СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЬНЫХ И ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD OF DETERMINING FAULT LOCATION OF CABLE AND OVERHEAD POWER TRANSMISSION LINES

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике, а именно к способам, предназначенным для определения места повреждения электрических сетей.
При эксплуатации электрических сетей важным моментом является своевременный поиск и устранение аварий на линиях электропередачи. Протяженность линий электропередач настолько велика, что оперативное определение в них места повреждения становится одной из самых важных и трудно решаемых задач. При этом точная информация о виде аварии и направлении, на котором она произошла, значительно снижает трудовые и временные затраты, необходимые для устранения аварии. В настоящее время известен ряд используемых как импедансных, так и волновых методов, которые позволяют определять наличие короткого замыкания в электросети, а также приблизительно определять, в каком месте линии электропередачи произошла авария.
Предлагаемый способ определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи предназначен для определения поврежденного участка на воздушных и кабельных линиях распределительных электросетей напряжением 6-35 кВ. При этом предлагаемый способ предназначен для определения места повреждения в радиальных сетях, а также в разомкнутых, замкнутых кольцевых сетях, кольцевых сетях с питанием с двух сторон, с автоматическим или ручным восстановлением энергоснабжения.
Известен способ определения расстояния до места повреждения, связанного с землей на линии электропередачи трехфазного тока (патент РФ № 2688889, МПК G01R 31/08, опубликовано 22.05.2019, состоящий в том, что с целью повышения точности определения места повреждения измеряют время между появлением фронта волны тока или напряжения без нулевой составляющей и появлением волны тока или напряжения нулевой составляющей, расстояние до места повреждения определяют как отношение измеренного времени к разности обратных значений скоростей волны тока или напряжения нулевой составляющей и волны тока или напряжения без нулевой составляющей.
Недостатками рассматриваемого способа является определение места положения повреждения линии электропередач только при типе аварии - короткое замыкание на землю, а также низкая точность определения места аварии из-за отсутствия точной привязки событий к единому стандарту времени.
Известен способ определения расстояния до места повреждения на линии электропередачи выбранный в качестве прототипа предлагаемого изобретения (патент РФ № 2475768, МПК G01R 31/08, по которому на каждом из концов линии измеряют токи и напряжения, выделяют из измеренных токов и напряжений аварийный сигнал, вычисляют коэффициент эксцесса выделенного аварийного сигнала внутри скользящего временного окна, сравнивают вычисленный коэффициент эксцесса с величиной порога, фиксируют момент превышения порога с помощью спутниковой навигационной системы и вычисляют расстояние до места повреждения по разности моментов превышения порога, зафиксированных на концах линии.
Недостатком данного технического решения, принятого в качестве прототипа, является не высокая точность определения места повреждения электросети из-за возможного различия в уровне помех на одном и другом концах ЛЭП. При этом возможна различная задержка по времени от фронта волны переходного процесса до момента его обнаружения, что негативно сказывается на точности определения места повреждения.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности определения места повреждения линий электропередач за счет комбинированного применения волнового анализа процессов, протекающих в электросетях и волнового метода двухсторонних измерений.
Технический результат достигается тем, что предлагается способ определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи, заключающийся в измерении значений тока и напряжения датчиками, расположенными на концах линии электропередачи, при этом производится непрерывное измерение мнгновенных значений тока и напряжения на частоте 50 Гц и частоте 10 кГц, сравнение мгновенных значений тока и напряжения в высокочастотном диапазоне для определения по взаимной фазе этих параметров направления на однофазное замыкание на землю, сравнение мгновенных значений тока и напряжения в низкочастотном диапазоне для определения факта как однофазного или междуфазного замыкания на линии электропередач, при этом при возникновении волновых процессов в контролируемой линии производится осциллографирование контролируемых на обоих концах линии значений напряжения путем аналого-цифрового преобразования с частотой дискретизации 1 МГц с точной привязкой к единому астрономическому времени посредством использования глобальной системы спутникового позиционирования и с последующим вычислением расстояния до места повреждения электропередачи по разности времени прихода фронта волны на каждый из концов линии электропередачи.
Предлагаемый способ определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи заключается в фиксации параметров текущего режима и волновых процессов в двух частотных диапазоны: низкочастотном (50 Гц) и высокочастотном (10 кГц). Сравнение мгновенных значений тока и напряжения в высокочастотном диапазоне позволяет определить взаимную фазу этих параметров и, соответственно, определить направление на однофазное замыкание на землю (волновой принцип). Особенность волнового анализа в том, что он работает независимо от размеров сети, режима компенсации нейтрали, способа питания участка сети (одно- или двухстороннее питание). Низкочастотная регистрация усредненных величин тока и напряжения позволяет отстроиться от импульсных помех и надежно фиксировать факт как однофазного, так и междуфазного замыкания на линии электропередачи.
Для определения места повреждения используется локационный способ, заключающийся в фиксации времени прихода возмущения к точкам установки приборов (концам линии электропередачи) и дальнейшему их сравнению. При одинаковом времени место повреждения расположено на равном расстоянии от концов линии электропередачи.
В предлагаемом способе определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи используется высокочастотное аналого-цифровое преобразование с частотой 1 МГц с точной привязкой к единому времени с использованием глобальной системы спутникового позиционирования GPS/ГЛОНАСС. Импульсные возмущения в кривых тока и напряжения фиксируются посредством катушек Роговского (датчиков тока) и имеющихся на подстанции измерительных трансформаторов напряжения. Импульсы возникают при появлении повреждения на ВЛ и фиксируются прибором в момент достижения импульса концов ВЛ, где и установлены датчики. Для вычисления расстояния используется формула:
A
где L - расстояние до места повреждения линии электропередач;
- длина контролируемой линии электропередач;
- время достижения волновым процессом первого конца линии электропередач;
- время достижения волновым процессом второго конца линии электропередач;
ν - скорость распространения волнового процесса.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет:
- контролировать текущие режимные параметры сети, такие как ток, напряжение, мощность, частоты - для фазных и линейных величин;
- осциллографировать токи и напряжения при аварийных режимах;
- фиксировать факт однофазных замыканий на землю и междуфазных замыканий в распределительной сети с напряжением 6-35 кВ с определением направления и расстояния до места повреждения.
Использование в качестве датчиков тока катушек Роговского позволяет регистрировать с приемлемой точностью как нормальные, так и аварийные режимы.
Применение предлагаемого способа определения места повреждения кабельных и воздушных линий электропередачи позволяет объединить функции контроля текущего режима, функции регистрации всех видов аварий, а также определения места повреждения с высокой точностью.