5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ВЛ ПРИ ПОМОЩИ ФИКСИРУЮЩИХ ИНДИКАТОРОВ
Рассматриваемая методика использует методы, основанные на измерении и фиксации в момент КЗ параметров аварийного режима (токов и напряжений) с последующим расчетом места повреждения. По виду измерений эти методы делятся на две группы: с односторонним и двусторонним измерением параметров на концевых подстанциях. Для ВЛ напряжением 110 кВ и выше с ответвлениями используются дополнительные измерения на подстанциях ответвлений. Укрупненная классификация методов ОМП ВЛ 6-750 кВ показана на рис. 22.
Поскольку электрические сети напряжением 6-35 и 110 кВ и выше отличаются друг от друга характером режима заземления нейтрали трансформаторов на подстанциях, то это обусловливает различный характер повреждений линий соответствующих напряжений. Электросети 6-35 кВ работают с изолированной или компенсированной нейтралью, а сети 110 кВ и выше - с глухозаземленной нейтралью трансформаторов. С учетом сказанного метода. ОМП ВЛ указанных выше электросетей рассматриваются отдельно.
Методы определения мест короткого замыкания ВЛ напряжением 6-35 кВ
Эти ВЛ выполняют функции передачи электроэнергии непосредственно ее потребителям и поэтому относятся к распределительным сетям. Особенностью этих сетей является также то, что их схема первичных соединений носит разветвленный, древовидный характер. Указанное обстоятельство значительно усложняет метод и процедуру отыскания мест повреждения, а в ряде случаев увеличивает время поиска.
В рассматриваемых сетях значительные токи повреждения имеют место при трех- и двухфазных КЗ, а также при двойных замыканиях на землю, которые всегда отключаются релейной защитой. При замыканиях на землю одной из фаз проходящий при этом ток незначителен, а междуфазные напряжения остаются без изменения. В этом случае поврежденная линия в большинстве случаев не отключается, но работает сигнализация замыкания на землю.
Рис. 22. Классификация методов ОМП
Поскольку длительная работа сети с замыканием фазы на землю недопустима, так как с течением времени может произойти развитие повреждения, то должны быть приняты меры к поиску и выявлению причины замыкания с последующим ее устранением. (В данной книге методы поиска мест замыкания не рассматриваются.) В количественном отношении КЗ в сетях распределяются примерно таким образом: однофазные - 65%; двухфазные и двойные замыкания на землю - 20%; двухфазные - 10%; трехфазные - 5%.
С учетом изложенного ниже рассматриваются методы определения мест повреждения при междуфазных коротких замыканиях, как связанных с землей, так и без земли. Для рассматриваемых ВЛ применяются только методы, основанные на одностороннем измерении параметров аварийного режима (рис. 22). Как правило, измерения производятся на питающей подстанции.
Измерение тока обратной последовательности.
Данный метод основан на сравнении фиксируемых при аварийных отключениях токов обратной последовательности с предварительно рассчитанными их значениями при междуфазных КЗ в отдельных точках линии, включая ответвления вдоль ВЛ [2]. Для измерения тока обратной последовательности на питающей подстанции 110/35/6(10) кВ устанавливается фиксирующий индикатор тока обратной последовательности ФПТ (см. §1), присоединяемый к трансформаторам тока 6 (10 кВ) на стороне низшего напряжения силового трансформатора подстанции, как это показано на рис. 23, а. Этот метод впервые применен в Белглавэнерго.
Расчет токов обратной последовательности выполняется для каждой линии электропередачи, отходящей от шин 6(10) кВ данной подстанции. На схему ВЛ наносятся линии, соединяющие точки с одинаковыми значениями тока обратной последовательности (эквитоковые линии). На рис. 23, б в качестве примера показаны эквитоковые линии одной из ВЛ 10 кВ.
Поскольку эквитоковые линии построены без учета нагрузки, ОМП по измеренному току обратной последовательности может приводить к дополнительной погрешности [3, 4]. Как видно из схемы замещения обратной последовательности, показанной на рис. 23, в, сопротивление эквивалентной нагрузки Zh2 шунтирует цепь, в которую включен фиксирующий индикатор ФПТ. В результате измеряемый ток /т2 меньше
Рис. 23. Определение мест повреждения в электрической сети 6(10) кВ:
а - однолинейная схема первичных соединений однотрансформаторной подстанции; б - однолинейная схема первичных соединений линии 10 кВ и эквитоковые линии при двухфазных КЗ; в - схема замещения обратной последовательности участка сети 6(10) кВ
действительного тока /л2 поврежденной линии W1 при коротком замыкании в точке К (рис. 23, а) на величину, определяемую током нагрузки /и2, т.е.
При возникновении междуфазного КЗ с помощью индикатора ФПТ фиксируется значение тока обратной последовательности. При этом, поскольку расчет токов обратной последовательности выполняется без учета влияния нагрузки, в индикаторе ФПТ предусмотрена соответствующая коррекция, расчет которой приведен ниже. По значению измеренного тока и схеме отключившейся линии на основании эквитоковых линий определяется место КЗ.
С учетом разветвленности электрической сети одному и тому же измеренному значению тока обратной последовательности может соответствовать несколько мест повреждения, что усложняет поиск поврежденных элементов. Для ускорения поиска измерение тока обратной последовательности используется в сочетании с указателями поврежденного участка УПУ-1 [5], которые устанавливаются в местах разветвлений. С 1987 г. на рижском опытном заводе "Энергоавтоматика" вместо указателя УПУ-1 начато серийное производство указателя УКЗ, обладающего улучшенными техническими характеристиками.
В ряде случаев на подстанциях устанавливаются два силовых трансформатора, вследствие этого фиксирующий индикатор ФПТ включается на сумму их токов на стороне низшего напряжения, при этом такое включение допустимо при одинаковых коэффициентах трансформации трансформаторов тока. Если коэффициенты Трансформации различны, то здесь требуется установка дополнительного разделительного трансформатора.
Поскольку на подстанциях, питающих ВЛ 6(10) кВ, при КЗ возможны значительные снижения и исчезновения напряжения переменного оперативного тока, индикатор ФПТ должен применяться с серийно выпускаемым блоком питания. Возможно использование для каждого трансформатора отдельного индикатора ФПТ.
Точность рассматриваемого метода ОМП в значительной степени определяется погрешностью задания исходных параметров ВЛ. Это особенно важно для линий 6(10) кВ, которые подчас состоят из участков разных длин и проводов неодинакового сечения, расположенных на опорах различных видов.
Для расчета токов обратной последовательности и построения эквитоковых линий целесообразно применение ЭВМ. Соответствующие программы расчета разработаны в Белглавэнерго, Союзтехэнерго, Сельэнергопроекте и др.
Аналогично определяется место КЗ при использовании фиксирующих индикаторов напряжения обратной последовательности ФПН.
Возможен еще один вариант использования индикаторов ФПТ и ФПН для ОМП в электрических сетях 6-35 кВ. Здесь используются характеристики зависимости тока (напряжения) обратной последовательности
Рис. 24. Номограмма для определения расстояния до мест КЗ
от расстоянии до места повреждения и марки проводов, построенное для конкретной подстанции в виде номограммы [6]. Номограмма имеет несколько абсцисс - по числу марок проводов, использованных в конкретной сети. По этим осям в линейном масштабе откладываются расстояния до места двухфазного КЗ на ВЛ. По оси ординат в логарифмическом масштабе откладываются значения тока (напряжения) обратной последовательности (рис. 24). График строится следующим образом. Вначале определяется максимальное значение тока обратной последовательности при КЗ на шинах подстанции по формуле
где Ucp - среднее значение напряжения на шинах, В; Rc2, Хд2 - соответственно активное и индуктивное сопротивления обратной последовательности сети, примыкающей к ВЛ, Ом. Затем определяется минимальное значение тока при КЗ в конце ВЛ с наибольшим сопротивлением:
где L - длина участка ВЛ с наибольшим сопротивлением; гуд2, худ2 - удельные соответственно активные и индуктивные сопротивления обратной (прямой) последовательности участков проводов линии, Ом/км. Далее для разных значений тока обратной последовательности в пределах от /л2 до /ш2 определяется расстояние до места повреждения на линиях с разными марками проводов:
где /2 - ток обратной последовательности в месте КЗ, А.
42
При построении графика зависимости напряжения обратной последовательности от расстояния до места КЗ напряжение вычисляется по формуле
Номограммы могут строится либо в первичных, либо во вторичных величинах по данным предварительных расчетов токов и напряжений при КЗ ВЛ.
В качестве примера на рис. 24 показана номограмма применительно к подстанции 35/10 кВ, где установлен трансформатор мощностью 4 MB-А. По оси ординат отложены первичные значения тока обратной последовательности.
При помощи такой номограммы по показаниям фиксирующих индикаторов определяется расстояние до места повреждения на любой линии подстанции, в том числе на линиях, имеющих участки с проводами разных марок. Так, при показании индикатора ФПТ 250 А расстояние до места повреждения на линии с проводом АС 50 составляет 30 км. Если поврежденная линия имеет участки с разными марками проводов, например в начале линии имеется участок с проводом АС 50 длиной 13 км, а следующий участок выполнен проводом АС 25, то при показании индикатора 250 А расстояние до места повреждения определяется как сумма длин первого (аб) и части второго (вг) участков и равно 26 км.
Измерение и фиксация тока и напряжения обратной последовательности с учетом значения эксплуатационного напряжения, предшествующего КЗ, используются для определения мест повреждения ВЛ напряжением 35 кВ, а иногда и ВЛ 6(10) кВ. В этом случае расстояние до мест КЗ вычисляется по формуле
где L/ф - фазное напряжение на шинах питающей подстанции, измеряемое с помощью щитового вольтметра и периодически регистрируемое дежурным подстанции в суточной ведомости. Остальные параметры аварийного режима измеряются фиксирующими индикаторами ФПТ и ФПН.
Данный способ не исключает влияния переходного сопротивления в месте повреждения, которым при междуфазных КЗ практически можно пренебречь. К недостаткам способа следует отнести необходимость знания доаварийного фазного напряжения.
Измерение сопротивления участка ВЛ до мест междуфазных коротких замыканий.
На основе измеренного сопротивления петли короткого замыкания со стороны питающей подстанции определяется расстояние до мест КЗ в километрах. При измерении индуктивного сопротивления исключается влияние переходного сопротивления в месте повреждения.
На указанном принципе рижским опытным заводом "Энергоавтоматика" до 1988 г. выпускался фиксатор ФМК-10 [7]. Устройство ФМК-10 измеряет расстояние при подведении к нему реактивной составляющей напряжения между поврежденными фазами и разности фазных токов КЗ поврежденных фаз. (В данной книге фиксатор ФМК-10 не рассматривается.)
