом фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен, со входом одновибратора, выход которого соединен с первым входом средства анализа и отображения информации, в качестве которого использована ЭВМ, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и второго компараторов (патент РФ №57018 U1, МПК G01R 31/08, 27.09.2006).
Прототипом является устройство для определения места повреждения на линии электропередач, которое состоит из средства для снятия первичной информации о фазном напряжении на линии электропередач на основе емкостного трансформатора напряжения, где высоковольтным плечом является тарельчатый изолятор, один из выводов высоковольтного тарельчатого изолятора соединен с заземленной арматурой высоковольтной опоры линии электропередач, другой вывод изолятора соединен с одной из обкладок емкости низковольтного плеча трансформатора, другая обкладка емкости соединена с фазным проводом, а напряжение с обкладок с низковольтного плеча трансформатора подается одновременно на ряд фильтров, отличающихся частотными характеристиками, выход каждого фильтра подается на первый вход соответствующего одного компаратора из ряда однотипных компараторов, на вторые входа всех компараторов подается управляемое пороговое значение, а выходы всех компараторов подаются на логическую схему «ИЛИ», выход которой подается на средство обработки информации, средство обработки информации соединено с выходом приемника спутниковых сигналов глобального позиционирования и входом средства передачи информации(патент РФ №134666 U1, МПК G01R 31/08, 20.11.2013).
Недостатком аналога и прототипа является необходимость непосредственного физического подключения к измерительным устройствам тока и напряжения на воздушной линии электропередачи, что обуславливает большую погрешность определения места повреждения, поскольку измерительные устройства тока и напряжения имеют существенные погрешности, зависящие от их загрузки. Другим недостатком известного устройства является необходимость измерения токов, что накладывает определенные ограничения на эффективность функционирования при малых значениях рабочих токов в линии электропередачи.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение указанных недостатков аналога и прототипа.
Техническим результатом является обеспечение бесконтактного способа измерения, позволяющего находясь на потребительской подстанции осуществлять выявление однофазных замыканий на землю без физического присоединения к воздушной линии электропередачи.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для диагностики однофазных замыканий на землю на воздушных линиях в распределительных электрических сетях с изолированным режимом работы нейтрали напряжением 6-10-35 кВ, имеющих узловую подстанцию и потребительскую подстанцию, состоящее из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации о фазном напряжении на воздушной линии электропередачи, средства обработки сигналов, средства обработки информации и средства передачи информации, согласно настоящей полезной модели, средство для снятия первичной информации о фазном напряжении выполнено в виде приемной антенны, средство обработки сигналов содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, преобразователь быстрого преобразования Фурье и идентификатор высших гармонических составляющих, средство обработки информации выполнено с возможностью осциллографирования процесса однофазного замыкания на землю, а средство передачи информации содержит интерфейс, соединенный с модемом для передачи данных, причем приемная антенна соединена с аналого-цифровым преобразователем, а идентификатор высших гармонических составляющих соединен со средством обработки информации, которое соединено с дополнительно введенным блоком питания, соединенным в свою очередь с потребительской подстанцией.
Сущность полезной модели поясняется рисунками, где на фиг. 1 и на фиг. 2 представлены, соответственно, принципиальная блок-схема и фотография предлагаемого устройства.
На фиг. 1 цифрами обозначены:
1 - Узловая подстанция 110/10 кВ;
2 - Воздушная линия электропередачи 10 кВ;
3 - Потребительская подстанция 10/0,4 кВ;
4 - Средство для снятия первичной информации (приемная антенна);
5 - Средство обработки сигналов;
6 - Средство обработки информации (основной контроллер);
7 - Средство передачи информации;
8 - Блок питания;
9 - Аналого-цифровой преобразователь;
10 - Преобразователь быстрого преобразования Фурье;
11 - Идентификатор высших гармонических составляющих;
12 - Интерфейс;
13 - Модем для передачи данных.
Устройство для диагностики однофазных замыканий на землю на воздушных линиях 2 в распределительных электрических сетях с изолированным режимом работы нейтрали напряжением 6-10-35 кВ имеющих узловую подстанцию 1 и потребительскую подстанцию 3, состоит из последовательно соединенных средства 4 для снятия первичной информации о фазном напряжении на воздушной линии 2 электропередачи, средства 5 обработки сигналов, средства 6 обработки информации (основного контроллера) и средства 7 передачи информации.
Предлагаемое устройство отличается тем, что средство 4 для снятия первичной информации о фазном напряжении выполнено в виде приемной антенны, средство 5 обработки сигналов содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 9, преобразователь 10 быстрого преобразования Фурье и идентификатор 11 высших гармонических составляющих, средство 6 обработки информации (основной контроллер) выполнено с возможностью осциллографирования процесса ОЗЗ. а средство 7 передачи информации содержит интерфейс 12, соединенный с модемом 13 для передачи данных, причем средство 4 (приемная антенна) соединено с аналого-цифровым преобразователем 9, а идентификатор 11 высших гармонических составляющих соединен со средством 6 обработки информации (основным контроллером), которое соединено с дополнительно введенным блоком 8 питания, соединенным в свою очередь с потребительской подстанцией 3.
Пример конкретного выполнения.
Приемная антенна 4 принимает весь спектр электромагнитного излучения от фазного проводника воздушной линии 2 электропередачи на потребительской подстанции 3напряжением 10/0,4 кВ и выполнена из стеклотекстолита, облицованного с одной стороны гальваностойкой фольгой типа СФ-1-35Г. Приемная антенна 4 соединена коаксиальным кабелем Belden H1000 со средством обработки сигналов 5, состоящим из аналого-цифрового преобразователя типа микросхемы AD6645, преобразователя 10 быстрого преобразования Фурье и идентификатора 11 высших гармонических составляющих, реализованных с помощью цифрового сигнального процессора TMS320LF240xA. Средство 6 обработки информации (основной контроллер) выполнено на основе материнской платы DSP Minimalsystem с возможностью осциллографирования процесса ОЗЗ. Средство 7 передачи информации состоит из интерфейса 12RS-485 типа МАХ3471 и модема 13 для передачи данных PLC типа MAX2990. Для питания заявляемого устройства служит блок 8 питания типа MWP-608.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При исправном состоянии воздушной линии 2 электропередачи уровень высших гармонических составляющих напряжения находится на минимальном уровне. При появлении однофазного замыкания на землю источником информации о наличии однофазного замыкания служит появление высших гармонических составляющих в спектре напряжений, на чем строится индикация повреждения.
Весь спектр напряжения в воздушной линии 2 поступает на приемную антенну 4. Далее с приемной антенны 4 информация в виде электрического сигнала в аналоговом виде подается на аналого-цифровой преобразователь 9, который осуществляет ее перевод в цифровой вид. В преобразователе 10 быстрого преобразования Фурье происходит выделение высших гармонических составляющих напряжения из всего спектра напряжения электрического сигнала.
Далее информация о высших гармониках поступает в идентификатор 11 высших гармонических составляющих для их идентификации и выделения искомых частот диапазона 1-2,5 кГц. Информация о высших гармониках передается в средство 6 обработки информации (основной контроллер). Основной контроллер 6 служит для накопления информации и передачи ее через средство 7 передачи информации на воздушную линию 2 электропередачи модема для передачи данных типа PLC. Для питания основного контроллера 6 служит блок 8 питания.
Определение наличия однофазного замыкания на землю определяется по частоте от 2 кГц до 20 кГц. В качестве дополнительного признака выступает изменение осциллограмм напряжений при возникновении замыкания, как по 10 кВ, так и по 0,4 кВ. Последние имеют место быть, несмотря на наличие в сети понижающих трансформаторов 10/0,4 кВ выступающих в роли фильтров.
Выход PLC модема 13 средства 7 передачи информации соединен с ЭВМ на узловой подстанции 110/10 кВ для визуализации места однофазного замыкания на землю на схеме распределительной электрической сети.
Для определения поврежденной фазы сопоставляются амплитуды частот диапазона 1-2,5 кГц с фазы A, фазы B и фазы C. На поврежденной фазе с замыканием амплитуда напряжения на частотах, отличных от основной частоты 50 Гц, будет существенно больше, по сравнению с неповрежденными фазами.
Таким образом, технический результат достигается тем, что локализация места повреждения осуществляется на основе дистанционного анализа напряжения в фазном проводе воздушной линии посредством быстрого Фурье преобразования и анализа выделяемого номера и амплитуды высшей гармонической составляющей напряжения, что предоставляет возможность связать параметры высших гармонических составляющих с удаленностью места ОЗЗ.
Использование полезной модели, по сравнению с прототипом, позволит получить экономическую выгоду при эксплуатации воздушных линий электропередачи 6-10-35 кВ за счет:
1. Дистанционного определения участка с повреждением.
2. Локализации поврежденного участка воздушной линии электропередачи со сложной схемой с более высокой точностью определения места повреждения.
3. Возможности расширения зон размещения устройства как на высокой стороне потребительских подстанций (6-10-35 кВ), так и на низкой стороне (0,4 кВ).