УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ, ИЗМЕРЕНИЯ, ДИАГНОСТИКИ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧ

Предложение относится к области электротехники, а именно, к устройствам защиты от перенапряжений, контроля изоляции и диагностики линий передач классов напряжения 6-750 кВ соответственно с изолированной, частично компенсированной или заземленной нейтралью.
Устройство предназначено для контроля линейной изоляции, защиты от перенапряжений с помощью ограничителя перенапряжений (ОПН), зашунтированного управляемым разрядником (УР), контроля срабатывания и ресурса ОПН и УР, определение места повреждения (ОПМ) провода, линейной изоляции, ОПН и УР. Устройство предназначено для комплексной проверки состояния линейной изоляции, защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений, контроля обрыва и короткого замыкания (КЗ) провода.
Известен импульсный грозовой разрядник (RU 2096882 С1), содержащий первый и второй основные электроды, расположенные на одной из стенок полого изоляционного корпуса из твердого диэлектрика [1].
Недостатком разрядника является недостаточная надежность обрыва силовой дуги при больших токах короткого замыкания и большие размеры.
Известны высоковольтный изолятор и высоковольтная линия электропередачи, использующая данный изолятор (RU 2377678 С1) [2]. Указанный изолятор дополнительно снабжен мультиэлектродной системой (МЭС), состоящей из 5 и более систем электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных между его концами.
Недостатком указанного решения является ограниченная эффективность при сильном загрязнении и увлажнении изолятора.
Известные аналоги устройств определения места повреждения (ОМП) используют как одностороннюю, так и двухстороннюю локацию линии, например, «Способ определения места однофазного повреждения линии электропередачи с использованием ее моделей» (RU 94023945) [3]. Кроме того, промышленность выпускает специализированные устройства, например, «Устройство для определения места повреждения на линиях электропередачи 110-750 кВ ИМФ-ЗР ЗАО «Радиус-Автоматика» (см. Руководство по эксплуатации БПВА.656122.091 РЭ) [4].
Известны также устройства ИМФ-10Р, комплексы «Черный ящик» ООО НТЦ «ГОСАН» и ЭКРА-SMS.
Указанные устройства ОМП устанавливаются как стационарные устройства на подстанциях в помещении ОПУ, производят расчет места повреждения на основе записанной в память осциллограммы, используют расчетные алгоритмы для линий с изолированной и заземленной нейтралью. Для линий с изолированной нейтралью 6-35 кВ используют упрощенные алгоритмы расчета по полному удельному сопротивлению петли короткого замыкания (далее КЗ) и справедливы только для металлических КЗ, поэтому при наличии переходного сопротивления или дуги возможна индикация большего расстояния, нежели истинное.
Для линий с заземленной нейтралью точность несколько выше, однако, наличие ответвлений и неоднородность заземления существенно снижают точность ОМП. Для повышения точности ОМП требуется осуществлять перерасчет.
Известно «Устройство автоматического контроля изоляции линии относительно земли и определения места (глухого), через малое переходное сопротивление замыкания фазы на землю в линиях с изолированной нейтралью…» (RU 2372220 C1) [5], в котором для дистанционного автоматического контроля изоляции линии относительно земли введен автоматический выключатель подачи компенсирующего напряжения на регулируемый источник, при срабатывании которого измеряется ток пиковым амперметром и запоминается в запоминающем устройстве, и устройство согласования сигнала с системой телемеханики, по каналам которой сигнал поступает к диспетчерскому пункту (ДП) и, одновременно с запоминающего устройства, в функциональный корректор, обрабатывающий полученный сигнал в величину расстояния от подстанции до места замыкания на землю фазы. Указанное устройство принято за прототип.
Недостатком устройства является стационарная установка на подстанции, косвенное определение места КЗ, зависимость от продольной неоднородности линии с изолированной нейтралью, отсутствие контроля обрыва провода, отсутствие грозозащиты.
Технической задачей предлагаемого решения является создание компактного устройства, обеспечивающего повышение качества передачи электроэнергии.
Технический результат, достигаемый в предлагаемом решении, заключается в повышении надежности и грозоупорности линий передач.
Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство защиты, измерения, диагностики линий передач, содержащее установленный между заземленной опорой и проводом блок линейного изолятора и установленный на опоре микропроцессорный терминал с блоками питания, снабжено выполненными с возможностью размещения на проводе датчиками тока и напряжения, связанными с входами микропроцессорного терминала. Микропроцессорный терминал выполнен с дополнительным входом, связанным синхроимпульсами от системы GPS, а его вход и выход выполнены с возможностью связи с входом установленного на диспетчерском пункте удаленного процессора посредством Ethernet. Блок линейного изолятора снабжен датчиком тока и блоком грозозащиты, содержащим параллельно соединенные ограничитель перенапряжений с датчиком тока и управляемый разрядник с датчиком тока. Ограничитель перенапряжений содержит соединенные последовательно диски нелинейных сопротивлений. Выводы дисков ограничителя перенапряжений соединены с управляющими электродами управляемых разрядников, а выходы каждого из упомянутых датчиков соединены с входами микропроцессорного терминала. Микропроцессорный терминал снабжен счетчиком электроэнергии и показателем качества электроэнергии. Выходы терминала, связанные с процессором диспетчерского пункта, выполнены с возможностью включения в основную радиальную центральную измерительную систему (ЦИС).
Сущность предложенного технического решения поясняется иллюстрациями, где на фиг.1 приведена принципиальная схема устройства для одной фазы линии передачи,
на фиг.2 приведена форма перенапряжения при токе разряда молнии 100 кА в опору 1 для линий электропередачи 110 кВ (иф1), удаленную на расстояние 1 км опору 2 (иф2) и опору 3, расположенную через пролет с опорой 2 (иф3) с установленным на ней ограничителем перенапряжений ОПНЗ,
на фиг.3 приведена форма тока ОПНЗ на опоре.
Устройство содержит (см. фиг.1):
1 - заземленная опора линии электропередачи;
2 - провод;
3 - блок линейного изолятора, параллельно которому включен блок грозозащиты, содержащий 4, 5;.
4 - ограничитель перенапряжений;
5 - управляемый разрядник;
6 - датчик тока на проводе;
7 - датчик напряжения на проводе;
8 - датчик тока блока линейного изолятора;
9 - датчик тока ограничителя перенапряжений;
10 - датчик тока управляемого разрядника;
11 - блок отбора мощности от провода;
12 - микропроцессорный терминал, установленный на опоре линии передачи;
13 - грозозащитный трос, подвешенный на вершине опоры.
Варианты исполнения датчиков 6, 8, 9,10: электромагнитные и/или оптические.
Микропроцессорный терминал 12 содержит блок отбора мощности и аккумулятор, аналого-цифровой преобразователь АЦП и мультиплексор, вычислитель и контактные группы выходных реле, интерфейс точной синхронизации времени, счетчик срабатываний ОПН, РВУ, электронный осциллограф и журнал событий, аварийную сигнализацию, Ethernet канал связи с удаленным ДП, счетчик электроэнергии.
Устройство работает следующим образом.
При нормальной работе линии передачи ток и напряжение в проводе не превышают значения соответствующих уставок от датчиков 6 и 7. Если ток датчика 6 снижается до нуля или близкого к нему значения, а напряжение датчика равно или близко к исходному значению, система через микропроцессорный терминал 12 выдает сигнал на обрыв провода, причем обрыв соответствует той опоре, в которой сигнал появился раньше синхронизирующего импульса, поступающего на вход 12.
Если ток в датчике 6 превысил значение уставки, а напряжение от датчика 7 снизилось до нуля или близкого к нему значения, то возникает режим КЗ провода на соответствующей опоре или пролете линии передачи.
Если ток в блоке линейного изолятора 3 от датчика 8 превысил ток уставки (утечки), то микропроцессорным терминалом 12 фиксируется повреждение линейной изоляции на определенной опоре и передается на удаленный диспетчерский пункт. Если ток от датчиков 8 поступает со всех опор линии, что соответствует изменению внешних условий (гололед, дождь и др.), то это позволяет диспетчеру снизить мощность линии, не допуская ее перегрузки и отключения потребителей.
Появление тока в датчике 9 выше тока уставки ограничителя перенапряжений фиксируется счетчиком срабатывания коммутационных перенапряжений с одновременной р&гистрацией электронным осциллографом в составе микропроцессорного терминала 12.
Появление тока управляемого разрядника 5 в датчике 10 фиксируется терминалом 12. Число срабатываний и характер токов в цепи указанных устройств (ограничителя перенапряжений и управляемого разрядника) позволяет диагностировать состояние блока грозозащиты, получить статистику перенапряжений, определить ресурс блока грозозащиты и производить замену элементов, не допуская их выхода из строя.
Сигналы от датчиков 8, 9, 10 носят информационный характер и не приводят к срабатыванию релейной защиты линии передачи.
Сигналы от датчиков 6, 7 передаются по центральной информационной системе 15 через Ethernet на удаленный диспетчерский пункт и сравниваются относительно метки времени, поступающей по каналу GPS. Минимальная задержка сигналов датчиков 6, 7 относительно метки позволяет определить место повреждения провода с точностью до опоры, что выгодно отличает метод определения сравнительно с известными способами локации. Сигналы от датчиков 6, 7 могут дублироваться световыми и звуковыми сигналами от микропроцессорного терминала 12, что позволяет ремонтному персоналу определить место повреждения с вертолета или транспортного средства в случае отказа канала Ethernet.
Сигналы от датчиков 6, 7 воспринимаются релейной защитой линии и приводят к ее срабатыванию в случае превышения уставок тока, напряжения и времени задержки (сигналы передаются по центральной измерительной системе).
Технический результат применения предлагаемого устройства определяется контролем состояния элементов линии (линейной изоляции, провода, грозозащиты, определением места и вида повреждения, совмещением функций (гибридизацией) при объединении блока линейного изолятора, блока грозозащиты, датчиков тока в цепях указанных устройств.
Применение предлагаемого устройства позволит обеспечить: повышение качества передачи электроэнергии по линиям передач, компактность за счет применения гибридизации, повышение надежности и грозоупорности линий передач, повышение надежности энергоснабжения за счет обслуживания и ремонта линий по показаниям датчиков (диагностика).
Исходя из вышеизложенного, задача создания компактного устройства, обеспечивающего повышение качества передачи электроэнергии, повышение надежности энергоснабжения за счет предотвращения повреждения линий передач, повышение надежности и грозоупорности линий передач, особенно в районах повышенной грозовой активности (горы, водные преграды), повышении надежности энергоснабжения за счет недопущения повреждения линии, обслуживание и ремонт линии по показаниям датчиков (диагностика), а не по факту аварии, решена.