Разнообразие видов и характера повреждений, а также структуры и условий работы электрических сетей не позволяет получить какой-либо универсальный метод ОМП. Еще более сложно создать какую-либо универсальную аппаратуру. Достаточно отметить, что необходимо находить повреждения как в сверхмощных и сверхдальних электропередачах, так и во внутренних проводках к отдельным светильникам при расстояниях в несколько метров.
Для разного типа линий и сетей, а также видов повреждения к методам и устройствам ОМП предъявляются различные требования, обусловленные технико-экономическими факторами. Удовлетворить этим требованиям удается только при условии рассмотрения совокупности методов и средств ОМП как системы с единой структурой для всех типов линий и сетей при любом характере повреждений.
Структурная схема приведена на рис. 1.1. Система ОМП включает четыре последовательные операции: определение поврежденного элемента; прожигание изоляции в месте повреждения; дистанционное ОМП; топографическое (трассовое) ОМП.
Рис. 1.1. Структурная схема системы ОМП в электрических сетях.
Выделение поврежденного элемента во многих случаях осуществляется автоматически при срабатывании селективной релейной защиты. Релейной защите электрических сетей и систем посвящены специальные монографии и учебники. Поэтому вопросы выделения поврежденных элементов, осуществляемые автоматически на основе работы релейной защиты, в настоящей монографии рассматриваться не будут. Если при срабатывании релейной защиты автоматически выделяется (отключается) группа элементов (например, последовательная цепочка линий, РУ и трансформаторов), то выделение поврежденного элемента входит в систему ОМП.
Определение поврежденных элементов приходится осуществлять не только при авариях, т. е. внезапных КЗ, но и при профилактических испытаниях. Это относится к испытаниям, одновременно охватывающим цепочки элементов или даже участки электрической сети. Способы определения поврежденных элементов зависят от характеристик сетей и видов повреждений. Этим способам посвящается отдельная глава.
Вторая операция системы ОМП — прожигание. По существу это подготовительная операция, обеспечивающая возможность использования совокупности методов ОМП. Как будет показано ниже, многие методы ОМП применимы только при переходном сопротивлении в месте повреждения изоляции не более сотен и даже единиц омов (в отдельных случаях требуются десятые доли Ома). Снизить переходное сопротивление — задача прожигания.
При профилактическом (во время испытаний) пробое изоляции KЛ переходные сопротивления составляют десятки мегаом и более. Во многих случаях остаются недопустимо большими для ОМП переходные сопротивления и при аварийных повреждениях КЛ. Поэтому прожигание изоляции КЛ в месте повреждения необходимо в подавляющем большинстве случаев. Для этой цели применяются специальные установки. Стоимость и габаритные размеры таких установок являются определяющими для всего передвижного комплекса средств ОМП КЛ. Методам и средствам прожигания изоляции в месте повреждения КЛ также посвящена отдельная глава.
Как правило, прожигание поврежденной изоляции ВЛ, РУ и трансформаторов не требуется. Это прежде всего связано с характером повреждений изоляции этих элементов. Повторная подача рабочего напряжения на предположительно поврежденный элемент является по существу операцией, аналогичной прожиганию. Эта операция позволяет подтвердить наличие повреждения и может привести к снижению переходного сопротивления. Повторное или многократное включение поврежденного элемента является операцией, входящей в систему ОМП. Для некабельной изоляции ее лишь условно можно называть прожиганием. Специальные методы и средства необходимы только для прожигания кабельной изоляции.
Общими требованиями к ОМП всех типов и классов линий электропередачи являются быстрота и точность. Наиболее быстро можно произвести дистанционное ОМП, заключающееся в измерении расстояния до места повреждения от конца или концов линии. Однако любое дистанционное ОМП обладает ограниченной точностью.
Для КЛ, проложенной в земле, нельзя достаточно определенно указать место раскопки трассы, соответствующее идеально точно измеренному расстоянию от конца линии. Ниже отмечаются факторы, делающие неопределенной задачу точного измерения расстояния до места повреждения. Расстояния до характерных точек трассы КЛ (поворотов, соединительных муфт и т. п.) в исполнительной документации указываются в планах, т. е. в горизонтальной плоскости. В действительности КЛ изменяет свое положение и по вертикали, что не отражается в документации.
Кабель укладывается в траншее без натяга, так называемой змейкой. Степень удлинения за счет такой непрямолинейной укладки учесть сколько-нибудь достоверно нельзя. Поэтому даже при хорошо ведущейся документации нельзя указать на трассе точку, соответствующую точному расстоянию от конца КЛ, с погрешностью меньше 1—2 %. Для КЛ длиною l=3000 м соответствующая абсолютная погрешность составит ±(30-60) м.
В условиях усовершенствованных (асфальтобетонных) покрытий раскопка участка протяженностью 60—120 м совершенно недопустима.
В современных крупных городах абсолютная погрешность для ОМП подземных КЛ не должна превышать ±3 м. Даже для коротких КЛ с учетом неидеальности самого дистанционного измерения удовлетворить этому требованию одним дистанционным ОМП нельзя. Пусть, например, погрешность дистанционного измерения составит 1 %, погрешность топографического отсчета на местности — 2 %, тогда для l=200 м результирующая абсолютная погрешность
=±4,5 м. Таким образом, дистанционное ОМП позволяет быстро указать фактически не место повреждения, а зону его расположения. Требованию точности дистанционное ОМП может удовлетворить лишь на очень коротких линиях (l<100м). Для подавляющего большинства длин КЛ необходим, следовательно, еще один метод ОМП — топографический (трассовый).
Топографическое ОМП — это определение искомого места на трассе, т. е. топографической точки расположения места повреждения. Точность современных топографических методов для КЛ не ниже ± 3 м. Но ограничиться использованием только топографических методов, обеспечивающих необходимую точность, тоже нельзя, так как при этом не удовлетворяются требования быстроты ОМП (не более нескольких часов). При использовании топографических методов необходимо перемещаться со специальной аппаратурой по всей трассе КЛ. Знание же указанной дистанционной зоны повреждения позволяет ограничиться пределами этой зоны, т. е. резко сократить время поиска.
Положение о необходимости применения не менее двух методов ОМП (дистанционного и топографического) распространяется и на ВЛ в основном потому, что линейному персоналу (обходчикам) без топографических средств очень трудно обнаружить следы повреждения ВЛ. Даже верховые (с подъемом на опоры) осмотры на всегда позволяют найти следы перекрытия подвесных или штыревых изоляторов. Иногда, особенно при неустойчивых повреждениях, вообще не остается на трассе ВЛ следов перекрытия и протекания токов КЗ. Если имеются топографические средства, например указатели «поврежденных» опор, то можно делать верховой осмотр лишь одной опоры (иногда еще двух соседних).
Время поиска резко сокращается. Таким образом, каждое повреждение надо определять сначала дистанционно (найти зону), а затем топографически (найти место). Исключение составляют лишь очень короткие линии или проводки. Для них часто достаточен какой-либо один метод ОМП.
Рис. 1.2. Схема классификации методов ОМП.
Отдельные методы ОМП представляют собою совокупность сложных операций. Например, ОМП на основе измерения параметров аварийного режима включает операции, связанные с автоматизированной системой диспетчерско-технологического управления. Эти вопросы будут рассматриваться ниже при описании соответствующих методов. Здесь лишь необходимо отметить, что ОМП является повседневной оперативной диспетчерской задачей для всех видов сетей электрических систем. Система ОМП — звено системы управления передачей и распределением электроэнергии. В настоящей монографии рассматриваются лишь специфические аспекты такой системы. При этом принимается во внимание необходимость удовлетворения более общих требований автоматизированной системы управления (АСУ) передачей и распределением электроэнергии.
На рис. 1.2 представлена схема классификации методом ОМП. В основу классификации положено разделение на: 1) дистанционные и топографические и 2) высокочастотные и низкочастотные методы. Последнее подразделение связано с принципиальным различием электрических процессов в объектах измерения (проводах и кабелях) в существенно разных частотных диапазонах.
Под низкочастотным диапазоном (fн) будем понимать частоты от нуля (постоянный ток) до нескольких килогерц.
При этом для воздушных линий fв=0:1 кГц, для кабельных линий fн=0-10 кГц. К высокочастотному диапазону (fн) отнесем частоты, превышающие несколько десятков килогерц. При этом для воздушных линий fв=30:1000 кГц, для кабельных линий fв=60:10 кГц. Диапазоны частот 1—30 кГц для ВЛ и 10—60 кГц для КЛ не используются в практике ОМП. Это означает, что между двумя используемыми частотными диапазонами разница весьма существенная.
Теоретические основы соответствующих групп методов различаются более существенно, чем для групп дистанционных и топографических методов. Это обстоятельство и обусловило построение настоящей книги. После изложения основных вопросов системы поиска повреждений, которым посвящена первая часть, излагаются высокочастотные методы и в последней части — низкочастотные методы. Метод стоячих волн практического распространения не получил, и из высокочастотных используются только импульсные методы. В соответствии с этим вторая часть книги посвящена импульсным методам. Это тем более целесообразно, что они наиболее распространены и эффективны, а теоретические основы и методология их использования имеют специфические особенности.
В двух последующих параграфах будут приведены характеристики всех имеющих сколько-нибудь существенное значение методов ОМП. При этом описание методов, применяемых в настоящее время весьма редко, ограничивается изложенным в этих параграфах. Для широко распространенных методов здесь даются только основные характеристики. Подробное описание теоретических и практических аспектов этих методов приведено во второй и третьей частях книги.