ГЛАВА ПЯТАЯ
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ИМПУЛЬСНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ НА ЛИНИЯХ
ВИДЫ ПОМЕХ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
На ВЛ действуют различного рода помехи, «маскирующие» полезный импульсный сигнал, используемый для дистанционного ОМП. Рассмотрим характеристики этих помех.
- Помехи, связанные с коронированием линии. Как показано в ряде исследований, например в [32], удельная мощность помех от короны в ограниченной полосе частот равномерно распределена по частотному спектру. Это означает, что помехи от короны можно рассматривать как гауссов шум с равномерной спектральной плотностью Ν0κ. Наличие модуляции уровня помех от короны во времени за счет изменения напряжения промышленной частоты (три пика в период) для высоких (f>75 кГц) частот не изменяет характера этого распределения, а лишь отражается на выборе величины Ν0κ.
- Помехи от совокупности различных ВЧ каналов на подстанции и в окружающей системе (исключая выделенные ниже помехи от соседних каналов). Эти помехи связаны с неидеальностью заградителей на линиях, прямыми наводками на импульсную аппаратуру на подстанции, попаданием рабочих частот (приема) каналов связи в полосу приема импульсного искателя и т. д.
Проведенными ВНИИЭ многочисленными измерениями на подстанциях, где использовались импульсные искатели, установлено, что эти помехи также можно принять в первом приближении за гауссов шум с равномерной спектральной плотностью N6c. Это приближение обусловлено следующим. В современных энергосистемах СССР, когда полосы частот обычных ВЧ каналов не превышают 3 кГц, а общее число каналов на паре параллельных ВЛ превышает 15, выделение свободной полосы в 25—80 кГц связано с серьезными затруднениями.
При включении искателя производится выбор его полосы частот из условий отстройки лишь от рабочих частот соседних каналов, т. е. каналов по той же или параллельной ВЛ. Линии с частично параллельной трассой уже практически не учитываются.
- Известные по частоте и уровню узкополосные сигналы от соседних ВЧ каналов.
- Помехи от дуги КЗ.
- Случайные одиночные импульсные помехи от блуждающих волн.
- Импульсы отражений от неоднородностей линии, функционально связанные с зондирующим сигналом.
Помехи, указанные в пп. 1—5, являются случайными и аддитивными, т. е. не зависящими от передаваемых импульсных сигналов, а помехи п. 6 — сигналы детерминированные, так же как и полезные сигналы отражения от места повреждения; последние помехи иногда называют мультипликативными.
По первому виду помех имеются многочисленные исследования и данные измерений, по второму виду также накоплен значительный опыт измерений на подстанциях, что позволяет принять в полосе 1 кГц абсолютный уровень помех равным нулю.
Полностью известные помехи устраняются с помощью частотных фильтров. Помехи, возникающие в месте КЗ на ВЛ, имеют ряд характерных особенностей. Как показали экспериментальные исследования [41 ], на выходе широкополосного (100 кГц) фильтра присоединения эти помехи распределяются во времени следующим образом.
- Период установления дуги характеризуется интенсивными помехами с амплитудой 100 В и более, длительностью 2—4 мс (в большинстве случаев до 2 мс).
- В период устойчиво горящей дуги на фоне распределенных помех низкого уровня наблюдаются отдельные импульсы с амплитудой 15—30 В и длительностью у основания около 1 мс. Большие всплески были зарегистрированы лишь в двух случаях. Импульсы отмеченных амплитуд следуют не чаще 1—2 раз в период промышленной частоты. Иногда имеют место более частые импульсы, но с амплитудой, в 2—3 раза меньшей. При металлическом КЗ амплитуда импульсов примерно вдвое меньше.
- В период отключения линии помехи обусловлены разрывом дуги в выключателе. За счет разновременности отключения трех его фаз длительность этих помех может достигать 20—30 мс. Амплитуды импульсов достигают сотен вольт, количество их более 200 в миллисекунду.
Пример экспериментальной осциллограммы таких помех, именуемых далее дуговыми, приведен на рис. 5.1. Осциллограмма представлена в виде пяти выборочных отрезков, на которых отмечено время в миллисекундах, прошедшее с момента начала КЗ.
Рис. 5.1. Осциллограмма помех при КЗ на ВЛ 110 кВ.
1 — до начала КЗ; 2 — в период установления устойчивой дуги; 3 и 4 — в период устойчивой дуги; 5 — во время отключения КЗ высоковольтным выключателем.
Рис. 5.2. Схематичное временное распределение помех при КЗ.
а — начало КЗ; б — начало пика помех в очередной полупериод промышленной частоты; в — начало расхождения контактов выключателя.
Характер изменения дуговых помех во времени при КЗ на ВЛ схематично представлен на рис. 5.2. Интервал t0 является участком «высокого» уровня помех, идущих практически непрерывно, t0<4 мс. Под «высоким» следует понимать такой уровень, когда линейная (неискаженная) передача сигнала с помехой практически невозможна. Разрядник, защищающий изоляцию фильтра присоединения, обязательно срабатывает. Это означает введение ограничения, обусловливающее полное подавление сигнала помехой. Следовательно, в период времени t0, т. е. до 3—4 мс с начала КЗ, проводить импульсные измерения не представляется возможным. Их целесообразно осуществлять в интервале времени tраб, т. е. после окончания интервала t0 и до начала интервала tоткл, характеризующего отключение высоковольтного выключателя ВЛ. В интервале tраб надо лишь отстраиваться от кратковременных (длительностью tп) пиков помех.
Помехи от блуждающих волн также можно рассматривать как отдельные кратковременные пики, следующие друг за другом несравненно более редко, чем при дуговых помехах. Поэтому отстройка от них осуществляется попутно с отстройкой от дуговых помех.
Помехи, вызванные отражениями импульсного сигнала от неоднородностей на ВЛ, зависят от вида неоднородностей (транспозиция проводов на опорах, переходы через водные преграды, изменение типа опор, переходы с бестросcового участка на участок, защищенный тросом, и т. п.). Наибольшие уровни отраженных импульсов характерны для мест ответвлений от ВЛ, узлов транспозиции, мест перехода от двухцепного участка линии к одноцепному.
При импульсных измерениях на ВЛ неавтоматическими искателями в общем случае имеют место те же виды помех, что и рассмотренные выше для автоматических искателей (кроме дуговых). Отсутствие дуговых помех существенно упрощает условия обеспечения помехоустойчивости измерений. Еще лучше в этом отношении обстоит дело с внутренними проводками, силовыми и контрольными кабелями. Уровень ВЧ помех там значительно ниже, чем на ВЛ.
При неавтоматической локации важную роль играет влияние напряжения промышленной частоты и ее гармоник (f< 1 кГц). На отключенной со всех сторон ВЛ имеет место наведенное напряжение промышленной частоты. Особенно велико оно (десятки киловольт) на отключенной цепи двухцепной ВЛ при работе другой цепи.
Для КЛ уровни наводок промышленной частоты значительно меньше, но с ними также следует считаться, включая и условия безопасности. Наводки от высших гармоник (0,1 < f < 1 кГц) существенно меньше, чем от напряжения промышленной частоты.