Стартовая >> Архив >> Аппаратура импульсного контроля фазового угла по линии электропередачи

Аппаратура импульсного контроля фазового угла по линии электропередачи

КОВАЛЕНКО В. П., канд. техн. наук, ВНИИЭ

В современных энергосистемах возникает необходимость в непрерывном или периодическом контроле угла б между векторами напряжений по концам ВЛ. Известные методы и средства контроля угла б практически не содержат резерва для дальнейшего повышения требований к достоверности, быстродействию и точности.

С целью достижения более высоких качественных характеристик измерения фазового угла по линии электропередачи во ВНИИЭ разработан новый метод и изготовлена аппаратура, предназначенная для проверки и наладки находящихся в эксплуатации устройств контроля угла б, а в отдельных случаях для самостоятельного использования в качестве устройства, измеряющего угол
б   по линии электропередачи в системах контроля и быстродействующей противоаварийной автоматики (ПА).
В основу работы этой аппаратуры положен метод телепередачи угловой координаты вектора напряжения с одного конца линии на другой. Принцип измерения поясняется временной диаграммой на рис. 1. Фиксированное значение фазы напряжения передающего конца ВЛ, однозначно определяемое соответствующим моментом времени (например, переходом через нуль напряжения Идя),связано с отсчетной временной точкой момента посылки радиоимпульсного сигнала uc(t) на приемный конец линии.
диаграмма работы аппаратуры импульсного контроля
Рис. 1. Временная диаграмма работы аппаратуры импульсного контроля фазового угла электропередачи
Аналогичное значение фазы одноименного напряжения на приемном конце, также фиксируемое моментом времени, оказывается сдвинутым по  времени относительно отсчетной точки принимаемого радиоимпульсного сигнала. Этот временной сдвиг tизм определяется разностью фаз б векторов напряжений и заранее вычисленным постоянным интервалом времени распространения сигнала вдоль линии электропередачи £Р.
Искомый временной интервал ty, пропорциональный углу б, может однозначно автоматически определяться при любом направлении перетока мощности по линии электропередачи и различном значении угла б на основе алгоритма, зависящего от последовательности трех моментов времени: приема отсчетной точки радиоимпульсного сигнала и фиксации фаз «О» и «я» напряжения промышленной частоты приемного конца линии электропередачи. Алгоритм реализует знаки слагаемых:

где tc — известная длительность радиоимпульсного сигнала.
Система контроля угла б, имеющая аппаратуру АНКА-АВПА, обеспечивает точность не более ±(4—6 эл. град, промышленной частоты, следовательно, устройство, с помощью которого можно выполнять проверку таких систем, должно иметь точность в несколько раз большую (±1—2 эл. град, промышленной частоты) .
Если принять указанную погрешность передачи фазы 2 эл. град., то ошибка в передаче момента времени составит т=110 мкс при /=50 Гц. Импульс указанной длительности может передаваться только при использовании широкополосного канала с рабочей полосой частот Af>4 кГц.
быстродействие контрольного устройства, реализующего предложенный метод, удобно характеризовать длительностью отсчета, т. е. интервалом времени между моментами начала измерения и фиксации величины угла на выходе измерителя. Этот интервал не должен превышать 1—2 периода промышленной частоты.
Необходимые требования по достоверности, быстродействию и точности обеспечиваются за счет использования широкополосных квазиимпульсных («сложных») сигналов. Передача этих сигналов осуществляется по высокочастотному (ВЧ) каналу, организуемому по проводам ВЛ контролируемой линии электропередачи.
В аппаратуре используются сигналы в виде амплитудно-манипулированной усеченной М-последовательности радиоимпульсов с числом элементов 15. Эти сигналы представляют собой такую последовательность чередования элементарных радиоимпульсов длительностью То и пауз между ними (рис. 1), которая обеспечивает в приемнике после соответствующей обработки многократное (в данном случае 15-кратное) увеличение отношения пиковой мощности сигнала к помехе.
Использование таких сигналов по сравнению с простой последовательностью импульсов позволяет реализовать дополнительные преимущества, определяемые, во-первых, ограничением рабочей полосы частот для минимизации влияния используемого сигнала на другие ВЧ каналы по тем же или соседним ВЛ и, во-вторых, максимальной концентрацией энергии сигнала в частотных составляющих вблизи несущей частоты после «пробега» сигнала по ВЛ.
На рис. 2 приведена схема подключения аппаратуры импульсного контроля фазового угла к контролируемой линии электропередачи при наличии на ней промежуточной подстанции (ПС). В передающей части ПС1 осуществляются формирование и посылка радиоимпульсного сигнала, начало которого t' определяется моментом перехода через нулевое значение напряжения иАВ передающего конца линии электропередачи. В приемной части фиксируются моменты прихода сигнала t и перехода через нуль значения одноименного напряжения иАВ с последующим вычислением угла б.
При необходимости ретрансляции сигналов на промежуточной ПС2 устанавливается передатчик-ретранслятор, аналогичный концевому передатчику, устанавливаемому на ПС1. На каждой из подстанций передатчик и приемник подключаются к трансформатору напряжения данной линии и к системе ВЧ обработки одной из фаз.

Рис. 2. Схема подключения аппаратуры импульсного контроля фазового угла к контролируемой электропередаче при наличии на ней промежуточной подстанции

Рис. 3. Структурная схема аппаратуры импульсного контроля фазового угля
Блоки передатчиков и приемников, устанавливаемые в разных пунктах, идентичны друг другу по конструкции и выполнению схем. Поэтому на пункте ретрансляции имеется возможность контролировать угол 6i-2 линии между напряжениями на ПС1 и ПС2, а угол б2-з— на ПСЗ при переводе передатчика на ПС2 в режим передачи фазы ср2.
В режиме ретрансляции на ПСЗ контролируется угол 61-3. Режимы контроля выбираются переключателем режимов работы SA1 (рис. 2).
Ретрансляция значения фазы (момента перехода через нуль напряжения Uab) осуществляется на ПС2 следующим образом. Приемник обрабатывает приходящий сигнал, в результате чего на выходе приемника появляется импульс, характеризующий момент окончания принятого сигнала.
Далее этот импульс через переключатель SA1 поступает на вход передатчика, где формируется новый сигнал и через систему ВЧ обработки передается на ПСЗ. В приемнике, установленном на ЯСЗ, сигнал обрабатывается и вычисляется значение угла 61-3.
Структурные схемы передатчика и приемника аппаратуры импульсного контроля фазового угла приведены на рис. 3. Наличие одинаковых кварцевых генераторов опорной тактовой частоты в передатчике и приемнике позволяет обеспечивать заданную точность фиксации фазовых соотношений и последующего вычисления значений угла б.
При длительности периода опорной частоты То = 55 мкс инструментальная погрешность измерения угла составит ±1 эл. град. Увеличение т приводит к росту инструментальной погрешности.
После аналоговой фильтрации и выделения огибающей принимаемого сигнала в приемнике вычисляется функция взаимокорреляции в блоке цифрового согласованного фильтра. Смысл этой операции заключается в сравнении принятой последовательности импульсов, полученной в результате квантования огибающей по времени и амплитуде, с ожидаемой.
В результате на выходе фильтра, реализованного на элементах цифровой логики, фиксируется импульс, временное положение которого однозначно определяет момент прихода посылаемого передатчиком сигнала. Угол б рассчитывается посредством блока вычисления.
Передатчик выходной мощностью 500 Вт позволяет обслуживать линию электропередачи с затуханием линейного тракта до 50 дБ при отношении сигнала к помехе на входе приемника от 4 дБ. Передатчик и приемник по измерительным цепям напряжения потребляет ток до 50 мА при напряжении 100 В. Их питание осуществляется от источника переменного напряжения 220 В системы собственных нужд. Потребление мощности каждого блока передатчика или приемника не превышает 250 Вт.
Показания аппаратуры не зависят от изменения частоты сети, так как измерение ведется относительно моментов перехода синусоиды напряжения через нуль, и в статических режимах эти моменты времени жестко связаны. Принципы, положенные в основу построения аппаратуры, позволяют в динамических режимах системы мерить производную угла по времени.
Однако реализация такой функции потребует введения в аппаратуру дополнительных блоков. Схема подключения аппаратуры к ВЧ каналам выбирается из условия электромагнитной совместимости с ВЧ аппаратурой релейной защиты, автоматики и связи, установленной на контролируемой и отходящих соседних линиях электропередачи.
Комплект аппаратуры (блок передатчика и блок приемника) позволяет:
передавать фазу измеряемого напряжения uab в месте установки передатчика;
контролировать работу, во время которой на приемном конце фиксируется резкая смена показаний индикации (на 15 эл. град.), вызываемая смещением момента передачи фазы;
ретранслировать фазы дальнего конца передачи.
При этом перевод в один из режимов осуществляется установкой переключателя на лицевой панели блока передатчика. Правильная работа передатчика, характеризующаяся наличием на его выходе радиоимпульсов в заданной последовательности и необходимой амплитуды, индицируется светодиодом на лицевой панели.
Блок приемника выполняет две
основные задачи: прием и обработка приходящих ВЧ сигналов, вычисление и вывод на индикацию значений угла б.
Поскольку нет необходимости вывода на индикацию текущего значения угла б в каждый период промышленной частоты, для повышения достоверности проводится усреднение значений за время примерно 2 с. Усредненное значение индицируется в виде десятичного трехзначного числа и знака, характеризующего направление передачи мощности по контролируемой линии электропередачи.
Логико-арифметическая часть аппаратуры выполнена на микросхемах жесткой логики среднего уровня интеграции. Исследования и экспериментальные проверки подтвердили возможность совместной параллельной работы аппаратуры импульсного контроля угла б с другими устройствами связи, автоматики и релейной защиты, использующими каналы ВЧ связи по ВЛ.
Работа аппаратуры импульсного контроля в полосе частот, отведенных для ВЧ аппаратуры автоматики и релейной защиты, недопустима из- за обратного влияния этой аппаратуры на работу приемника устройства импульсного контроля.
Для обеспечения параллельной работы (с нулевым или большим разносом по частоте между крайними боковыми частотами отведенных полос) устройства импульсного контроля фазового угла линии электропередачи и ВЧ аппаратуры автоматики и релейной защиты с ничтожно малой вероятностью сбоев достаточно установить разделительный режекторный фильтр.
Он настраивается на центральную рабочую частоту ВЧ аппаратуры релейной защиты или ПА. Таким образом, дополнительных мер, отличных от требований «Руководящих указаний по выбору частот» при параллельной работе с аппаратурой любого другого назначения, не требуется.
Указанные утверждения обосновываются следующим:.
модуль расчетной спектральной характеристики сигнала и амплитудно- частотной характеристики выходного полосового фильтра передатчика аппаратуры импульсного контроля позволяют оценить уровень излучения при нулевом разносе от края отведенной полосы не более — 28 дБ в полосе Af = 1 кГц или —22 дБ при А/= = 4 кГц;
установка режекторного фильтра, настроенного на центральную частоту приемника аппаратуры автоматики и релейной защиты, создает необходимый запас по затуханию. Значение вносимого затухания между передатчиком аппаратуры импульсного контроля угла б и приемником аппаратуры автоматики и релейной защиты составит 28 дБ. При этом мешающий уровень сосредоточенных помех аппаратуры автоматики и релейной защиты в полосе приема Af= = 4 кГц составит —22 дБ.
Проверка отсутствия мешающего воздействия на работу устройств защиты и автоматики проводилась на стенде для двух режимов работы аппаратуры АНКА-АВПА (пассивного и активного) при отсутствии и наличии синусоидального сигнала рабочих частот на входе приемника АВПА. При этом соответственно определялась как вероятность сбоев, так и вероятность ложного действия аппаратуры АНКА-АВПА в условиях воздействия на вход приемника сигналов от передатчика аппаратуры импульсного контроля.
Один из образцов аппаратуры импульсного контроля угла по линии электропередачи эксплуатируется на линии электропередачи напряжением 400 кВ «Дружба» в Молдэнерго для оперативного контроля текущего значения угла б. При этом кроме вывода значений угла на индикацию через специальный блок сопряжения информация по каналу телемеханики направляется непосредственно на центральный диспетчерский пункт энергосистемы.
Для работы аппаратуры был выделен канал полосой 20 кГц с центральной частотой 130 кГц. Испытания и последующие экспериментальные проверки показали, что погрешность измерения угла б не превышает эл. град.

 
« Анализ основных типов защит линий с односторонним питанием   АЧР энергосистем »
электрические сети