Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современных методов и технических средств ОМП ЛЭП 6—35 кВ 10
1.1 Особенности ЛЭП 6-35 кВ для решения задач ОМП 10
1.1.1 Характеристика причин повреждений распределительных сетей .10
1.1.2 Режимы нейтрали и анализ замыканий 13
1.2 Классификация методов и средств ОМП ЛЭП 6-3 5кВ 18
1.2.1 Характеристика классификационных признаков 18
1.2.2 Дистанционные методы 21
1.2.3 Топографические методы 23
1.3 Анализ технических средств активного зондирования ОМП ЛЭП 6—35
кВ 24
1.3.1 Применение универсальных» рефлектометров, использующих простые зондирующие сигналы 25
1.3.2 Применение средств активного зондирования, использующих сложные зондирующие сигналы 31
1.3.3 Ограничения в применении известных методов активного зондированиям сетях 6—35 кВ 35
1.4 Выводы 39
2. Методы активного зондирования воздушных ЛЭП напряжением 6—35 кВ для определения мест повреждений 40
2.1 Разработка новых методов локации повреждений воздушных ЛЭП распределительных сетей 40
2.1.1 Методы ОМП и идентификации ответвлений ЛЭП с применением дискретно кодированных импульсных сигналов 44
2.1.2 Методы ОМП и идентификации ответвлений ЛЭП с применением импульсных сигналов с линейной частотной модуляцией 48
2.1.3 Повышение разрешающей способности рефлектограмм при ОМП ЛЭП 51 2.2 Принципы использования информации ОМП, полученной различными средствами для повышения точности оценки расстояния до повреждения 55
2.3 Выводы 62
3. Разработка перспективных технических средств активной локации повреждений ЛЭП 6-35 кВ 63
3.1 Технические требования к автоматическому локационному искателю мест повреждений 63
3.1.1 Требование к параметрам выходного сигнала прибора 64
3.1.2 Требование к входнымпараметрам прибора 70
3.1.3 Интеграция прибора ОМП ЛЭП в программно-технический комплекс подстанций 71
3.1.4 Требования к.управлению прибором 73
3.2 Новые алгоритмы-цифровой обработки сигналов 75
3.2.1 Алгоритм вычисления дальностно-частотного портрета ЛЭП 75
3.2.2 Алгоритм компенсации ошибок ОМП ЛЭП вследствие частотно-временной зависимости параметров сложных сигналов
3.3 Схемные решения автоматического локационного-искателя места-повреждения 89
3.4 Выводы 95
4. Эффективность применения методов определения мест повреждений воздушных ЛЭП 6-35 кВ 96
4.1. Экспериментальные исследования новых методов ОМП воздушных ЛЭП 96
4.1.1 Структура и применение экспериментального комплекса 96
4.1.2 Точностные характеристики определения расстояния до повреждения 111
4.2 Технико-экономическое обоснование и эффективность применения ОМП ЛЭП в сетях с напряжением 6—35 кВ 113
4.2.1 Детерминированные подходы к оценке эффективности ОМП ЛЭП (с полной определённостью) 115
4.2.2 Оценка эффективности ОМП ЛЭП в условиях риска 117
4.2.3 Оценка эффективности применения ОМП ЛЭП в условиях неопределённости 124
4.3 Выводы 129
Заключение 130
Литература 132
- Классификация методов и средств ОМП ЛЭП 6-3 5кВ
- Методы ОМП и идентификации ответвлений ЛЭП с применением дискретно кодированных импульсных сигналов
- Требование к входнымпараметрам прибора
- Точностные характеристики определения расстояния до повреждения
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Воздушные и кабельные линии (ВЛ и КЛ) напряжением 6-35 кВ составляют основу распределительных электрических сетей и, по данным ОАО «ФСК ЕЭС», имеют протяжённость около 1,3 млн. км. Более 600 тыс. км этих линий выработали свой ресурс, что приводит в среднем к 8 отключениям в год на 100км.
Дистанционное точное определение места повреждения (ОМП) на линиях - сложная и актуальная задача автоматики распределительных электрических сетей 6-35 кВ, решение которой позволяет существенно сократить время нахождения ЛЭП в ремонте после ее аварийного отключения. Существующие методы и технические средства ОМП, применяемые в настоящее время в сетях 6-35 кВ, не всегда обеспечивают селективность и требуемую точность определения места повреждения, прежде всего в сетях, содержащих линии с ответвлениями. Поэтому совершенствование методов и технических средств ОМП в сетях 6-35 кВ, прежде всего, содержащих ВЛ, является актуальной задачей.
Большой вклад в исследование методов ОМП ЛЭП внесли работы российских учёных: А.И. Айзенфельда, Е.А. Аржанникова, Я.Л. Арцишевского, Б.В. Борозинца, В.А. Борухмана, Я.С. Гельфанда, А.Н. Висящева, А.Ф. Дьякова, А.П. Кузнецова, Д.Р. Любарского, Ю.Я. Лямеца, М.Ш. Мисриханова, Г.С. Нудельмана, М.П. Розенкопа, Ю.М. Силаева, А.С. Саухатаса, А.И. Таджибаева, A.M. Федосеева, Э.М. Шнеерсона, В.А. Шуина и зарубежных, таких как: В.М. Aucoin, А.А. Girgis, R. Das, S. Hannien, M. Kezunovic, M. Lehtonen, A.G. Phadke, B. Russell, M.S. Sachdev. Однако проблема ОМП ЛЭП 6-35кВ не имеет окончательного решения. Новые методы и средства ОМП, разрабатываемые, в том числе, с использованием методов активного зондирования ВЛ, исследованы в работах Г.М. Шалы-та, А.Л. Куликова, Г.М. Лебедева, Е.В. Закамского, Д.М. Кудрявцева, но предлагаемые технические решения ориентированы преимущественно на магистральные линии и не учитывают особенности электрических сетейб-35 кВ, а именно:
сильную разветвлённость В Л 6-35 кВ и быстрое затухание сигналов зондирования в таких условиях;
неоднозначность (неселективность) одностороннего ОМП ВЛ 6-35 кВ при наличии ответвлений;
ошибки ОМП при активном зондировании сложными широкополосными сигналами, вызванные диспергирующими свойствами линий;
возможности по объединению информации, полученной различными средствами при ОМП ЛЭП;
интеграцию современных цифровых устройств ОМП ЛЭП, основанных на методах активного зондирования, в единый программно-аппаратный комплекс подстанций, в том числе с использованием протокола МЭК 61850;
технико-экономические особенности эксплуатации ЛЭП 6-35 кВ, опре
деляющие эффективность применения методов активного зондирования.
Указанные факторы не только определили формулировку задачи исследования, связанной с адаптацией известных технических решений, но и привели к необходимости поиска новых инструментов ОМП ЛЭП 6-35 кВ, основанных на использовании методов активного зондирования.
Цель диссертационной работы заключается в совершенствовании существующих и разработке новых методов и технических средств определения мест повреждений В Л 6-35 кВ на основе методов активного зондирования.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:
уточнение классификации методов ОМП и анализ особенностей применения методов активного зондирования в целях ОМП ЛЭП 6-35 кВ;
разработка новых методов ОМП ЛЭП 6-35 кВ с применением сложных зондирующих сигналов, позволяющих повысить разрешающую способность рефлектограмм, обеспечить селективность одностороннего ОМП при наличии ответвлений, компенсировать ошибки, вызванные диспергирующими свойствами линий;
формулировка технических требований к опытному образцу и разработка нового автоматического локационного искателя места повреждения, основанного на использовании метода активного зондирования;
проведение натурных испытаний на ЛЭП 6-10 кВ новых алгоритмов и технических решений, экспериментальная оценка точностных характеристик определения расстояния до повреждения в условиях шумов и помех;
разработка методики оценки эффективности применения ОМП ЛЭП в условиях неопределённости и риска.
Методы исследования. Разработанные в диссертационной работе научные положения основаны на системном подходе к анализу повреждений ВЛ 6-35 кВ и комплексе теоретических и экспериментальных методов, применяемых в этой области. Решение поставленных задач базируется на достижениях фундаментальных и прикладных наук, таких как математический анализ и математическая статистика, теоретические основы электротехники и радиоэлектроники.
Достоверность и обоснованность результатов работы. Разработанные в диссертационной работе теоретические положения реализованы в новых технических решениях и апробированы экспериментально на ЛЭП 6-Ю кВ, а также путём имитационного моделирования. Результаты экспериментов не противоречат результатам, полученным ранее другими авторами и дополняют их.
Научная новизна работы состоит в следующем: 1. Разработан алгоритм построения дальностно-частотных портретов ВЛ 6-35 кВ, формируемых на основе метода активного зондирования сложными широкополосными сигналами, позволяющий анализировать частотные свойства локальных участков ЛЭП.
Разработаны и апробированы в ходе натурных испытаний и путём имитационного моделирования новые методы селективного одностороннего OMIT ЛЭП в условиях разветвлённых ВЛ 6-35 кВ.
Предложены статистические методы объединения информации, полученной от различных технических средств, для повышения точности ОМП ЛЭП.
Разработана методика технико-экономических расчётов эффективности использования ОМП ЛЭП в условиях неопределённости и риска.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Предложенные в работе новые алгоритмы обладают более высокими точностными характеристиками и обеспечивают повышение эффективности ОМП ВЛ 6-35 кВ.
Новый экспериментальный образец автоматического локационного искателя может стать прототипом серийно выпускаемого прибора ОМП ЛЭП.
Полученные в ходе натурных испытаний результаты могут быть применены при изучении характеристик ВЛ 6-Ю кВ, а также при решении задач диагностики этих линий.
Разработанные методы объединения информации при ОМП ЛЭП позволяют сформировать комплексные алгоритмы повышенной точности.
Использование методики оценки эффективности применения ОМП в условиях неопределённости и риска целесообразно при технико-экономическом обосновании мероприятий по реконструкции и перевооружению распределительных сетей 6-35 кВ.
Реализация результатов работы. Результаты по исследованию новых методов ОМП ЛЭП 6-10 кВ получены в 2008 году в ходе натурных экспериментов на объектах филиала ОАО «МРСК Центра и Приволжья» - «Ниж-новэнерго».
Разработанные алгоритмы реализованы в программном обеспечении экспериментального промышленного образца автоматического локационного искателя места повреждения.
Основные положения, выносимые на защиту:
Новые методы селективного ОМП ВЛ 6-35 кВ с применением активного зондирования.
Алгоритмы формирования дальностно-частотных портретов ЛЭП, позволяющие устранить неоднозначность (неселективность) при ОМП разветвлённых линий.
Результаты экспериментальных исследований и имитационного моделирования ОМП В Л 6-10 кВ.
Аппаратурная реализация экспериментального автоматического искателя места повреждения.
Технико-экономическое обоснование применения приборов ОМП ЛЭП в условиях неопределённости и риска.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: Международной научно-технической конференщш «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XIV
Бенардосовские чтения) (г. Иваново, 2007), Международном научном семинаре «Методические вопросы исследования надёжности больших систем энергетики», (г. Иркутск, 2008), XVHI-й Всероссийской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика», (г. Нижний Новгород, 2008), XXIX сессии Всероссийского научного семинара Академии наук РФ «Кибернетика электрических систем» по тематике «Электроснабжение промышленных предприятий» (г. Новочеркасск, ЮРГТУ, 2007), Ш-ем международном радиоэлектронном форуме «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» МРФ-2008 (г. Харьков, 2008).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка и трех приложений. Общий объем работы составляет 176 страниц, в том числе основного текста 131 страницы, включая 65 рисунков, 5 таблиц и 15 страниц библиографического списка (156 наименований).
Классификация методов и средств ОМП ЛЭП 6-3 5кВ
Возможные повреждения, прежде всего ЛЭП 6-35 кВ вызваны конструктивными недостатками (несовершенством) оборудования; некачественным обслуживанием, дефектами монтажа, ошибками при проектировании, неудовлетворительной эксплуатацией оборудования, ненормативными условиями и режимами работы. В число наиболее характерных причин возникновения, повреждений ЛЭП включают [6; 94, 106]: нарушение изоляции из-за пробоя, старения, вследствие перекрытия на дерево-кустарниковую растительность (ДКР), строительную технику и др.; злоумышленные повреждения: наброс на ЛЭП, повреждения кабелей при земляных работах и т.д.; обрывы проводов и тросов, вызванные ветряными нагрузками, гололёдом идр.; повреждения, связанные с животными и птицами: повреждения выводов из кабельных воронок крысами, гнездование птиц на разрядниках, траверсах с опорной изоляцией и др.; пробой или перекрытие ударом молнии опорных или подвесных изоляторов, выключателей и др.; ошибки оперативного и эксплуатационного персонала: заземление цепи, находящейсяпод напряжением; разрыв разъединителями рабочего или ёмкостного тока ит.д.
Одними из самых опасных видов повреждений в сетях 6—35 кВ, свойственных как ВЛ, так и КЛ, являются обрывы фазных проводов. Основные причины обрыва проводов связаны с неправильной работой в охранной зоне ЛЭП сторонних лиц, дефектами монтажа, ветровыми нагрузками,и гололёдом. Чаще всего обрывается один из трёх фазных проводов, нарушается симметрия, возникают токи и напряжения обратной последовательности. Это приводит к длительным недопустимым режимам работы электроприёмников потребителей.
При обрыве провода ВЛ возникают три характерных режима: при обрыве в средине пролёта возникает замыкание с касанием упавших проводов земли, при этом ток нагрузки в повреждённой фазе протекает часть пути по земле, встречая увеличенное сопротивление (режим, как при замыкании на землю, дополнительно характеризуется появлением токов и напряжений обратной последовательности); при обрыве около одной из опор В Л и касании земли упавшего провода со стороны источника возникает сложный вид повреждения, характеризую щийся исчезновением тока нагрузки в повреждённой фазе, появлением токов и напряжений обратной последовательности, тормозятся и останавливаются двигатели (нагрузка питается только по двум фазам, ёмкостный ток замыка ния на землю течёт от места замыкания к питающей подстанции и растекает ся по сети); при обрыве около одной из опор ВЛ с земли упавшегопровода со сто роны нагрузки также исчезает ток в повреждённой фазе, появляются токи и напряжения-обратной последовательности, нагрузка питается по двум фазам, страдают двигатели; ёмкостной ток замыкания на землю течёт не от места замыкания к питающей подстанции, а по повреждённой фазе сначала направ ляется к нагрузке, встречая на своём, пути увеличенное сопротивление, и только потом возвращается по неповреждённым фазам к месту повреждения и далее к питающей подстанции.
Обрыв-фазных проводов КЛ может быть вызван смещением грунта при оползнях, провалах, землетрясениях («растяжки»), нарушением правил проведения земляных, сельскохозяйственных, взрывных и других работ в охранной зоне КЛ. Обрыв отдельных жил КЛ, как правило, связан с отсутствием какого-либо замьїканияі и обнаруживается по отсутствикитока нагрузки в повреждённой фазе и появлению токов и напряжений-обратной последовательности.
Выделение повреждённого элемента сети 6—35 кВ производится раз-личнымюбразомдля-автоматизированных и неавтоматизированных участков. В ряде работ [11, 15]; предлагаются материалы выбора стратегии поиска; минимизирующие, например; недоотпуск потребителям электрической энергии или затраты; времени- (средств);на поиск. В. качестве основных параметров оптимизации выбирают наибольшую? вероятность отыскания повреждённого элемента; максимальную-эффективность затрат времени нагкаждом шаге поиска, приближённую оценку на каждом шаге «глобального» критерия (результирующего. недоотпуска энергии): Шаг поиска - это» последовательное деление на, две части оставшегося отключенным участка сети после очередного включения исправной части. Выбор точек деления; составляет задачу оптимизации поиска повреждения: Однакої применение алгоритмов- оптимального поиска повреждений в электротехнической» практике автору не известно.
Распределительные сети России 6-35 кВ; работают с изолированной, компенсированной и заземлённой: через высокоомное сопротивление нейтралью. Сети1 с изолированной нейтралью; Сети с изолированной нейтралью характеризуются отсутствием соединения с землёй, кроме наличия ёмкостной; составляющей ЛЭП. Токи в повреждённой фазе такой ЛЭП малы и определяются в основном ёмкостями отдельных фаз. Однако переходные процессы, их высокочастотные составляющие значительны и превышают по интенсивности аналогичные процессы; в-сетях с глухозаземлённой нейтралью;
При отсутствии повреждения ; напряжения фаз. совпадают, с напряжениями: прямой последовательности, а при повреждении возникает напряжение нулевой последовательности, величина которого, и определяет чувствительность релейнойзащитыи;ОМП таких ЛЭП!
Для- эффективной? работы устройств; релейной защиты, сигнализации и устройств- 0МП. при однофазных замыканиях, на, землю? (ОЗЗ) необходима высокая чувствительность к. появлению токов? и напряжений нулевой последовательности: При этом: мешающим фактором являются емкостные связи с землей, изменяющиеся в зависимости от погодных условий:
Основнаящель сетей с компенсированной нейтралью сбалансировать емкостную составляющую линий: с помощью индуктивности, включённой в цепь нейтрали. Результатом компенсации является минимизация токов по вреждения наземлю;
Компенсация» может осуществляться автоматически или в. ручную с применением сосредоточенной индуктивности или системы распределённых индуктивностей на отдельных участках сети. Если компенсация выполнена точно, то ток повреждения имеет только резистивный характер (активное сопротивление катушки и проводов). Часто катушка индуктивности дополняется активным сопротивлением для1 увеличения тока повреждения и обеспечения требуемой селективности защит. Средняя величина тока, протекающего через активное сопротивление, выбирается в пределах 5-8 % величины емкостного тока. Вкабельных сетях меньшие значения - около 2-3 %, а для сетей с воздушными ЛЭП значения могут достигать 15 %.
Методы ОМП и идентификации ответвлений ЛЭП с применением дискретно кодированных импульсных сигналов
Авторами был предложен новыйспособ МПШЭШраспределительных сетей [154]. Сущность, способам заключается в; применение дискретно-кодированных сигналов с фазовой или частотной модуляцией; (манипуляцией). При этом закон- модуляцит (манипуляции) используется для идентификации; повреждений? в ответвлениях:. После Г излучения; ВІ ЛЭП дискретно-кодированные сигналы, на концах; ответвлений подвергают специальной фильтрации;. Если на ответвлении есть повреждение, то дискретно — кодированный, сигнал отразится; от этого; повреждения; При отсутствии повреждениям; качестве отраженного сигнала выступает отфильтрованный дискретно-кодированный сигнал.
Таким образом реализация фильтрации на концахс ответвлений позволяет идентифицировать повреждённые участки.. Этот способ не зависит от характеристик трансформаторов на концах ответвлений!
Наерис: 2.3 изображён пример структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ МП ЛЭП распределительной сети;
Устройство содержит генератор зондирующих импульсов, состоящий из блока управляемого выходного сопротивления; блока памяти; цифроана-логового преобразователя и усилителя мощности, приёмника; вычислительного блока (например, микро ЭВМ); блока индикации, фильтров Ф, согласованных с зондирующими сигналами. Генератор зондирующих импульсов Приёмник
В начале измерений перед ОМП выполняют согласование выходного сопротивления генератора зондирующих импульсов (рис. 2.3) с волновым сопротивлением линии, подключенной к выходу блока управляемого выходного сопротивления. Режим согласования устанавливают вычислительным блоком в соответствии с заданным диапазоном волновых сопротивлений и требуемой точностью согласования.
После завершения процесса согласования выходного сопротивления генератора в вычислительном блоке производится расчёт цифровых кодов мгновенных значений дискретно-кодированного сигнала заданной длительности. Цифровые коды с выхода вычислительного блока поступают в блок памяти генератора зондирующих импульсов, где записываются и хранятся. Под воздействием управляющих сигналов с первого выхода вычислительного блока отсчёты зондирующего сигнала поступают на цифро-аналоговый преобразователь и далее на усилитель мощности, на выходе которого формируется заданный зондирующий импульс.
Проходя через блок управляемого выходного сопротивления, с его выхода зондирующий импульс поступает в линию, а с выхода усилителя мощности - на первый вход приёмника и является опорным .при последующей демодуляции отражённого импульса.
В случае зеркального отражения от места повреждения (например, места короткого замыкания ЛЭП) на второй вход приёмника отражённый импульс поступит с временной задержкой по отношению к излучённому импульсу. Процесс демодулирования принимаемого колебания в приёмнике с помощью опорного сигнала генератора зондирующих импульсов преобразует информацию о месте повреждения, заложенную во времени задержки, в информацию, выраженную в частоте низкочастотной составляющей напряжения приёмника. После аналого-цифрового преобразования отсчёты принятого сигнала через вход/выход поступают в вычислительный блок. Реализация процедур цифрового спектрального анализа позволяет получить оценки амплитудно-частотного спектра, по отсчётам которого можно судить о месте повреждения.
В результате выполнения отмеченных процедур измеряется расстояние до места повреждения, однако в случае разветвленной распределительной электрической сети на равноудалённых участках (например, на рис. 2.4) определение места повреждения производится неоднозначно. Определить конкретное ответвление в котором произошло повреждение при однократном зондировании, зачастую не представляется возможным. Применение ортогональных (независимых) дискретно-кодированных сигналов с частотной или фазовой модуляцией (манипуляцией) с последующей согласованной фильтрацией позволяет, как указывалось ранее, решить проблему неоднозначности.
При этом на концах ответвлений (отпаек) устанавливаются фильтры Ф, согласованные с определённым видом зондирующего импульса (дискретно-кодированного сигнала). Количество отдельных типов (видов) зондирующих сигналов определяется, исходя из количества отпаек (ответвлений) и фаз анализируемой линии электропередачи распределительной сети. Каждый из дискретно-кодированных сигналов (зондирующих импульсов) ориентирован на отдельное ответвление и. отдельную фазу распределительной сети. С каждым из дискретно-кодированных сигналов (зондирующих импульсов) согласован только один из фильтров Ф.
Один из вариантов установки на ЛЭП согласованных фильтров может быть основан на схемном решении, когда согласованный фильтр устанавливается через высоковольтные конденсаторы между отдельными фазами в конце ответвлениеЛЭП. Тогда излучение зондирующего импульса (дискретно-кодированного сигнала) проводится в фазу, к которой через высоковольтный конденсатор подключен вход фильтра, а приём отфильтрованного сигнала производится от фазы, к которой через высоковольтный конденсатор подключен выход согласованного фильтра. Єхемньїе решения согласованных фильтров для дискретно-кодированных сигналов можно найти, например, в [56,109].
Требование к входнымпараметрам прибора
При изменении разрядности ЦАП (TV) (рис. 3.3) видно, что характер АКФ в области центрального лепестка существенно не меняется: Изменённый уровень боковых лепестков относительно главного не превышает 64 дБ (N = 8), что является достаточным для адекватного представления оцифрованного сигнала зондирования. Для окончательного формирования аналогового зондирующего сигнала на выходе ЦАП необходим фильтр для подавления частот [88], выходящих за пределы полосы ниже fH и выше Fd/2.
Варианты подключения прибора к ВЛ зависят от конструктивного исполнения конкретной ЛЭП 6-35 кВ.. Например,, для В Л 35 кВ, включающих ВЧ заградители, присоединение АЛИМП наиболее удобно выполнить к фильтру присоединения, поскольку не,требуется дополнительных согласующих устройств. На В Л 6—10 кВ, как, правило, каналы ВЧ связи отсутствуют, поэтому для подключения прибора необходимо использовать конденсатор связи (Ссв), рассчитанный на рабочее напряжение сети. Схема такого под-ключения«изображена на рис. 3.4.
Схема подключения АЛИМП к ВЛ 6 — 35 кВ при отсутствии ВЧ обработки Величина емкости конденсатора связи должна удовлетворять условию Ссв 2цГи.тш\г„(Л\ где ZH(f) — комплексное сопротивление нагрузки для АЛИМП в полосе частот/, ;/;. Для отключенной ВЛ от системы шин выполняется условие ZH и Дад, где Z - волновое сопротивление В Л. Если линия, подключена к системе шин и к питающему трансформатору, то сопротивление нагрузки-будет определяться параллельным соединением двух сопротивлений Zm и ZCK (рис. 3.4). Комплексное сопротивление ZCK состоит из нескольких параллельно включенных сопротивлений, в частности:
Соотношение полезной мощности, излученной в линию, к мощности рассеяния на ZCK может оказаться близко-к 1 или много меньше 1. Поэтому режим зондирования при отключенных выключателях (рис. 3.4) является наиболее предпочтительным. Непрерывное зондирование ВЛ, находящейся в работе, соответствует режиму мониторинга состояния волнового сопротивления-линии [144-147, 150, 151]. При этом мощности передатчика АЛИМП должно быть достаточно, чтобы скомпенсировать мощность рассеяния.
Наиболее часто. В Л напряжением 6-10 кВ подключаются к системе шин распределительного устройства с помощью высоковольтного кабеля, длина которого может составлять несколько десятков метров. При этом имеют место потери полезной мощности зондирующего сигнала из-за разнотипных участков линий- (глава 2). Подключение АЛИМП к участку с высоковольтным кабелем необходимо выполнить при соблюдении условия согласования выходного сопротивления передатчика с волновым сопротивлением кабеля, так же, как и в случае с ВЛ. Однако волновое сопротивление кабеля много меньше, чем волновое сопротивление ВЛ. Поэтому согласующий трансформатор, установленный на выходе усилителя мощности передатчика АЛИМП, должен иметь переменный коэффициент трансформации. Измене ниє коэффициента трансформации позволит сделать прибор более универсальным, согласованным с различными ЛЭП, в том числе и с кабельными.
Обычно В Л 35 кВ имеют высокочастотные каналы связи, которые можно использовать для подключения АЛИМП. Однако применение локатора через ВЧ присоединение приводит к ограничению полосы рабочих частот и соответствующему ухудшению разрешающей способности по расстоянию. Фильтры присоединения в совокупности с ВЧ заградителями В Л 6—35 кВ в основном настроены на полосу частот от 40 до 600 кГц [71, 95]. В указанной полосе Пэ = 560 кГц разрешение по расстоянию составляет Ад: = 263 м (выражение (1.6)) и является достаточно низким.
Вдополнение необходимоотметить, что фильтры, присоединения чаще всего согласованы с кабелями РК-75 (ZB = 75 Ом), с которыми необходимо согласование входного и выходного сопротивления АЛИМП:
Требования к цифровому представлению отражённого сигнала определяются такими параметрами, как разрядность аналого-цифрового преобразователя (АЦП) L (число уровней квантования) и частота дискретизации Fa, (квантования по времени). Согласно теореме Котельникова, Fd 2-HD, где Пр — полоса частот входного сигнала. Уровень спектральных составляющих вне полосы HD, должен быть незначительным и находиться на уровне шума.
Точностные характеристики определения расстояния до повреждения
Анализ рис. 4.11 и 4.12 показывает, что при замыкании на землю амплитуда спектральных составляющих вблизи частоты 700 кГц уменьшается приблизительно на 6 дБ, а вблизи частоты 1,4 МГц остаётся практически неизменной. Уменьшение амплитуды отражённого сигнала на резонансной частоте фильтра Ф2 свидетельствует о том, что замыкание на землю произошло на участке с частотной меткой Ф2. Заметим, что ширина резонансов по уровню -3 дБ составляет приблизительно 430 кГц. В данном эксперименте использовались фильтры 2-го порядка. Исходя из рабочей полосы частот 2,4 МГц, следует, что количество разрешаемых фильтров использованного типа не превышает пяти.
Примечательно, что в ходе экспериментов, при анализе рефлектограмм исследуемой ЛЭП 10 кВ, выявлена неоднородность волнового сопротивления (точка 5 рис. 4.9), которая связана с наличием металлического штыря на опоре №16 вблизи фазы «В», соединённого с землёй и не обнаруженного ранее при обходах линии (рис. 4.13).
Вторая серия экспериментальных измерений проводилась на ВЛ 6 кВ с изолированной нейтралью без ответвлений; результаты измерений приведены в прил. 2. Целью данного эксперимента являлось исследование чувствительности прибора АЛИМП к различным типам неоднородностей: приближение кустарниковой растительности к токоведущим частям ВЛ на недопустимые расстояния, влияние изменения емкостных и активных сопротивлений на уровень отражённого сигнала (рис. 4.14).
Зондирование проводилось по всем трём фазам. Рефлектограммы, полученные в ходе эксперимента на В Л 6 кВ приведены на рис. 4.15. Анализ рефлектограмм выявил семь наиболее критичных участков ВЛ, пронумерованных точками 1 - 7. В результате обхода ВЛ 6 кВ на местности в точках, отмеченных на рефлектограмме, подтверждено приближение кустарниковой растительности к токоведущим частям ВЛ на недопустимые расстояния.
В следующей части экспериментальных исследований на одной из опор на фазу «А» устанавливалась искусственная неоднородность (ИН) на расстоянии 3 457 м от места зондирования. Как указывалось ранее, ИН пред 1 ставляла набор активных сопротивлений и конденсаторов различных номиналов с возможностью их комбинированного переключения. Размещение ИН на исследуемой ЛЭП 6 кВ иллюстрирует рис. 4.17.
Рис. 4.17. Размещение искусственной неоднородности на опоре исследуемой В Л 6 кВ Фиксировались изменения волнового сопротивления линии при разных значениях сопротивлений ИН. Пример изменений отражён на рис. 4.18. Он характеризует вариации на участках рефлектограмм в зависимости от ёмкости ИН, установленной на фазе «А», при зондировании ЛЭП по фазе «А» (рис. 4.18, а) и фазе «С» (рис. 4.18, б).
Полученные зависимости характеризуют потенциальные возможности АЛИМП по обнаружению повреждений, а также выявлению нарушений изоляции для решения задач диагностики ЛЭП [57].
Примечательным оказалось размещение и согласование рефлектограм-мы ЛЭП с картографическим изображением местности, по которой проходит исследуемая линия (рис. 4.20). Очевидно, что совмещение двух изображений позволяет повысить аналитические возможности результатов ОМП ЛЭП и обеспечить линейным (оперативно-вызывным) бригадам формирование оптимального маршрута доставки.
Требования к точности определения расстояния могут быть различными в зависимости от задач, решаемых прибором. Первой задачей является измерение расстояния до места повреждения ВЛ. Места повреждения, такие, как замыкания на землю, межфазные замыкания, обрыв линии и др., имеют коэффициент отражения близкий к единице, уровень сигнала в рефлекто-грамме достаточно высок для вычисления дистанции с малыми ошибками. Поскольку расстояния между опорами для В Л 6-35 кВ не превышает 60 - 80 м, то приемлемая ошибка измерения должна составлять не более 30 м. Такой погрешности достаточно для того, чтобы линейная бригада осуществила поиск МП в кротчайшее время с точностью до пролёта ЛЭП.
Второй, задачей является диагностика ВЛ; т.е. выявление наиболее потенциально опасных мест, которые могут привести к повреждениям на ЛЭП. Точность определения расстояния- до потенциально опасных участков должна быть несколько выше, чем для задачи ОМП. Для тщательной диагностики состояния ЛЭП необходимо, чтобы потенциально опасный участок был наиболее малым. Методами активного зондирования на больших расстояниях иногда невозможно определить потенциально опасные места, например по-вреждённый изолятор или приближение на недопустимое расстояние дерево-кустарниковой растительности. Амплитуда отражённого сигнала от таких мест, как правило, ниже, чем от мест повреждения, что приводит к увеличению ошибки измерения.
Ошибка измерения расстояния в рефлектометрах Ддс связана обратно-пропорциональной зависимостью с точностью измерения времени запаздывания-зондирующего-сигнала. В свою очередь ошибка определения времени запаздывания имеет статистический характер, зависящий от шумов и помех в ЛЭП. Величину ошибки оценивают через среднеквадратичное отклонение от измеряемого расстояния ад , которое выражается зависимостью
Выражение (4.2) характеризует потенциально достижимую минимальную ошибку измерения. Величину q оценим по экспериментальным рефлек-тограммам, зарегистрированным на большом временном интервале. Длину окна наблюдения выберем такой, при которой отраженные сигналы в ЛЭП затухают до уровня шумов (помех) (рис. 4.21). Уровень шумов определим по рефлектограмме как среднеквадратичное отклонение (СКО): для ВЛ 10 кВ на участке 150 - 400 мкс; для ВЛ 6 кВ на участке 438 - 1 100 мкс. Рефлекто-граммы (рис. 4.21) получены в результате согласованной обработки и накопления отражённого сигнала по десяти реализациям.
Анализ полученных графиков показывает, что отношение сигнал/ (шум+помеха) с увеличением времени (дальности) снижается и соответственно растёт ошибка ОМП. Интерес представляет определение дальности ОМП при заданной аДх. Предположим, что ошибка ОМП должна быть меньше половины средней длины пролёта, т.е. ад 30м. Подставляя заданное значение ошибки в выражение (4.1) и (4.2), получим длину зоны измерения рефлектометра с заданной точностью.
