1 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ВИЗНАЧЕННЯ МІСЦЯ ПОШКОДЖЕННЯ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧІ

Пошкодження ліній електропередачі призводить до порушення нормального режиму роботи електроенергетичних систем і, як наслідок, порушення нормального електропостачання споживачів, зниження якості електричної енергії і підвищення втрат електроенергії в мережі. Для відновлення нормального режиму роботи необхідно якнайшвидше відновити пошкоджену лінію. Основну частину відновлення пошкодженої лінії займає процес визначення місця пошкодження. Виходячи з цього, рішення задачі ЗМУ має бути одночасно швидким і точним.

Різноманітність видів та характеру пошкоджень, а також структури та умов роботи електричних мереж призвело до великої різноманітності методів ЗМЗ, які можна розділити на дві великі групи – дистанційні та топографічні [1]. Дистанційні методи ЗМЗ [2-7, 71] полягають у вимірі відстані до місця пошкодження від кінця або кінців лінії. Ця група методів, з одного боку, задовольняє вимогу швидкості ЗМЗ, але з іншого – має обмежену точність. Топографічні методи ЗМЗ [1] полягають у визначенні місця ушкодження на трасі лінії електропередачі, тобто. топографічної точки розташування місця ушкодження. Дана група методів має високу точність, але потребує багато часу.

Для виконання вимог щодо швидкості та точності ЗМЗ доцільно застосування двох методів ЗМЗ – дистанційного та топографічного [1]. Спочатку за допомогою дистанційного методу ЗМЗ визначають зону, в якій знаходиться місце ушкодження, а потім, використовуючи топографічний метод, встановлюється точнемісце ушкодження.

На рис.1.1 наведено класифікацію методів ЗМЗ. Як видно з рис.1.1, дистанційні методи ЗМЗ також поділяються на дві великі групи - імпульсні та методи за параметрами аварійного режиму. ^

1.1 Топографічні методи ЗМЗ

Топографічні методи ЗМЗ поділяються на індукційні та контактні. Контактні методи ЗМУ, у свою чергу, поділяються на електромеханічні, акустичні та потенційні.

Мал. 1.1 - Класифікація методів ЗМЗ

Індукційні методипризначені для топографічного ЗМП кабельних (КЛ) та повітряних (ПЛ) ліній. Для КЛ, прокладених у землі, індукційні методи дозволяють також уточнити трасу лінії, встановити глибину залягання кабелю та розташування сполучних муфт. Сутність індукційних методів полягає в індикації параметрів магнітного поля струмів, що протікають по проводах (жилам) та у землі вздовж траси лінії. Зміни параметрів магнітного поля поблизу місця пошкодження або в інших характерних точках траси вловлюються за допомогою спеціальних датчиків (індукційних рамок), підсилювачів та індикаторів при їх переміщенні вздовж траси ПЛ або КЛ.

^ Потенційні методипризначені для ЗМЗ кабельних ліній. Дані методи засновані на фіксації вздовж траси електричних потенціалів, що створюються струмами, що протікають по оболонці КЛ і в землі. Використовуються постійний та змінний струми підвищеної частоти. Оператор переміщається трасою з двома контактними стрижнями або пластинами. У першому випадку здійснюється безпосередній вимір різниці потенціалів, у другому через ємність пластин. Пластини використовують при асфальтобетонних покриттях на трасі ПЛ. У переносний пристрій входять підсилювач та індикатор. Струм у пошкоджену жилу подається з кінця КЛ.

^Електромеханічні методи призначені для повітряних ліній. Ці методи ґрунтуються на фіксації механічних зусиль, створюваних за рахунок енергії струму короткого замикання (КЗ). Можуть використовуватися електродинамічні зусилля між струмом в струмопровідних частинах і струмом, що наводиться, в розташованому поблизу датчику і електромагнітні сили, прикладені до якоря з магнітного матеріалу. Електромеханічні пристрої (покажчики) встановлюють стаціонарно у розподільчих пристроях та на опорах ПЛ. Перебіг струму КЗ через контрольований об'єкт сигналізується за допомогою млинців. Відновлення вихідного стану покажчика (повернення блінкера) у ряді конструкцій здійснюється автоматично при включенні ПЛ під напругу. ^

1.2 Імпульсні методи ЗМЗ

Імпульсні методи ЗМЗ [6] засновані на вимірі часових інтервалів при поширенні електромагнітних хвиль по лінії електропередач [72-82]. Застосовуються як у КЛ, і на ПЛ. За ознакою використання для відліку часу спеціально генерованих імпульсів або виникають у місці пошкодження лінії електромагнітних хвиль імпульсні методи діляться на локаційні та хвильові (рис.1.1).

^ Локаційний метод[83] заснований на вимірі часу між моментом посилки в лінію зондувального електричного імпульсу, і моментом приходу до початку лінії імпульсу, відбитого від місця ушкодження. Траса поширення імпульсів у пошкодженій лінії та часові співвідношення показані на рис.1.2. Надіславши в лінію імпульс, заміряють інтервал tл – час подвійного пробігу цього імпульсу до місця ушкодження. Шукана відстань до місця пошкодження визначається як

, (1.1)

деv– швидкість поширення імпульсу лінії.

Локаційні виміри поділяються на автоматичні танеавтоматичні. Перші використовуються для повітряних ліній (ПЛ), включених в електричну мережу, що знаходиться під робочою напругою. При спрацьовуванні релейного захисту запускається автоматичний локаційний шукач, який фіксує відстань, що шукається за час, менше однієї десятої частки секунди.

Вимірювання під час горіння дуги короткого замикання (КЗ) – важлива умова ЗМЗ на ПЛ. Після згасання дуги на пошкодженій ПЛ отримати необхідний відбитий імпульс при неавтоматичній локації здебільшого не вдається.

^ Хвильовий метод.Цей метод поділяється на методи односторонніх та двосторонніх вимірів.

Хвильовий метод двосторонніх вимірів [83] заснований на вимірі часу між моментами досягнення кінців лінії фронтами електромагнітних хвиль, що виникають у місці ушкодження.

Рис.1.2 – Траса поширення імпульсів та часові співвідношення при локаційному методі ЗМЗ:

1 – лінія; 2 – місце ушкодження; 3 – траса поширення імпульсів; 4,5 – зондуючий та відбитий імпульси

На рис.1.3,а показаний один провід ліній електропередачі довжиною L, який у момент пошкодження t = 0 заряджений до напруги U, наприклад, позитивної полярності. При виникненні пробою ізоляції цього дроту на землю в деякій точці, віддаленій від кінця лінії на відстань L1, напруга в цій точці стає нульовим. Внаслідок цього в місці пошкодження виникають електромагнітні хвилі, що розповсюджуються в обидві сторони, напругою – U, що прагнуть зі швидкістюvпоширити нульовий потенціал по всій лінії (рис.1.3,б).

Після часу t1 = (L-L1)/v фронт однієї з хвиль досягає ближнього (лівого на рис.1.3, в) кінця лінії, через інтервал t2 = L1/v, фронт другої хвилі досягає далекого кінця. Тимчасовіспіввідношення показано на рис.1.3,г. Інтервал часу

. (1.2)

Враховуючи, що довжина лінії L відома з виразу (1.2) можна визначити відстань до місця пошкодження:

. (1.3)

Хвильовий метод односторонніх вимірів використовується як у включених, і на відключених лініях [83, 84]. Він передбачає вимір часу між моментом приходу початку лінії фронту хвилі, що виникла у місці ушкодження, тобто. на відстаніlвід початку лінії, і моментом вторинного приходу фронту хвилі після двох відбитків (на початку лінії та місці ушкодження). Вказаний інтервал визначається як , звідки шукану відстань знаходимо як

. (1.4)

Для відключених ліній цей метод називається методом коливального розряду.

Рис.1.3 – Діаграма поширення хвиль та часові співвідношення при хвильовому методі ЗМЗ:

а – напруга на лінії перед ушкодженням; б – поширення хвиль безпосередньо після пробою; в - розташування фронтів хвиль у момент досягнення одним із них кінця лінії; г – тимчасові співвідношення.

За підсумками імпульсних методів ЗМУ розроблено ряд автоматичних шукачів [23-32]. Основним недоліком цих пристроїв є недостатня ефективність місця ушкодження на ПЛ з відгалуженнями. Це випливає з того, що електричні імпульси при розповсюдженні вздовж лінії заломлюються і відбиваються не тільки в місцях ушкодження, а й у місцях порушення однорідності лінії [6]. До таких місць неоднорідності, зокрема, відносяться і відгалуження від ПЛ до низьких підстанцій, де з'являються відбиті та заломлені імпульси як від місця включення відгалуження, так і від кінця.

Основна труднощі в дистанційному ЗМП ліній імпульсними методами полягає у появі додатковогосуттєвого згасання та багаторазового відображення електричних імпульсів. Зазначених недоліків позбавлені дистанційні методи ЗМЗ з ПАР.