УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ И МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ НА ВЛ

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть применена для оперативного получения сведений о грозовой обстановке и интенсивности грозовой деятельности на трассах высоковольтных воздушных линий электропередач (ВЛ), в том числе с ответвлениями.
Известен «Способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной линии электропередач, способ определения места междуфазного короткого замыкания в разветвленной воздушной линии электропередач и устройство контроля тока и напряжения для их осуществления» RU 2372624 [2], заключающийся в том, что фиксируют время прихода переднего фронта импульса, в начале ЛЭП и в конце каждого ответвления устанавливают на проводах высоковольтной ЛЭП устройства контроля тока и напряжения, число которых на единицу больше числа контролируемых веток, в качестве импульсов используют скачок фазного напряжения, одновременно всеми устройствами регистрируют время прохождения скачка фазного напряжения в единой шкале времени, синхронизированной от спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования, передают зарегистрированные времена в диспетчерский центр для их автоматической обработки, где для зафиксированных времен от каждой пары устройств контроля тока и напряжения разностно-дальномерным способом определяют поврежденную ветку, а для зафиксированных времен от пары устройств контроля тока и напряжения, одно из которых находится на поврежденной ветке, разностно-дальномерным способом определяют место повреждения на этой ветке.
Недостатком устройства является невозможность автоматического точного определения координат события, например, удара молнии, в разветвленной трехфазной сети.
Наиболее близким техническим решением является «Система мониторинга грозовых разрядов на воздушных линиях электропередачи с улучшенной селективностью и точностью определения места грозового разряда» RU ПМ 153360 [1], содержащее регистраторы грозовых перенапряжений, установленные на концах контролируемой линии, каждый из регистраторов снабжен приемником сигналов точного времени и выполнен с возможностью фиксации значений текущего времени и записи с преобразованием в цифровую форму выходного сигнала соответствующего датчика, каждый регистратор подключен к соответствующему датчику грозовых перенапряжений.
Устройство позволяет автоматизировать процесс обработки информации.
Недостатком является низкая точность определения вида события и низкая точность определения координат события, например, грозового разряда. Дополнительным недостатком также является невозможность определения точных параметров события в высоковольтных линиях с ответвлениями.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения вида и параметров события типа удара молнией в высоковольтных линиях электропередач.
Технический результат достигается тем, что устройство регистрации грозовых разрядов на ВЛ, содержащий регистратор грозовых перенапряжений, (установленный на конце контролируемой линии), регистратор снабжен приемником сигналов точного времени и выполнен с возможностью фиксации значений текущего времени и записи с преобразованием в цифровую форму выходного сигнала соответствующего датчика, регистратор подключен к соответствующему датчику грозовых перенапряжений, характеризуется тем, что датчик представляет собой три трансформатора тока, установленные в заземленных цепях разделительных конденсаторов, включенных между устройством заземления («землей») и соответствующим фазным проводом на конце ВЛ или на конце ее ответвления, вторичные обмотки трансформаторов тока подключены к входу регистратора.
Устройство может содержать три компаратора, сравнивающие каждый из трех выходных сигналов датчика с заданным порогом, что позволит отреагировать на событие, происходящее в любом из проводов ВЛ.
Регистратор может содержать блок защиты, включенный между вторичной обмоткой трансформатора тока и входом регистратора, что позволит предохранить контроллеры от выхода из строя при воздействии импульса большой амплитуды от датчика.
Устройство может содержать блок сравнения всех трех сигналов от (трехфазного) датчика, что позволит уточнить, в каком именно фазном проводе произошло событие.
Устройство схематически показано на фиг. 1 (схема датчика и контроллера), на фиг. 2 (схема ВЛ с ответвлениями), где:
1 - датчик №0;
2 - датчик №1;
3 - датчик №2;
4 - датчик №3;
5 - фазный провод (конец контролируемой линии);
6 - разделительный конденсатор;
7 - трансформатор тока;
8 - блок защиты входа;
9 - приемник сигналов точного времени;
10 - средства связи;
11 - блок электропитания регистратора;
12 - участок «а»;
13 - участок «b»;
14 - участок «с»;
15 - участок «d»;
16 - участок «f».
Осуществление способа описывается на примере фрагмента сети, показанного на фиг. 2. Фрагмент представляет собой ВЛ с двумя ответвлениями, к трансформаторным подстанциям, оборудованными датчиками 2 и 3, (датчики №1 и №2 соответственно) с отходящими от питающей распределительной подстанции, оборудованной датчиком 1 (РП, датчик №0) к трансформаторной подстанции, оборудованной датчиком 4 (датчик №3).
Участки ВЛ с ответвлениями обозначены поз 12, 13, 14, 15, 16, как «а», «b», «с», «d» и «f» соответственно. Для упрощения этими буквами ниже обозначены также электрические длины соответствующих участков, измеряемые временем распространения электромагнитной волны (в микросекундах).
На фиг. 1 представлена схема одного из регистраторов с датчиком электромагнитных возмущений. Датчик представляет собой три трансформатора тока 7, установленные в заземленных цепях разделительных конденсаторов 6, включенных между «землей» (устройством заземления) и соответствующим фазным проводом 5 на конце ВЛ или на конце ее ответвления. Вторичные обмотки трансформаторов тока подключены к блоку защиты 8, который, в свою очередь, соединен с входом регистратора. Блок защиты выполняет функции фильтрации (вместе с соответствующим разделительным конденсатором), защиты от перенапряжений. В состав регистратора входит компаратор, сравнивающий каждый из трех выходных сигналов датчика с заданным порогом. В состав регистратора входит приемник сигналов точного времени 9 от спутниковой навигационной системы (GPS и/или Глонасс), снабженный антенной. В состав регистратора входят средства связи 10 (через GSM антенну А2 и/или порт «LAN») с сервером централизованной обработки, размещенном, например на подстанции, питающей ВЛ. Блок электропитания регистратора показан поз. 11.
В отсутствие повреждений и грозовых воздействий токи через разделительные конденсаторы наводят на выходах трансформаторов тока сигналы, величина которых не превышает заданный порог.
При повреждении или грозовом воздействии, в месте повреждения или грозового воздействия на ВЛ или ее ответвлении возникает электромагнитная волна, фронт которой распространяется по проводам ВЛ и достигает концов ВЛ и ее ответвлений в моменты Ti, где i - номер соответствующего конца 0÷3.
В момент достижения фронтом волны того конца, на котором установлен соответствующий датчик, токи, протекающие от проводов линии через разделительные конденсаторы, наводят на выходах трансформаторов и входах регистратора сигналы, по меньшей мере, один из которых превышает заданный порог.
При превышении заданного порога, по меньшей мере, одним из трех входных сигналов блок БЗ выдает импульс в блок обработки. Блок обработки фиксирует момент поступления импульса от блока БЗ в шкале единого мирового времени, привязка к которой обеспечивается с помощью приемника сигналов спутниковой навигационной системы, и посылает сообщение, содержащее зафиксированное значение единого времени (метку времени) и соответствующее значение i на сервер.
Дальнейшая обработка данных, полученных сервером, может выполняться следующим образом.
Блок централизованной обработки информации, получив N сообщений от всех регистраторов, вычисляет все возможные разности Ti -Tj и формирует из них матрицу зарегистрированного события размером N*N. Эту матрицу сопоставляют с матрицами-шаблонами событий, которые предварительно рассчитаны для случаев возникновения электромагнитного возмущения на каждом из N+1 участков ВЛ с ответвлениями и хранятся в памяти сервера.
Каждая матрица-шаблон событий может быть представлена в виде таблицы размером N×N, где N - количество регистраторов. В ячейки таблицы вносятся значения разности времени прихода волны электромагнитного возмущения в точки регистрации, определяемые электрическими длинами в микросекундах участков ВЛ, находящихся между регистраторами, указанными в соответствующих номерах столбцов и номерах строк матрицы-шаблона. Ячейки таблицы, относящиеся к регистратору, примыкающему к поврежденному участку ВЛ, не заполняют, поскольку разность времени регистрации событий в нем по отношению с другими регистраторами априори неизвестна. Для каждого участка ВЛ, в котором может возникнуть повреждение, составляется свой шаблон.
Примеры матриц- шаблонов для случаев повреждения на участках «а», «d» и «f» ВЛ с ответвлениями, показанной на фиг. 1, представлены в виде таблиц 1÷3. Аналогичным образом могут быть сформированы матрицы-шаблоны для случаев повреждений на других трех (в данном примере) участках.
Сопоставление матрицы зарегистрированного события с матрицами-шаблонами событий, хранящимися в памяти сервера, заключается в сравнении содержания заполненных ячеек матрицы-шаблона с содержанием соответствующих ячеек матрицы зарегистрированного события.
По совпадению значений, по крайней мере, в двух ячейках сравниваемых матриц (с погрешностью до 2 мкс) определяется матрица-шаблон, ближайшая к матрице зарегистрированного события и соответствующий поврежденный участок.
На выявленном поврежденном участке ВЛ вычисляется расстояние до места повреждения (места возникновения электромагнитной волны) по формуле:
П
П
П-0
где L - длина ВЛ, Т - известное время прохождения электромагнитной волны от питающего конца ВЛ до конца поврежденного ответвления, ΔТ - разница зафиксированных соответствующими регистраторами моментов.
Регистраторы, установленные на питающих концах ВЛ, могут быть снабжены средствами фиксации (на протяжении в нескольких периодов промышленной частоты) формы фазовых сигналов, поступающих от трех трансформаторов тока в блок БЗ.
Теоретические исследования, математическое моделирование и проведенные эксперименты показали, что соответствующая обработка информации, получаемой от вышеописанных датчиков электромагнитных возмущений, выполненных в виде трех трансформаторов тока, установленных в заземленных цепях разделительных конденсаторов, подключенных к фазным проводам на концах ВЛ и ее ответвлений, позволяет точно определить место возникновения электромагнитной волны (в результате повреждения или грозового воздействия), а также (при соответствующем анализе сигналов, поступающих от трансформаторов тока) определить характер повреждения (однофазное к.з., междуфазное к.з., обрыв провода).
Технический результат - повышение точности определения вида и параметров события типа удара молнией в высоковольтных линиях электропередач достигается применением датчика из трех трансформаторов тока, позволяющих получить более релевантную информацию о событиях в сети. Учет при расчетах ответвлений в конкретной сети позволит дополнительно увеличить точность определения вида и параметров события.
Промышленная применимость. Полезная модель может с успехом применяться при производстве систем мониторинга событий, в том числе грозовых разрядов на воздушных линиях электропередач.