Опыт наладки и эксплуатации фиксирующих индикаторов - Особенности работы, недостатки

Рассмотрим особенности работы, а также недостатки индикаторов ИМФ-3 (ЗС), установленных на ВЛ 330 - 500 кВ, оснащенных устройствами ОАПВ.
Из логики фиксации: и обработки аварийных величин индикатором ИМФ-3(3 С), изложенной в его техническом описании, однозначно следует, что правильно расстояние до места КЗ может быть измерено только при исходном (до ОАПВ) однофазном КЗ на линии и только в том случае, если пусковые органы индикатора при переходе линии в неполнофазный режим (цикл ОАПВ) возвращаются в исходное состояние. Чтобы индикатор готов был фиксировать новые аварийные параметры при устойчивом однофазном КЗ (неуспешное ОАПВ), выдержка времени устройства ОАПВ со стороны линии, где установлен индикатор и откуда осуществляется первое включение, должна быть больше 1,3 с, - времени, которое процессор индикатора затрачивает на обработку зафиксированных аварийных величин после прихода заднего фронта импульса КЗ тока при неселективном пуске или появлении разрешающего сигнала при пуске селективном. Здесь можно отметить, что именно на обработку зафиксированных параметров однофазного КЗ процессор затрачивает наибольшее время. При других видах повреждения оно меньше максимального. Принимая во внимание изложенное, практикой эксплуатации установлено:

1. При установке на ВЛ 330 - 500 кВ ФИ типа ИМФ-3 (ЗС) выдержка времени ОАПВ должна быть больше 1,3 с. В этом случае выдержки времени ОАПВ и индикатора ИМФ-3 (ЗС) согласуются между собой.
2. При неуспешном ОАПВ расстояние до места КЗ индикатор измеряет с определенной, но приемлемой погрешностью, так как для расчета такого вида повреждения - КЗ с обрывом фазы на противоположной стороне ВЛ - алгоритма не имеет. Правильный замер расстояния до места КЗ - замер при исходном, т.е. предыдущем КЗ.
3. Имеют место излишние срабатывания индикатора на стороне ВЛ, противоположной той, откуда осуществляется неуспешное ОАПВ. Причина наведенные ЭДС и токи в неповрежденных фазах

ВЛ от тока КЗ в поврежденной фазе при ее одностороннем включении. Замер расстояния недостоверный, многократно завышенный. Правильный замер - только при исходном (предыдущем) КЗ.

1. Независимо от предшествующей КЗ нагрузки ВЛ довольно часто имеют место случаи, когда после отключения поврежденной фазы и перехода линии в неполнофазный режим пусковые органы индикатора не возвращаются в исходное состояние. В абсолютном большинстве таких случаев индикатор правильно измеряет и аварийные параметры и длительность (0,14 - 0,16 с) исходного однофазного КЗ, хотя, если ориентироваться на логику его работы, длительность КЗ, которую он зафиксирует, должна равняться времени, в течение которого для пусковых органов сохраняются условия пуска, т.е. при успешном ОАПВ это время отключения поврежденной фазы плюс выдержка времени ОАПВ, а при неуспешном ОАПВ - плюс еще дополнительно время уже вторичного отключения поврежденной фазы вследствие того, что обработка зафиксированных аварийных величин, включая определение и длительности КЗ, начинается только после выполнения двух условий: возврат пусковых органов (исчезновение условий пуска), наличие разрешающего сигнала.

Из всех многочисленных случаев работы индикаторов зафиксирован только один случай измерения длительности исходного однофазного КЗ, отличающийся от ожидаемого при исправных индикаторе и выключателе - 0,36 с вместо 0,14 - 0,16 с.

1. Индикатор правильно наряду с фиксацией параметров исходного КЗ (КЗ предыдущее) фиксирует аварийные параметры цикла ОАПВ (КЗ последнее), кроме длительности этого цикла и расстояния до места КЗ, хотя, если опять же руководствоваться его техническим описанием, этого производить не должен, вследствие того, что не исчезают условия пуска индикатора при переходе от исходного однофазного КЗ к неполнофазному режиму ВЛ. Индикатор фиксирует значения нагрузочных токов в неповрежденных фазах, фазных напряжений, сдвиг фаз между токами и соответствующими им фазными напряжениями. Вид повреждения - двухфазное КЗ на землю, когда в качестве “поврежденных” фиксируются неповрежденные фазы линии. Расстояние до места КЗ, как правило, превышает длину линии.
2. Закономерностей при фиксации временных параметров, когда ВЛ находится в цикле ОАПВ, не установлено. Наблюдались случаи, когда “длительность КЗ” почти равнялась выдержке времени ОАПВ, или, в противном случае, разнице между выдержкой времени ОАПВ и длительностью обработки процессором зафиксированных аварийных величин. Складывается впечатление, что в первом случае фиксация аварийных параметров цикла ОАПВ осуществилась непосредственно после спада импульса тока исходного однофазного КЗ, что воспринимается индикатором как появление заднего фронта этого тока, во втором - после окончания обработки процессором аварийных параметров исходного однофазного КЗ, но когда еще сохраняются условия пуска индикатора и присутствует разрешающий сигнал. Этого происходить в обоих случаях вообще не должно, что непосредственно следует из текста технического описания индикатора ИМФ-3 (ЗС).
3. Разница между астрономическим временем “КЗ последним” (цикл ОАПВ) и “КЗ предыдущим” (исходное однофазное) всегда составляет 1,0 с.
4. Не зафиксировано ни одного случая фиксации аварийных параметров цикла ОАПВ индикаторами ИМФ-2, что полностью отвечает логике его работы, изложенной в техническом описании.

Исходя из сказанного, можно констатировать, что на ВЛ 330 - 500 кВ, оснащенных устройствами ОАПВ, как минимум, необходимо просматривать два последних срабатывания индикаторов ИМФ-3 (ЗС). Достоверные измерения отвечают только исходному однофазному КЗ на линии, кроме случая возможного сбоя в определении длительности протекания тока этого КЗ.
Теперь остановимся на некоторых особенностях работы индикаторов ИМФ-3 (ЗС) при использовании их в сетях 110 кВ. На транзитных ВЛ 110 кВ с промежуточными ПС, выполненными по упрощенным первичным схемам с коротко замыкателями и отделителями, при междуфазных КЗ на стороне НН понижающих трансформаторов в зоне действия их основных защит иногда, при достаточной чувствительности, происходят запуски ФИ на противоположной стороне тех ВЛ 110 кВ, которые заходят на эти ПС. При включении короткозамыкателя отключившиеся от земляных защит выключатели 110 кВ обеспечивают условия селективного пуска ФИ на каждой из сторон транзитной ВЛ. Измеренное расстояние до места КЗ намного превышает длину ВЛ 110 кВ, на которой они установлены, не говоря уже о расстоянии до места установки короткозамыкателя. Мерой, предотвращающей такие измерения, может быть отстройка пусковых органов ФИ транзитных ВЛ 110 кВ от междуфазных КЗ за понижающими трансформаторами упрощенных ПС, хотя сделать это на достаточно длинных ВЛ не всегда удается. Отличительный признак - фиксация именно междуфазного КЗ при наличии включившегося короткозамыкателя.
Определенной аналогией с описанным являются случаи следующих одно за другим на разных линиях с интервалом менее 5 с КЗ, когда первое из них вызывает пуск ФИ как на своей, так и на другой, повреждающейся следом ВЛ, которая, отключаясь, обеспечивает выполнение условий селективного пуска установленных на ней ФИ с аварийными параметрами, зафиксированными при исходном - первом по времени КЗ 5 с - это время, когда после фиксации заднего фронта импульса тока КЗ индикатор ожидает замыкание внешнего контакта, свидетельствующего об отключении выключателя линии. В этом случае аварийные параметры второго по времени КЗ будут утрачены, по крайней мере, на той стороне ВЛ, где индикатор оказался чувствительным к первому по времени КЗ.
Эксплуатация большого парка индикаторов ИМФ-3 в течение почти 5 лет позволила выявить их определенные недостатки. Принципиальный недостаток ФИ, не позволяющий измерять расстояние до места КЗ с высокой точностью, уже обусловлен тем принципом измерения этого расстояния, который в них использован - принцип односторонней фиксации отвечающих месту и виду КЗ аварийных величин и их последующей математической обработкой, когда на точность определения расстояния до места КЗ оказывают влияние известные факторы:
наличие переходного сопротивления в месте КЗ, в первую очередь, реактивного характера;
неблагоприятные соотношения мощностей (сопротивлений) примыкающих к ВЛ систем;
значение предшествующей КЗ нагрузки ВЛ.
Применительно к ФИ типа ИМФ-3 (ЗС), исходя из их конкретных конструктивных особенностей, это также:
наличие взаимоиндукции с другими ВЛ на части трассы;
неоднородность ВЛ;
различие сопротивлений нулевой последовательности одинаковых в конструктивном отношении ВЛ, сооруженных в районах с грунтами различной электрической проводимости;
нестабильность сопротивлений нулевой последовательности ВЛ в течение года (сезонные колебания сопротивлений);
отсутствие возможности выявления неполнофазного режима и алгоритма расчета расстояния до места КЗ при неуспешном ОАПВ на ВЛ 330 - 500 кВ.
Действуя совместно, дополнительные погрешности от всех указанных с учетом их знаков факторов могут либо увеличивать, либо уменьшать результирующую погрешность определения расстояния до места КЗ. Как показывает опыт использования ФИ типа ИМФ-3 (ЗС) на ВЛ 110-330 кВ Ставропольэнерго, среднеарифметическая приведенная к длине ВЛ погрешность определения расстояния до места КЗ не превышает 4%, что с инженерной точки зрения можно считать вполне приемлемым результатом, а использование ФИ ИМФ-3 (ЗС) на ВЛ 110 - 330 кВ полностью оправданным.
В то же время практика эксплуатации ФИ типа ИМФ-3 выявила один их существенный недостаток - неправильное определение вида повреждения и неизбежно появляющаяся из-за этого дополнительная погрешность определения расстояния до места КЗ вследствие того, что расчет этого расстояния производится по формуле, не отвечающей виду реального повреждения. Нами зафиксированы довольно многочисленные случаи двухфазных КЗ на землю в сети 110 кВ, которые ФИ типа ИМФ-3 (ЗС) классифицировали как однофазные. При этом точно установлено, что если разность токов в поврежденных фазах при двухфазном КЗ на землю превышает 12-15% максимального значения тока в одной из поврежденных фаз, то индикатор классифицирует его как однофазное и производит расчет расстояния до места повреждения по формуле, отвечающей этому виду повреждения. Поврежденная фаза, фиксируемая индикатором, - фаза с большим из двух поврежденных фаз током. Также установлено, что при трехфазном на землю КЗ в одной точке (единичные случаи), когда ток повреждения в одной из фаз был значительно (на 50 - 60%) меньше, чем в двух остальных, индикатор классифицировал это КЗ как трехфазное, а не двухфазное на землю и производил расчет расстояния до места повреждения по формуле для “чистого” трехфазного КЗ с неизбежно возникающей вследствие этого погрешностью. Здесь также можно отметить, что алгоритма расчета расстояния до места КЗ при трехфазном КЗ, сопровождающимся протеканием довольно большого относительно фазных тока нулевой последовательности, - трехфазном КЗ на землю - ФИ не имеет и соответственно расчета расстояния до места КЗ для этого вида повреждения производить не может.
Остановимся еще на одном, выявленном в процессе эксплуатации недостатке ФИ типа ИМФ-3, у которых имеется возможность регулировки чувствительности запуска путем изменения коэффициентов не симметрии (К несим) и запуска (Кзап). У таких индикаторов задача самозапуска решается путем проверки одного из следующих условий:

1. I1> 1,2Iном;
2. I2 > Kнесим I1 и одновременно 1I1> Кзап Iιном,  где  I1-2 - модули входного тока прямой и соответственно обратной последовательностей контролируемой линии; Iном - номинальное значение первичного тока трансформаторов тока контролируемой линии; регулируемые коэффициенты: Iнесим = 0,05 Т 0,5 и Кзап = 0,1 -:- 0,95.

Из приведенных условий самозапуска индикаторов видно, что при отсутствии несимметрии токов, когда ток обратной последовательности равен нулю, а нагрузка линии меньше номинальной, пуск ФИ невозможен. Практика, однако, показывает, что даже на ВЛ 330 кВ при полностью симметричной нагрузке со значением менее 10% номинальной наблюдались случаи самозапуска индикаторов, которые устранялись путем простого увеличения коэффициента запуска, что противоречит выполнению и первого условия самозапуска, по которому ток прямой последовательности должен минимум на 20% превышать номинальный, и второго, - когда регулировка Кзап даже до его минимального значения не должна влиять на условия самозапуска индикаторов в силу отсутствия тока обратной последовательности. Выходит, что для регулировки чувствительности индикатора достаточно обеспечить выполнение только второго неравенства второго условия самозапуска, исключая, таким образом, первое из них.
Из отмеченных факторов, каждый из которых вносит дополнительную погрешность в определение расстояния до места повреждения ВЛ индикаторами ИМФ-3 (ЗС), наибольший удельный вес имеет фактор наличия участков взаимоиндукции между ВЛ, особо явственный в современных разветвленных сетях 110 кВ. Для ВЛ 110 кВ, оборудованных ФИ, имеющих участки сближения (участки с взаимоиндукцией) с другими ВЛ, можно предварительно рассчитать ожидаемую дополнительную погрешность определения расстояния до места КЗ для любой из точек однофазного КЗ на этих линиях или, иначе, при перемещении точки однофазного КЗ вдоль индуктивно связанных линий. Напомним, что расчетные алгоритмы ФИ ИМФ-3 (ЗС) решают задачу определения расстояния до места КЗ только для тех линий, которые не имеют участков сближения с другими линиями этого же или другого - повышенного - напряжения. Используя базовую модель сети, учитывающую все имеющиеся участки сближения ВЛ, рассчитываем аварийные значения токов, напряжений, фазовые соотношения между ними при перемещении точки однофазного КЗ вдоль линии. Затем по упрощенной формуле, приведенной в техническом описании индикатора, используемой при проверке индикаторов вторичными параметрами от постороннего источника, для каждой точки КЗ рассчитываем отвечающие им расстояния, которые будет фиксировать индикатор. Разности расчетных и заданных расстояний для каждой точки КЗ составят абсолютную погрешность определения расстояния до точки КЗ. Формулы для расчета расстояния до места КЗ при двухфазном КЗ на землю, когда также проявляется взаимоиндукция, в техническом описании не приводится. Поэтому рассчитывать аварийные параметры для этого вида повреждения нет необходимости. На рисунке приведены кривые относительной и приведенной к длине линии погрешностей определения расстояния до мест КЗ для одной из возможных конфигураций схем ВЛ (расчеты выполнены инж. А. П. Каленской). Если погрешности неприемлемы, их необходимо уменьшать (если имеются для этого возможности) либо учитывать в реальной практике ОМП (если таких возможностей нет). ч
Если взаимоиндуктивные ВЛ коммутируются на одни и те же шины ПС (станции), то бывает достаточным завести ток нулевой последовательности смежной (условно параллельной) ВЛ 3Го в индикатор ИМФ-3 (ЗС), установленный на ВЛ, погрешность определения расстояния до мест КЗ которой искусственно снижается.
Уменьшить рассматриваемый вид погрешности до нуля невозможно в силу ее изменяющегося значения и даже знака при движении точки КЗ вдоль линии. Речь может идти только об общем снижении погрешности до приемлемых значений путем подбора соответствующего значения коэффициента взаимоиндукции Км. Обязательным условием является учет полярности вводимого тока. При обратной полярности этого тока ФИ многократно завышает расстояния до мест КЗ. Несомненно, что на параллельных линиях (двухцепных) учет влияния смежной линии обязателен.
Опыт эксплуатации показывает, что максимально достижимая на практике точность ОМП на ВЛ 110 кВ при использовании ФИ ИМФ-3 достигается в том случае, если расчет расстояния до места КЗ производится по формуле метода двусторонних измерений аварийных параметров нулевой последовательности по концам поврежденной ВЛ. Это утверждение справедливо и для случаев, когда рассматриваемая ВЛ имеет участки взаимоиндукции с другими ВЛ этого же или другого - повышенного напряжения. При срабатывании ФИ достаточным условием подтверждения достоверности их показаний является условие примерного равенства суммы показаний ФИ с обоих концов линии ее полной длине. При этом в абсолютном большинстве случаев сумма показаний расстояний до места КЗ обоих ФИ оказывается меньше значения полной длины поврежденной ВЛ. Это положение справедливо и для случаев включения короткозамыкателя на промежуточной ПС отключившейся ВЛ. Уместно предположить, что реальные значения сопротивлений нулевой последовательности ВЛ 330 - 110 кВ ниже, чем расчетные, введенные в индикатор в качестве уставок. Учитывая это, искусственно повысить точность измерения ФИ можно двумя путями: “подгонкой” уставок и обратным расчетом по известному расстоянию до места КЗ сопротивления нулевой последовательности ВЛ и введения последнего в качестве уставки в ФИ.
Повышая таким образом точность измерения ФИ, необходимо помнить, что на длинных ВЛ, проходящих в районах с грунтами различной электрической проводимости, погрешность измерения расстояния до точки КЗ не будет оставаться постоянной, а будет определяться местоположением последней из-за различия значений сопротивлений нулевой последовательности участков рассматриваемой ВЛ. Но все-таки существенно точность измерения расстояния до места КЗ повышает только расчет этого расстояния по формуле метода двусторонних измерений, при котором зона осмотра В Л сокращается на 30 - 40% по сравнению с измерениями расстояния до места КЗ односторонне.
Как указывалось ранее, дополнительная погрешность ОМП от влияния магнитосвязанных ВЛ может быть рассчитана заранее. Зная максимальные значения этой погрешности при КЗ в отвечающих ей конкретных точках ВЛ, учитывая знак этих погрешностей, можно рассматривать вопрос об их уменьшении в целом до каких-то достижимых на практике значений. Один из способов уменьшения погрешностей может заключаться в следующем. Считаем, что дополнительная погрешность равна нулю. Так как расстояние до точки КЗ известно, то можно обратным пересчетом, используя упрощенные формулы, приведенные в техническом описании, связывающие аварийные вторичные значения тока, напряжения, сопротивления нулевой и прямой последовательностей с расстоянием до точки КЗ, рассчитать такое новое значение сопротивления нулевой и отчасти прямой последовательностей, когда показания индикатора будут отвечать в точности заданному, а дополнительная погрешность от влияния магнитосвязанных ВЛ будет равна нулю.
Естественно, что при КЗ в других точках ВЛ при новом значении сопротивления нулевой последовательности значения погрешностей изменятся. Подбирается такое значение сопротивления нулевой последовательности, при котором в целом кривая дополнительной погрешности при движении точки однофазного КЗ вдоль линии будет принижена. Возможно появление точек, в которых погрешность изменяет знак или увеличивается по сравнению с ранее рассчитанной. Но в целом, однако, исчезают точки, в которых погрешность недопустимо велика. Работу по корректировке сопротивления нулевой последовательности нужно вести постоянно также и для ВЛ, не имеющих магнитных связей с другими ВЛ. Характерный случай - включение короткозамыкателя на ПС, выполненной по упрощенной схеме. Здесь также точно известно расстояние до точки КЗ, а из показаний ФИ - значения токов и напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей, что позволяет скорректировать значения сопротивлений нулевой (прямой) последовательности, чтобы до минимума свести расхождения между реальными параметрами ВЛ и введенными в базовую (расчетную) модель сети.

Службой РЗА практически осуществлена проверка возможности ОМП по токам и напряжениям обратной последовательности, фиксируемыми индикаторами ИМФ-3 (ЗС) при КЗ на ВЛ 110 кВ, имеющими взаимоиндуктивные участки. Расчет расстояния до места повреждения производился по формуле метода двусторонних измерений. Опыт свидетельствует, что никаких преимуществ по сравнению с методом использования составляющих нулевой последовательности данный способ не имеет. В абсолютном большинстве случаев погрешность ОМП по токам и напряжениям нулевой последовательности оказывается меньше, чем при использовании составляющих обратной последовательности.

Выводы

1. НПФ “Радиус” разработан и выпускается законченный ряд фиксирующих индикаторов, позволяющий решать задачи ОМП на ВЛ 6 - 500 кВ с достаточной для практики точностью, в том числе и при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированными нейтралями силовых трансформаторов.
2. Фиксирующие индикаторы типа ИМФ-ЗС должны быть так усовершенствованы, чтобы при применении их на ВЛ 330 - 500 кВ, оборудованных устройствами ОАПВ, осуществлялась фиксация только аварийных параметров исходного однофазного КЗ. При последующем переходе линии в неполнофазный режим работы аварийные параметры цикла ОАПВ фиксироваться не должны, даже если для пусковых органов ФИ сохраняются условия самозапуска.
3. Необходимо усовершенствование алгоритма выявления двухфазного на землю КЗ ФИ типа ИМФ-ЗС при использовании их в сетях 110 — 500 кВ.
4. Применение ФИ типа ИМФ-3 (ЗС) полностью оправдано и в современных разветвленных распределительных сетях 110 кВ, имеющих участки с взаимоиндуктивными ВЛ, при условии расчета расстояния до места КЗ поврежденных ВЛ по формуле метода двустороннего замера токов и напряжений нулевой последовательности по их концам.
5. Если дополнительная погрешность определения расстояния до места КЗ от влияния взаимоиндукции между ВЛ будет рассчитана заранее, то можно значительно повысить точность ОМП в сетях 110 кВ с взаимоиндуктивными ВЛ.