Способ определения мест повреждения линий электропередач распределительных сетей

Изобретение относится к технике для обнаружения повреждений в линиях электропередач и предназначено для измерения расстояния до места повреждения, а также выделения поврежденного ответвления в разветвленной электрической сети. Технический результат: расширение функциональных возможностей. Сущность: предварительно измеряют амплитудно-частотные характеристики k(f) силовых трансформаторов, включенных в каждом ответвлении распределительных сетей. Последовательно генерируют n зондирующих импульсов с частотой заполнения f_m, исходя из условий k_m(f_m)=0, k_i(f_m)≠0 при i=1÷n; i≠m; m=1÷n, где n - число ответвлений. Принимают отраженные импульсы на частотах заполнения f_m. Номер ответвления, в котором произошло повреждение линии, определяют по наличию во всех рефлектограммах отраженного импульса с одинаковым временем запаздывания и отсутствием отраженного импульса с частотой заполнения f_i от i-го силового трансформатора, соответствующего i-го ответвления. 5 ил.

 

Изобретение относится к технике для обнаружения повреждений в линиях электропередач и предназначено для измерения расстояния до места повреждения, а также выделения поврежденного ответвления в разветвленной электрической сети.

Известен способ для дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи, основанный на регистрации параметров тока и температуры в проводе и передаче данной информации по радиоканалу на диспетчерский пункт, который реализован устройством по патенту РФ RU №2222858, Н 02 J 13/00, 31.10.2002, содержащим корпус, снабженный средством крепления на проводе линии электропередачи, и размещенные в корпусе блок питания и измерительно-передающий модуль, позволяющий получать сигналы состояния провода. Недостатком данного способа и соответственно устройства является невозможность отыскания повреждения в разветвленной электрической сети и сложность устройства при эксплуатации.

Известен также способ активной локации, основанный на отражении зондирующих импульсов от неоднородности в линии, который реализован устройством для определения места повреждения линий электропередачи и связи (RU №2142142, G 01 R 31/11, 27.11.1999), содержащим генератор зондирующих импульсов, приемник отраженных сигналов, вычислительный блок, блок синхронизации, вход которого соединен с первым выходом вычислительного блока, а первый и второй выходы - соответственно первым входом генератора зондирующих импульсов и вторым входом приемника отраженных импульсов, первым входом соединенного со вторым выходом генератора зондирующих импульсов, блок индикации. Недостатком данного способа и соответственно устройства является невозможность отыскания повреждения в разветвленной электрической сети.

Прототипом выбран способ, описываемый в книге Аналитический обзор. Методы и аппаратура определения мест повреждений в электросетях. - Казань: ИЦ «Энергопрогресс», филиал ОАО «Татэнерго», 2002 г. - 152 с., 40-49 с. В ней описывается локационный способ измерения расстояния до места повреждения, при использовании которого генерируют зондирующий видеоимпульс длительностью τ_и=0,05...30 мкс и амплитудой 5-20 В в исследуемую линию электропередач, принимают видеоимпульс, отраженный от неоднородности, и сравнивают полученные рефлектограммы с рефлектограммами, полученными при исправной линии электропередач.

Недостатком прототипа является невозможность выделения конкретного ответвления электрической сети, в которой произошло повреждение, в случае разветвленной электросети напряжением 6-35 кВ. Трудность выделения конкретного ответвления электросети, в котором произошло повреждение, объясняется неоднозначностью анализа рефлектограмм из-за отсутствия информационного признака разделения вышеуказанных ответвлений.

Технической задачей, на достижение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей за счет определения нового информационного признака (параметра) зондирующего сигнала, который однозначно указывает на ответвление в разветвленной электрической цепи, в котором произошло повреждение.

Технический результат достигается тем, что в способе определения места повреждения линий электропередач, по которому генерируют зондирующий импульс в исследуемую линию электропередач, принимают отраженный сигнал и анализируют полученные рефлектограммы, новым является то, что предварительно измеряют амплитудно-частотные характеристики k(f) силовых трансформаторов, включенных в каждом ответвлении распределительных сетей, последовательно генерируют n зондирующих импульсов с частотой заполнения f_m исходя из условий

k_m(f_m)=0,

k_i(f_m)≠0 при i=1÷n; i≠m; m=1÷n,

где n - число ответвлений,

и принимают отраженные импульсы на частотах заполнения f_m, a i-й номер ответвления, в котором произошло повреждение линии, определяют по наличию во всех рефлектограммах отраженного импульса с одинаковым временем запаздывания и отсутствием отраженного импульса с частотой заполнения f_i от i-го силового трансформатора, соответствующего i-го ответвления.

На фиг.1 изображен пример структурной схемы устройства, реализующего способ определения места повреждения линий электропередач распределительной сети, на фиг.2 - пример схемы разветвленной электрической сети, на фиг.3 - пример амплитудно-частотных характеристик силовых трансформаторов, на фиг.4 и фиг.5 - рефлектограммы соответственно для исправной и поврежденной линий электропередач.

Устройство на фиг.1 содержит блок синхронизации и управления 1, первый вход которого соединен со входом генератора синусоидальных сигналов 2, выход которого соединен с первым входом модулятора 3, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов 4, вход которого соединен со вторым выходом блока синхронизации и управления 1 и с первыми входами ключа 5 и блока анализа 6, выход которого соединен со входом блока индикации 7. Устройство содержит также приемник 8, вход которого соединен с выходом ключа 5, второй вход которого соединен со входом линии электропередач и с выходом усилителя мощности 9, вход которого соединен с выходом модулятора 3. Выход приемника 8 соединен со вторыми входами блока анализа 6 и блока индикации 7.

Данный способ определения мест повреждений линий электропередач распределительных сетей основан на известном локационном методе измерения расстояния до места повреждения в линиях электропередач, базирующемся на отражениях электромагнитных волн от неоднородностей цепи, которыми являются места подключения несогласованной нагрузки, а также короткие замыкания, обрывы, перекрытия изоляции и т.д.

Зная скорость распространения электромагнитной волны v по линии электропередач, можно послать в линию короткий зондирующий импульс и измерить время его пробега от начала линии электропередач к ее концу и обратно. Встретив на пути повреждение, зондирующий импульс отразится от него, и по времени двойного пробега можно будет судить о расстоянии до места повреждения.

Локационный способ, называемый также способом активной локации, позволяет дистанционно измерить расстояние до места повреждения, но в случае разветвленной электрической сети, пример схемы которой изображен на фиг.2, определить конкретное ответвление (отпайку) электрической сети, в котором произошло повреждение, при помощи этого способа не представляется возможным.

Это можно решить с помощью предлагаемого способа, который использует свойства силовых трансформаторов, включенных на концах ответвлений линий электропередач исследуемой электрической сети. Трансформатор - реактивный элемент с индуктивным характером входного сопротивления, коэффициент передачи k(f) которого зависит от частоты, и эта зависимость, называемая амплитудно-частотной характеристикой трансформатора, имеет сильно изрезанный вид (фиг.3) (см., например, Сви П.М., Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 240 с.: ил.).

Как видно из приведенных амплитудно-частотных характеристик силовых трансформаторов, на амплитудно-частотных характеристиках имеются «всплески» и «провалы». При этом коэффициент передачи на средней частоте всплеска значительно отличается от нуля, а на средней частоте провала коэффициент передачи близок к нулю.

Это значит, что силовой трансформатор на средней частоте «провала» ведет себя аналогично заградительному фильтру, не пропускающему электромагнитные волны определенных частот, т.е. k(f₀)=0, что на линии электропередач идентифицируется как устойчивый обрыв.

Значит, если послать в линию электропередач зондирующий импульс, заполненный частотой f₀, то он практически полностью отразится и вернется к началу линии. В случае, когда данная отпайка повреждена, зондирующий импульс не дойдет до силового трансформатора и отражение изменит свой характер. А именно, на картине отражений - рефлектограмме - исчезнет отражение от силового трансформатора и появится характерное отражение от места повреждения. Причем расстояние до места повреждения l, показанное на рефлектограмме, будет меньше расстояния до силового трансформатора l₀, показанного на той же рефлектограмме.

На фиг.4, 5 представлены примеры рефлектограмм при исправной и поврежденной линии электропередач. При исправной линии электропередач (фиг.4) на рефлектограммах, полученных при последовательном генерировании зондирующих импульсов с частотами заполнения f_m, наблюдаются только отражения от соответствующих силовых трансформаторов. На каждой отдельной рефлектограмме наблюдается только один отраженный импульс, при этом время запаздывания

τ_зi=2R_i/υ

соответствует расстоянию R_i, на котором находится от начала линии i-й силовой трансформатор. Следует отметить, что это расстояние априори известно.

При наличии повреждений на одном из ответвлений, как видно из фиг.5, на каждой рефлектограмме появится дополнительно отраженный сигнал. При этом время запаздывания

τ_з0=2R₀/υ

на всех рефлектограммах будет одинаковым. Кроме того, на одной из рефлектограмм, в данном примере №2, будет отсутствовать отраженный сигнал от второго силового трансформатора, включенного во второе ответвление. Отсюда делается вывод, что повреждение имеет место во втором ответвлении.

Следует заметить, что представленные на фиг.4, 5 рефлектограммы являются идеализированными, что необходимо для пояснения принципа определения поврежденного ответвления линии.

Реально на рефлектограмме будут наблюдаться множество отражений различного уровня. Поэтому при реализации данного способа устройство, его реализующее, должно иметь на выходе приемника пороговое устройство с регулируемым порогом U_пор., который устанавливается исходя из уровня помех таким образом, чтобы обеспечить максимальную вероятность правильного обнаружения полезного отраженного импульса.

Данный способ определения мест повреждений линий электропередач предполагает измерение амплитудно-частотных характеристик силовых трансформаторов. Для измерения амплитудно-частотных характеристик силовых трансформаторов может быть использован любой известный метод, например импульсный, с разверткой по частоте генератора синусоидальных колебаний и др. Для измерения амплитудно-частотных характеристик силовых трансформаторов, например, может быть использовано устройство, описанное в книге Сви П.М., Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 240 с.: ил., стр.188.

Устройство на фиг.1 реализует способ определения места повреждения линий электропередач распределительной сети следующим образом. С первого выхода блока синхронизации и управления 1 сигнал поступает на вход генератора синусоидальных сигналов 2, который генерирует синусоидальные колебания на частоте f₁, выбранной в соответствии с данным способом и соответствующей частоте «провала» на амплитудно-частотной характеристике первого силового трансформатора. При этом на частоте f₁ для других трансформаторов коэффициент передачи существенно отличен от нуля. Одновременно со второго выхода блока синхронизации и управления 1 сигнал поступает на генератор импульсов 2, который генерирует видеоимпульс длительностью τ_и1, который поступает на второй вход модулятора 3. На выходе модулятора 3 формируется радиоимпульс длительностью τ_и1 и с частотой заполнения f₁. Этот радиоимпульс через усилитель мощности 9 поступает в линию электропередач в качестве зондирующего импульса. На время излучения радиоимпульса длительностью τ_и1 ключ 5 закрыт за счет поступления управляющего сигнала на первый вход со второго выхода блока синхронизации и управления 1. Тем самым осуществляется защита входных цепей приемника 8.

По окончании излучения зондирующего импульса ключ 5 открывается. Отраженные от неоднородностей в линии электропередач зондирующие сигналы поступают через ключ 5 на вход приемника 8. Усиленные отраженные сигналы с выхода приемника 8 поступают в блок индикации 7 и в блок анализа 6. В блоке анализа 6 и в блоке индикации 7 формируется первая рефлектограмма, которая запоминается и хранится в оперативной памяти этих блоков. На этом заканчивается первый цикл измерения. Второй цикл измерения начинается снова с формирования сигнала управления блоком синхронизации и управления 1. При этом генератор синусоидальных сигналов 2 генерирует синусоидальные колебания с частотой f₂, соответствующей центральной частоте «провала» на амплитудно-частотной характеристике второго силового трансформатора. Далее процедуры измерения повторяются, как в первом цикле измерения.

Подобные циклы измерения повторяются n раз - по числу исследуемых ответвлений в линии электропередач. По окончании n циклов измерения блок анализа 6 в соответствии с приведенным в формуле изобретения алгоритмом анализирует рефлектограммы и делает вывод о наличии повреждения и месте повреждения в линии электропередач распределительной сети.

Предлагаемый способ можно реализовать на базе рефлектометров, выпускаемых промышленностью, например компьютерная система определения дефектов линий К6Р-5 (6454/02) (изготовитель фирма «Стэлл», г.Брянск). При этом дополнительные блоки, такие как блок синхронизации и управления 1, генератор синусоидальных сигналов 2, модулятор 3, генератор импульсов 4, ключ 5 и блок анализа 6, могут быть реализованы в цифровом исполнении, например, на соответствующих устройствах фирмы "Octagon Systems": MUX-16 Analog Multiplexer; 5710-1, 12 Bit/Analog 1./0 Card, high speed; 5025-486-2 MB, 25 МГц PC Control Card; 2 MB; 561-Relay Card.

Другим вариантом реализации указанных блоков является применение персональных компьютеров типа Notebook с платой АЦП/ЦАП, например, фирмы National Instruments и соответствующего программного обеспечения "Labview", которая позволяет реализовать указанные функции блоков, формируя их через виртуальные приборы.

Таким образом, в предложенном способе осуществляется дистанционное определение конкретной отпайки, в которой произошло повреждение, через зондирование электрической сети короткими импульсами различной частоты и определение наличия отражения этих импульсов от соответствующих силовых трансформаторов, что не требует непосредственного выезда персонала.

Способ определения места повреждения линий электропередач распределительных сетей, по которому генерируют зондирующий импульс в исследуемую линию электропередач, принимают отраженный импульс и анализируют полученные рефлектограммы, отличающийся тем, что предварительно измеряют амплитудно-частотные характеристики k(f) силовых трансформаторов, включенных в каждом ответвлении распределительных сетей, последовательно генерируют n зондирующих импульсов с частотой заполнения f_m исходя из условий

k_m(f_m)=0;

k_i(f_m)≠0 при i=1÷n; i≠m; m=1÷n,

где n - число ответвлений,

и принимают отраженные импульсы на частотах заполнения f_m, a i-й номер ответвления, в котором произошло повреждение линии, определяют по наличию во всех рефлектограммах отраженного импульса с одинаковым временем запаздывания и отсутствием отраженного импульса с частотой заполнения f_i от i-го силового трансформатора соответствующего i-го ответвления.