3.3. Устройства для определения мест повреждений на воздушных линиях электропередачи.

Категория: Д.Т. Комаров "Автоматизация электрических сетей 0,38-35 кВ в сельских районах"

Устройства для оп­ределения места замыкания на землю в воздушных рас­пределительных сетях, работающих с изолированной нейтралью или в режиме компенсации емкостного тока, и прежде всего в сетях 6—20 кВ, особенно эффективны. Однофазные замыкания на землю в этих сетях составляют до 80 % всех повреждений. Отыскание этих повреждений без специальных устройств связано с большими затратами времени и длительным перерывом электроснабжения потребителей. Кроме того, при нескольких повреждениях практически невозможно визуально обнаружить поврежденный изолятор.
Определение места замыкания на землю в сети 6— 20 кВ с помощью стационарных устройств является до статочно сложной задачей, что, в частности, связано со сложной структурой линий этих сетей. Поэтому в энергосистемах нашли применение переносные приборы, позволяющие путем ряда последовательных измерений определить место повреждения без отключения токоприемников.

Задача автоматического определения места повреждения при междуфазных замыканиях в этих сетях является более трудной, чем в сетях более высоких напряжений, из-за сложной структуры этих линий. Применяя указатели, позволяющие определить поврежденный уча сток линии, можно значительно ускорить отыскание повреждения, сократить зону поиска и уменьшить время перерыва электроснабжения потребителей.
Применяемые в настоящее время устройства определения мест повреждения на линиях 6—10 кВ разделяются на две группы: топографические, к которым относятся указатели поврежденных участков, и дистанционные, к которым относятся фиксирующие приборы.
Топографические устройства определения мест междуфазных замыканий названы так потому, что их устанавливают непосредственно в сети на опорах линии, они! являются наиболее простыми и в то же время весьма; эффективными. Это указатели поврежденных участков (УПУ), которые эксплуатируются достаточно длительное время. Наиболее широко распространены указатели с автоматическим самовозвратом, которые срабатывают при появлении в линии тока КЗ и имеют выходной орган, позволяющий фиксировать их срабатывание. После восстановления нормального режима работы линии устрой­ства автоматически возвращаются в исходное состояние, что существенно облегчает эксплуатацию по сравнению с устройствами, не имеющими органов возврата.
Указатели поврежденного участка серии УПУ. Указа­тель типа УПУ-1 (рис. 16) состоит из двух блоков: стационарного и переносного (блока контроля).

Рис. 16. Принципиальная схема указателя поврежденного участка типа УПУ-1:
I — стационарный блок; II — переносной индикатор

Стацио­нарный блок устанавливается на опоре вблизи проводов линии. Он срабатывает практически без выдержки вре­мени при увеличении тока в линии выше его уставки и возвращается в исходное состояние с выдержкой време­ни 2—3 с при восстановлении рабочего напряжения на линии. Выносную контактную вилку устанавливают на опоре на высоте 2,8—3 м и соединяют электрически со стационарным блоком.
Переносной блок контроля, состоящий из электриче­ской батареи GB и контрольной лампы HL, служит для проверки состояния выходных контактов стационарного блока. Магнитный датчик стационарного блока представляет собой магнитопровод с двумя рабочими обмот­ками w1, w3 и двумя испытательными обмотками w 2 и w3, каждая из которых подключена к своему выпрями­телю VD1—VD4 и VD5—VD8. Выходы этих выпрямите­лей соединены последовательно и питают обмотку 1 по­ляризованного реле К. Две обмотки необходимы для обеспечения равной чувствительности датчика к токам КЗ на разных фазах.
Конденсаторы С1 и С2 служат для компенсации ре­активного сопротивления обмоток датчика. Резисторы R3 и R4 предназначены для регулирования чувствитель­ности указателя, резистор R5 — для ступенчатого регу­лирования уставки по току срабатывания. Обмотка 2 поляризованного реле используется для возврата устрой­ства в исходное состояние. Схема возврата состоит из выпрямителя VD9—VD12, конденсаторов СЗ, С4, триратрона VT. Схема возврата получает питание от устройст­ва емкостного отбора мощности от линии электропере­дачи, в качестве которого используют либо антенну дли­ной в один пролет, располагаемую под проводами, либо подвесной изолятор.
Указатель короткого замыкания типа УКЗ-3 предназ­начен для определения направления поиска места ко­роткого замыкания на воздушных распределительных линиях 6—35 кВ, отключившихся в результате коротко­го замыкания.
Направление поиска указывается индикатором, сра­батывание которого происходит при протекании тока ко­роткого замыкания в одной или нескольких фазах ли­нии. Состояние индикатора определяется визуально через смотровое окно в корпусе указателя, установленного на опоре в зоне проводов. В сработанном состоянии флажок индикатора повернут к наблюдателю стороной, окра­шенной в яркий цвет. Обратная сторона флажка индика­тора окрашена в черный цвет. Наблюдение состояния индикатора может осуществляться с расстояния до 15 м от опоры, на которой установлен указатель. При восста новлении напряжения на линии сработанные указатели!" автоматически возвращаются в исходное состояние.Питание указателя обеспечивается емкостным отбором напряжения от контролируемой линии через дополнительные внешние изоляторы, подвешиваемые на двух: фазах линии. В части воздействия климатических факторов внешней среды указатель соответствует исполнению V категории размещения I (температурный диапа­зон от —45 до 50 °С).
Срабатывание указателя обеспечивается при между­фазных коротких замыканиях в контролируемой линии, сопровождающихся скачкообразным увеличением тока в поврежденных фазах. Порог срабатывания указателя соответствует увеличению тока на 50 А при установ­ке указателя на типовой железобетонной опоре линии 10 кВ на расстоянии 0,7 м от каждого провода.
Допускается установка указателя при других рас­стояниях от проводов линии с учетом того, что порог срабатывания изменяется пропорционально расстоянию. Порог срабатывания указателя при увеличении тока вдвое (двойное замыкание на землю) ориентировочно в 2 раза выше 50 А.
Возврат указателя обеспечивается переменным током не менее 50 мкА. Время подготовки к поворотному сра­батыванию не превышает 5 мин. Длительность регист­рируемого тока при его двукратном значении не менее 0,1 с. Срабатывание указателя обеспечивается при предаварийном токе нагрузки линии до 100 А. Обеспечивает­ся блокирование срабатывания указателя при входном воздействии, подаваемом одновременно с восстановле­нием напряжения на линии после паузы не менее 5 с. Площадь наблюдаемой поверхности флажка индикатора не менее 5 см2.
Указатель обеспечивает возможность контроля его исправности при включенной линии путем поднесения к нему постоянного магнита, создающего магнитный поток не менее 3,5-10~5 Вб. На корпусе указателя обозначено место, к которому подносится для контроля постоянный магнит.
Указатель короткого замыкания типа УКЗ-2М. Структурная схема указателя УКЗ-2М представлена на рис. 17. Схема содержит преобразователи тока ИПТ1 (1) и ИПТ2 (2), максиселектор сигналов преобразова­телей 3, выпрямители 4 и 14, блок выделения переходной составляющей тока короткого замыкания 5 и формиро­ватель 6. Выход формирователя подключен к входу по­рогового органа срабатывания 9. Формирователь 6 вы­полнен из двух последовательно соединенных блоков: ограничителя сигнала 7 и интегратора 8. Кроме того, указатель содержит блок индикации 10, источник опор­ного напряжения 11, пороговый орган возврата 12, накопитель 13, элемент емкостного отбора напряжения 15, элемент контроля напряжения 16 на выходе емкостного отбора напряжения, разрядный элемент накопителя /7 и элемент стабилизации напряжения накопителя /8, токоограничивающий элемент 19 и разрядник 20,
Устройство работает следующим образом. При вклю­чении линии в работу через элемент емкостного отбора напряжения питание схемы указателя через выпрями­тель подается на нако­питель, который заря­жается за время при­мерно 1 мин и подго­тавливает схему к сра­батыванию. Напряже­ние на накопителе ограничивается с по­мощью элемента ста­билизации напряже­ния. С помощью пре­образователей тока ИПТ1 и ИПТ2 произво­дится изменение токов в фазах контролируе­мого участка линии в нормальном режиме и формирование в блоке выделения переходной составляющей тока ко­роткого замыкания.

Рис. 17. Структурная схема указате­ля УКЗ-2М

Напряжение пропорционально току нагрузки. При возникновении короткого замыкания на контролируемом участке линии сигнал на выходе одно­го или обоих ИПТ возрастает и через максиселектор, выделяющий наибольший из сигналов, и выпрямитель поступает на вход блока выделения переходной состав­ляющей тока КЗ. На выходе этого блока появляется напряжение, пропорциональное приращению тока при КЗ, которое через ограничитель сигнала и интегратор подается на вход порогового органа срабатывания.
В случае превышения поступившего напряжения уставки срабатывания порогового органа последний сра­батывает и разряжает накопитель на обмотку срабаты­вания блока индикации. При этом визуальный индика­тор сигнализирует о коротком замыкании на контролируемом участке сети. При включении линии в работу после устранения короткого замыкания или после успеш­ного АПВ появляется напряжение на выходе элемента отбора, заряжается накопитель и срабатывает второй пороговый орган, который переводит блок индикации в исходное состояние. Для исключения излишних срабаты­ваний указателя от тока нагрузки в указателе преду­смотрены элемент контроля напряжения и разрядный элемент, которые при отключении линии разряжают на­копитель и тем самым блокируют срабатывание указате­ля при повторных включениях на устойчивое короткое замыкание.
Для исключения излишних срабатываний при крат­ковременных бросках тока используют ограничитель сигнала и интегратор. Ограничитель сигнала ограничива­ет приращение напряжения на выходе максиселектора до значения, соответствующего минимальному току КЗ, а интегратор имеет постоянную времени интегрирования, при которой выходной сигнал интегратора достигает максимального значения через 0,1 с. Ограничитель не­обходим для стабилизации времени интегрирования, ко­торое выбрано с учетом отключения короткого замыка­ния от токовой отсечки. Источник опорного напряжения позволяет устанавливать стабильный порог срабатыва­ния указателя.
Индикатор фиксирующий типа ФИС предназначен для определения места повреждения на воздушных ли­ниях электропередачи путем фиксации электрических ве­личин аварийного режима. Он обеспечивает односторон­нее непосредственное определение места повреждения в зависимости от величины реактивного сопротивления на зажимах фиксатора.
При повреждениях, связанных с землей, фиксиру­ется отношение минимального фазного напряжения и максимального фазного тока, компенсированного током нулевой последовательности. При повреждениях, не свя­занных с землей, фиксируется отношение минимального междуфазного напряжения и максимальной разности фазных токов.
Блок кратковременной памяти БКП прибора ФИС (рис. 18) содержит входные блоки цепей напряжения БН и тока БТ, пусковой орган ПО, определитель вида по­вреждения ОВП, орган управления ОУ и элементы па­мяти 1ЭП и 2ЭП.
Аналого-цифровой преобразователь АЦП состоит из вспомогательного конденсатора ВК, элемента контроля уровня напряжения конденсатора ЭУ, порогового эле­мента ПЭ, ключа КУ, переключающего конденсатор ВК на разряд, и конденсатора К.
Блок отчета и управления БОУ содержит счетчик импульсов СИ, указатель вида повреждений УП и уст­ройство возврата и проверки УВ.

Рис. 18. Структурная схема фиксирующего прибора ФИС

Контролируемые напряжения UA, UB, Uc и токи ia, ib, IС подаются во входные цепи блоков напряжения и тока.
При КЗ на контролируемой линии срабатывает пус­ковой орган ПО, включающий орган управления ОУ и определитель вида повреждения ОВП. Последний про­изводит переключения в цепях БН и БТ в соответствии с видом повреждения. Орган управления подключает к выходным цепям БН и БТ элементы памяти и после от­ключения линии, что сопровождается работой аварийной сигнализации АС, переключает элементы памяти на аналогоцифровой преобразователь АЦП и передает инфор­мацию о виде повреждения на указатель УП. Преобра­зователь производит разряд запоминающего конденсато­ра элемента памяти 1ЭП дискретными порциями, пропорциональными значению напряжения заряда кон­денсатора элемента 2ЭП. При каждом цикле разряда срабатывает пороговый элемент ПЭ и подает импульс на счетчик импульсов СИ блока отсчета. Устройство возврата и проверки УВ предназначено для возврата элементов схемы прибора в исходное состояние и про­верки прибора в процессе эксплуатации.
При использовании прибора ФИС на линии с ответвлением для повышения точности измерения расстояния до места повреждения за ответвлением используется корректор Кор., вводящий коррекцию в характеристику прибора (рис. 19), При числе импульсов, соответствую­щем расстоянию до места ответвления, счетчик СИ воз­действует на реле корректора, которое своим контактом КК подключает вспомогательный конденсатор С4.

Рис. 19. Функциональная схема АЦП прибора ФИС

При этом порции разряда конденсатора С2 и цена деления счетчика СИ изменяются на величину поправки, учиты­вающей влияние тока ответвления.
Внедрение ФИС позволит непосредственно опреде­лять расстояния до места повреждения при коротких замыканиях, связанных и не связанных с землей, без дополнительных расчетных операций, что существенно сокращает время отыскания места повреждения.
Фиксатор мест междуфазных замыканий на линиях 6—10 кВ типа ФМК-10предназначен для дистанцион­ного определения расстояний до мест междуфазных ко­ротких замыканий на линиях 6—10 кВ. Определение расстояний осуществляется по значению фиксируемого реактивного сопротивления петли короткого замыкания поврежденного участка.
Расстояние до места двух- и трехфазных коротких замыканий определяется непосредственно в километрах для алюминиевых и сталеалюминиевых проводов раз­личных сечений.
В состав устройства входят блок токовый, блок изме­рения, электросекундомер ПВ-53, который применен в качестве блока отсчета, и кнопка опробования. Схема устройства приведена на рис. 20.
Устройство подключается к присоединениям, оборудо­ванным двумя трансформаторами тока и одним трех­фазным или двумя однофазными трансформаторами на­пряжения.
Устройство устанавливается в шкафу ввода КРУ, КРУН 10 кВ подстанций 35—110 кВ (одно на секцию шин 10 кВ).
Устройство типа «Волна» предназначено для опреде­ления места замыкания на землю в воздушных электри­ческих сетях 6—20 кВ, работающих с изолированной нейтралью или в режиме компенсации емкостного тока.
Определение места замыкания на землю основано на индикации вблизи линий электропередачи уровня выс­ших гармонических составляющих магнитного поля тока нулевой последовательности с помощью встроенного в устройство магнитного датчика. Поврежденная линия и ответвление определяются по максимальному показанию выходного прибора устройства, а место повреждения — по резкому снижению показаний прибора за местом за­мыкания при измерениях вдоль поврежденного направ­ления.
Устройство позволяет определять наличие в сети за­мыкания на землю и напряжения на линии путем конт­роля электрического поля с помощью электрической антенны. Оно также позволяет путем контроля электри­ческого тока вблизи опоры определять железобетонную опору, находящуюся под напряжением из-за пробоя изо­ляции на арматуру и нарушения заземления опоры.
Магнитный датчик М (рис. 21) с конденсаторами / образует резонансный контур, настроенный на частоту 250—550 Гц и включенный на вход эмиттерного повто­рителя 2. Делитель напряжения 3 обеспечивает ступен­чатое регулирование чувствительности устройства. Сиг­нал с выхода делителя подается через блок управления на вход первого транзисторного усилителя 4, на выход которого включен измерительный прибор 5.
Электрическая антенна А, представляющая собой металлическую пластину, встроенную в корпус устройст­ва, включена через эмиттерный повторитель 6 на вход второго усилителя 7, который имеет два выхода. Выход постоянного тока воздействует на усилитель 4, увеличи­вая или уменьшая его коэффициент усиления при умень­шении или увеличении электрического поля в точке из­мерения и, следовательно, напряжения на антенне.

Рис. 20. Фиксатор мест междуфазных замыканий на линиях 6—10 кВ типа ФМК-10

Выход переменного тока второго усилителя через блок управления подается на вход последних двух каскадов первого усилителя, что позволяет контролировать напря­женность электрического поля в точке измерения. Блок управления включает в себя переключатель режимов ра­боты и чувствительности устройства и кнопку включения питания.

Рис. 21. Функциональная устройства «Волна» Рис. 22. Электрическая функцио­нальная схема устройства «Зонд»

Устройство обладает высокой чувствительностью; по­вышенной селективностью за счет существенного сниже­ния зависимости показаний от изменения высоты подвеса проводов и расстояния от места измерения до оси линии; меньшей зависимостью показаний от изменений пере­ходного сопротивления в месте замыкания в процессе поиска; удобствами в эксплуатации за счет упрощения управления, уменьшения размеров и массы, наличия встроенной антенны.
Устройство «Зонд» предназначено для отыскания мест замыканий на землю на воздушных линиях напряжени­ем 6—20 кВ с изолированной и компенсированной нейт­ралью.
Работа устройства «Зонд» основана на принципе сравнения по фазе вектора тока одиннадцатой гармони­ки, имеющегося в токе нулевой последовательности, п вектора напряжения одиннадцатой гармоники, имеюще­гося в напряжении нулевой последовательности.
Электрическая функциональная схема устройства «Зонд» приведена на рис. 22. Схема содержит усилитель напряжения А1, усилитель тока А2 и схему индикации Е. Усилитель напряжения АV состоит из эмиттерного повто­рителя 1, на вход которого подается напряжение нуле­вой последовательности, наводимое в антенне. Напряже­ние с выхода эмиттерного повторителя / поступает на вход резонансного усилителя 2, настроенного на частоту 550 Гц.
Напряжение с выхода резонансного усилителя 2, пропорциональное нулевой последовательности одиннад­цатой гармоники, поступает на апериодический усили­тель 3. С выхода апериодического усилителя 3 напряже­ние нулевой последовательности одиннадцатой гармони­ки поступает на вход фазоинверсного каскада 4.
На входе усилителя тока А2 находится полосовой фильтр 5, настроенный на частоту 550 Гц. К выходу по­лосового фильтра 5 подключен апериодический усили­тель 6. Выходное напряжение, пропорциональное току нулевой последовательности одиннадцатой гармоники, поступает на делитель напряжения 7. С выхода усили­теля 7 напряжение, пропорциональное току нулевой по­следовательности одиннадцатой гармоники, через схему коммутации 9 поступает на апериодический усилитель 8.
В схему индикации Е входят схема коммутации 9, состоящая из четырех кнопок — «Земля», «Ток», «На­правление», «Контроль напряжения» и тумблера «Под­свет», фазосравнивающая схема 10, измерительная схема 11 и измерительный прибор 12.
В режиме работы «Земля» сигнал с выхода эмиттер­ного повторителя 1 через схему коммутации 9 подается на измерительную схему 11, а затем на измерительный прибор 12. В режиме работы «Ток» сигнал с выхода апе­риодического усилителя 8 через схему коммутации 9 по­дается на измерительную схему 11 и измерительный при­бор 12. В режиме работы «Направление» на фазосравнивающую схему 10 поступает сигнал с выхода канала напряжения и с выхода канала тока, после чего сигнал через измерительную схему 11 подается на измеритель­ный прибор 12.
Устройство «Зонд» позволяет оценивать уровень то­ков одиннадцатой гармоники и контролировать наличие напряжения нулевой последовательности основной ча­стоты 50 Гц (контролировать наличие «земли» в линии). В качестве дистанционных датчиков тока и напряже­ния в устройстве используются катушка на ферритовом сердечнике и штыревая антенна. Сигналы, снимаемые с датчиков, усиливаются, фильтруются, измеряются или сравниваются по фазе.
В качестве индикатора в устройстве «Зонд» исполь­зуется стрелочный электроизмерительный прибор типа М4205 магнитоэлектрической системы с нулем в середи­не шкалы.
На передней панели корпуса устройства «Зонд» на­ходятся кнопки режима работы «Ток», «Земля» и «На­правление», кнопка «Контроль питания», переключатель «Усиление» и тумблер «Подсвет».