Определения места повреждения на линиях электропередачи (ОМП)

Введение

Начнем с того, что на воздушных линиях электропередачи довольно часто возникают повреждения различного вида, которые приводят к выходу линии из работы. Как следствие, имеет место недоотпуск электроэнергии, снижение надежности и качества электроснабжения. Очевидно, одной из важнейших задач ремонтных служб предприятий электросетей является быстрое определение места повреждения (ОМП) и организация ремонтно-восстановительных работ.
Так, до внедрения в энергосистемы приборов ОМП поиск повреждения осуществлялся путем обходов, объездов, а иногда облетов трассы линии на вертолете. В результате тратилось значительное время, так как линии имеют большую протяженность, а трасса часто проходит по труднопроходимой местности. Кроме того, место повреждения иногда плохо различимо даже с близкого расстояния, поскольку на гирлянде изоляторов после перекрытия часто не остается заметных следов обгорания.
Сложнее дело обстоит с поиском места самоустраняющегося повреждения, то есть, когда после автоматического повторного включения линия остается в работе. Несомненно, ремонтным службам необходима информация о таких повреждениях, так как после них часть изоляторов в гирлянде оказывается пробитой, и на линии остается ослабленное место, в котором возможно повторение аварии.
Отметим, что на данный момент уже разработано множество различных устройств и методик определения места повреждения, но погрешность измерения все еще достаточно велика. В связи с вышесказанным, развитию методов ОМП уделяется большое внимание, что говорит об актуальности проблемы. Поэтому в данной работе предлагается рассмотреть возможные методы ОМП воздушных линий электропередачи, в частности уделить особое внимание ОМП по параметрам предаварийного и аварийного режимов.
Цель работы – исследовать особенности определения места повреждения на линиях электропередачи (ОМП). Поставленная цель предполагает решение следующих задач:
охарактеризовать методы ОМП на линиях электропередачи;
проанализировать наиболее распространенные способы и алгоритмы определения места повреждения на линиях электропередачи;
исследовать тенденции развития устройств ОМП.
При написании работы использовались такие методы, как теоретическое обоснование темы, изучение научных источников, а также их сравнительный анализ.


1 Сравнительная характеристика методов ОМП на линиях электропередачи
Следует начать с того, что повреждения линий электропередачи приводят к недоотпуску электроэнергии потребителям и нарушению режимов работы энергообъединений [3, с. 17]. Значительную часть времени восстановления поврежденной линии электропередачи (ЛЭП) занимает процесс определения места повреждения (ОМП). Особенно важную роль ОМП играет в условиях труднопроходимой местности, слабого развития дорожной сети и при наличии ЛЭП большой протяженности. Успешное ОМП ускоряет процесс выявления и ликвидации повреждения.
Так, потребность в ОМП возникла на рубеже XIX и XX веков. На практике ОМП получило интенсивное развитие в послевоенные годы, начиная с работ М.П. Розенкнопа, который занимался как теоретическими разработками, как и их практической реализацией. Разнообразие структуры и условий работы электрических сетей привело к развитию большого количества методов ОМП, которые представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Результаты классификации методов ОМП ВЛ
В целом существующие методы ОМП можно разделить на две основные группы – топографические и дистанционные [2, с. 30]. Топографические методы ОМП подразумевают определение места повреждения непосредственно на трассе линии. Данная группа методов, обладает высокой точностью, однако требует большие временные затраты. Дистанционные методы ОМП, в свою очередь, заключаются в измерении расстояния до места повреждения с концов линии. Эта группа методов, напротив, позволяет быстро определить место повреждения, но обладает ограниченной точностью.
Далее, кратко рассмотрим принципы работы представленных на рисунке 1 групп методов.
Индукционные методы предназначены для топографического определения места повреждений на воздушных и кабельных (КЛ) линиях. Суть методов заключается в фиксации параметров магнитного поля токов, протекающих по проводам и в земле вдоль трассы линии. С помощью специальных датчиков, усилителей и индикаторов при их перемещении вдоль трассы линии улавливаются изменения параметров магнитного поля вблизи места повреждения.
Индукционный метод обеспечивает высокую точность определения места повреждения (погрешность составляет не более 0,5 м), однако требует больших временных затрат, а также предварительного определения зоны с местом повреждения с помощью дистанционных методов.
В свою очередь, в основе электромеханических методов лежит фиксация механических усилий, которые создаются за счет энергии тока короткого замыкания (КЗ). Блинкеры (устройства для фиксации механических усилий) устанавливают на опорах ВЛ и в распределительных устройствах. Эти устройства служат для сигнализации протекания тока КЗ через контролируемый объект.
Электромеханический же метод весьма прост, что может быть отнесено к его достоинствам, однако для обнаружения места повреждения таким методом необходимо непосредственно следовать вдоль ВЛ, что требует больших временных затрат, а также предварительное определение предположительного места повреждения одним из дистанционных методов.
Далее, импульсные методы базируются на измерении временных интервалов при распространении электромагнитных волн по линии. В зависимости от метода они делятся на локационные и волновые

.
Локационный метод основан на измерении промежутка времени между моментом посылки зондирующего импульса и моментом прихода к началу линии отраженного от места повреждения импульса. Послав импульс в линию, замеряют интервал tл – время двойного пробега импульса до точки повреждения. Тогда расстояние до места повреждения определяется как произведение скорости распространения импульса и интервала tл, разделенное пополам.
Так как волновые характеристики воздушных линий зависят от рельефа местности, расположения проводов на опорах и других факторов, то во избежание внесения ошибок в результаты проверки рекомендуется иметь предварительно снятые характеристики каждой исправной линии. С этими характеристиками сравниваются характеристики, снятые в аварийном состоянии. Точность определения мест повреждений локационными искателями находится в пределах 0,3-0,5% от длины линии.
Подчеркнем, что все работы с локационными измерителями должны проводиться в строгом соответствии с требованиями техники безопасности. Волновой метод может применяться в случаях, когда сопротивление в месте повреждения составляет от нуля Ом до сотен кОм. Этот метод реализуется на базе односторонних или двухсторонних измерений. В основе волнового метода двухсторонних измерений лежит измерение промежутка времени между моментами достижения концов линии фронтами электромагнитных волн, которые возникают в точке повреждения.
К достоинствам волнового метода можно отнести его простоту и применимость в случаях, когда сопротивление в месте повреждения составляет от нуля Ом до сотен кОм. Недостатками является низкая точность измерения, обусловленная необходимостью проведения нескольких измерений, задержками времени при получении результата, высокой чувствительностью к помехам, вызванным соединением проводников.
Методы ОМП по ПАР основаны на измерении параметров аварийного режима (ПАР) [4] − составляющих или комбинаций напряжений и токов в аварийном режиме. В зависимости от месторасположения устройств измерения токов и напряжений эти методы делятся на одно- и двухсторонние.
Двусторонним методам ОМП по ПАР свойственны следующие недостатки:
необходимость получения полной и синхронизированной информации о токах и напряжениях с двух концов линии;
значительные капитальные вложения при технической реализации устройств;
зависимость надежности и точности ОМП от качества работы самих фиксирующих устройств, установленных по концам линии, средств синхронизации и каналов связи;
использование в расчетных формулах параметров контура нулевой последовательности (НП), что приводит к возникновению погрешностей, связанных с недостаточной точностью моделирования этого контура.
Односторонние методы ОМП позволяют определять расстояние до места повреждения без передачи информации с другого конца линии, что является их существенным преимуществом перед двусторонними методами. К достоинствам односторонних методов также относится возможность определения места КЗ при всех его видах и достаточность установки фиксирующего прибора только на одном из концов ВЛ.
Из низкочастотных дистанционных методов большое распространение получили методы, основанные на измерении параметров аварийного режима (ПАР) (односторонние и двусторонние) [4, с. 72], что обусловлено их экономической выгодностью, по сравнению с импульсными (локационными) методами и меньшими временными затратами, по сравнению с топологическими методами, а также их простотой и использованием алгоритмов, применяющихся в устройствах релейной защиты и автоматики (РЗА).
Значительное развитие измерительных средств дает возможность совершенствования методов ОМП по ПАР. Рассмотрим подробнее данную группу методов в следующем параграфе.
2 Способы и алгоритмы определения места повреждения на линиях электропередачи
В настоящее время предъявляются высокие требования к надежности и бесперебойности электроснабжения промышленных предприятий. Поэтому предотвращение или быстрое обнаружение повреждения в сетях электроснабжения является важнейшей задачей для их обеспечения. Для решения этих задач в современных условиях широко применяются методы определения мест повреждения (ОМП) [5].
Так, односторонние методы ОМП позволяют определять расстояние до места повреждения без передачи информации с другого конца линии, то есть фиксирующий прибор устанавливается только на одном из концов ВЛ (рисунок 1).

Рисунок 2 – Устранение места повреждения на линии электропередачи
Отметим, что данные методы базируются на использовании приближённой информации такой, как переходное сопротивление в месте повреждения и параметры источника питания на противоположном конце поврежденной линии, в результате чего возникает методическая погрешность. Кроме того, в расчетных формулах используются параметры НП (нулевой последовательности), что негативно влияет на точность ОМП.
Среди односторонних методов ОМП по ПАР известны следующие:
метод, основанный на перетоках мощности;
методы, использующие действующие (интегральные) ПАР;
методы, использующие мгновенные значения ПАР.
Так, односторонний метод ОМП по ПАР, основанный на перетоках мощности, базируется на использовании соотношений между перетоками мощностей различных последовательностей в месте аварии при рассмотрении переходного сопротивления в качестве элемента сети. В односторонних методах ОМП, использующих действующие ПАР, производятся операции над действующими значениями ПАР, которые получаются путем интегрирования параметров мгновенных значений аварийного режима