Из низкочастотных дистанционных методов ОМП наиболее важное значение имеют методы, основанные на измерении параметров аварийного режима. Параметры аварийного режима (ПАР) — это такие составляющие или комбинации токов и напряжений промышленной частоты в аварийном режиме, по которым можно вычислить расстояние до места КЗ на ВЛ. Эти параметры фиксируются, т. е. измеряются и запоминаются непосредственно в период протекания токов КЗ в электроэнергетической системе, элементом которой является поврежденная ВЛ. Как и автоматическое импульсное ОМП, измерение ПАР осуществляется до автоматического отключения ВЛ высоковольтным выключателем.
Рассматриваемые методы подразделяются на односторонние и двусторонние в зависимости от расположения измерительных средств по сторонам (концам) ВЛ.
Наибольшее распространение получили двусторонние методы, позволяющие исключить влияние переходного сопротивления в месте КЗ на результат расчета искомого расстояния. При возникновении внезапного КЗ на включенной в сеть с глухозаземленной нейтралью ВЛ (110— 750 кВ) специальные фиксирующие приборы (ФП) запоминают значения ПАР на концах поврежденной ВЛ.
Эти заполненные значения вместе с заранее известными постоянными линии и примыкающей к ней сети используются для вычисления расстояния до места КЗ. Иногда используются показания ФП на соседних с поврежденной ВЛ. Вычисления могут производиться вручную, по графикам, номограммам и с помощью ЭВМ. В большинстве случаев в качестве ПАР служат напряжения и токи нулевой последовательности.
Рис. 1.9. Принципиальная схема определения места повреждения петлевым методом.
Односторонние методы позволяют непосредственно измерять расстояние до места КЗ. Однако в этом случае существенное влияние на результаты измерения оказывает переходное сопротивление, особенно при наиболее распространенном виде повреждения — однополюсном КЗ. Эти методы стали использоваться лишь в последние годы.
Весьма ограниченное применение имеют в настоящее время два низкочастотных дистанционных метода: петлевой и емкостный.
Петлевой метод основан на измерении сопротивления постоянному току отрезков жил кабеля. В тех случаях, когда жила, замкнутая в месте повреждения на оболочку, не имеет обрыва и, кроме того, в кабеле имеется одна «здоровая» жила, определение расстояния до места повреждения можно осуществить петлевым методом, основанным на использовании моста постоянного тока.
Четыре сопротивления А, В, С и D (рис. 1.9) образуют замкнутый четырехугольник; в одну диагональ его включен гальванометр Г, в другую — источник питания с ЭДС, равной Е (обычно батарея гальванических элементов). Если при включенной батарее стрелка гальванометра Г не будет отклоняться (нулевое положение), то должно выполняться следующее соотношение:
А/С = B/D. (1.2)
Для осуществления схемы петлевого измерения необходимо на одном конце кабельной линии соединить поврежденную и неповрежденную жилы перемычкой (сечением не менее сечения жил кабеля), обеспечив контакт с малым сопротивлением. Обычно перемычка изготовляется из гибкого многожильного медного троса с надежными зажимами из латуни. На другом конце кабеля к этим же жилам присоединяется измерительный мост со стрелочным гальванометром и батареей. Сопротивления А и С подбираются на измерительном мосте, а В и D представляют собой сопротивление жил кабеля (рис. 1.9). При этом сопротивление петли В + D всегда равняется удвоенному сопротивлению жилы кабеля R, т. е. В + D = 2R.
Так как при одном и том же сечении жилы ее сопротивление пропорционально длине, то, используя (1.2), можно записать соотношение
1x= 2L(A + С), позволяющее после установления равновесия моста и фиксации значений А и С вычислить искомое расстояние 1x.
Так как сопротивление жил кабеля мало по сравнению с сопротивлениями А и С моста, то соединительные провода от кабеля к мосту также оказывают влияние на результат измерений.
Напряжение батареи для питания моста зависит от переходного сопротивления в месте повреждения кабеля и может быть выбрано на основе следующих ориентировочных соотношений:
При больших переходных сопротивлениях (до 1 МОм) применяют высоковольтные реохордные мосты [7].
Установку равновесия моста производят постепенным подбором измерительных плеч А и С. После установки равновесия моста и подсчета значения необходимо поменять местами концы проводов, идущих от жил кабеля к мосту, и провести новое измерение. Если новому равновесию моста будут соответствовать сопротивления его плеч Α1 и С1, то в результате этого измерения можно получить величину
где 1У — расстояние от места повреждения до конца кабеля, на котором установлена закоротка (рис. 1.9).
На основании двух измерений можно произвести проверку, имея в виду, что lx + + L + 1у= 2L. Если оба результата в сумме не составляют двойной длины кабеля и значительно отличаются от нее, то это означает, что плечи моста подобраны недостаточно точно и измерения следует повторить, проверив все контакты в схеме.
Погрешность при ОМП петлевым методом складывается из погрешности самого измерения и погрешности, связанной с неточным знанием трассы, длины линии и сечения ее участков.
Относительная погрешность измерения ∆1х/L при петлевом методе может быть ориентировочно оценена по формуле [7 ]
где Δί — ток небаланса гальванометра с внутренним сопротивлением Rг, обусловливающий погрешность ΔΙΧ.
Из этой формулы следует, что погрешность увеличивается пропорционально росту Δί (уменьшению чувствительности гальванометра) и увеличению отношения переходного сопротивления Rn к напряжению батареи Е. Медленнее погрешность растет с увеличением отношений С/А и сопротивления гальванометра к сопротивлению жил кабеля. Отношение С/А увеличивается до единицы при повреждениях вблизи дальнего от моста конца кабеля. Для снижения погрешности в этом случае рекомендуется производить повторное измерение с переменой концов проводов, т. е. измерять 1У вместо 1Х. На отношение Rг/(2R) влияет выбор типа гальванометра. При прочих равных условиях на кабелях меньшего сечения (возрастает. R) измерения более точны.
Решающее влияние на точность мостовых измерений оказывают чувствительность гальванометра и отношение напряжения питания к переходному сопротивлению в месте повреждения. Поэтому для кабельных измерений применяют гальванометры с чувствительностью 10-6— 10-7 А/мм.
Область целесообразного использования петлевого метода весьма ограниченна. Его приходится использовать или при отсутствии импульсных приборов, или при расположении места повреждения в воде, когда переходное сопротивление не удается снизить прожиганием ниже нескольких килоом. Импульсные методы более удобны, точны и менее трудоемки. Серийно выпускаемые промышленностью мосты постоянного тока (типов УМВ и МО-6) и универсальные кабельные мосты (типов Р333 и Р334) имеют сравнительно низкую чувствительность гальванометров. При пользовании этими мостами желательно подключать выносные дополнительные гальванометры с чувствительностью 10-7 А/мм.
Емкостный метод. При обрывах жил кабеля в некоторых случаях возможно применять емкостный метод. Расстояние до места обрыва определяется по значению измеренной емкости жил участка КЛ. Измерение производится с помощью мостов переменного тока, обычно на частоте 1000 Гц. В качестве нуль-индикатор а используется телефон.
Мостами переменного тока можно измерять емкость при обрывах с сопротивлением изоляции в месте повреждения не менее 300 Ом. При меньших сопротивлениях точность измерения снижается ниже допустимого значения. Все жилы кабеля, кроме измеряемой, заземляют для того, чтобы уменьшить влияние их емкости на результаты измерения. Измерение емкости на постоянном токе может быть применено лишь при таком обрыве жил кабеля, когда переходное сопротивление в месте обрыва превышает 20 МОм.
Из отечественных серийных устройств в настоящее время наиболее подходящим для измерения емкости является универсальный кабельный мост Р334.
Емкостный метод по точности и удобству измерений значительно уступает импульсному и должен применяться лишь при отсутствии импульсных приборов.
Все известные топографические методы относятся к низкочастотным. Наиболее распространенным и важным из них является индукционный, используемый на КЛ и ВЛ, а также на внутренних проводках.
Индукционный метод основан на том, что вдоль трассы линии улавливают характер изменения магнитного поля, создаваемого протекающим по линии током. Используется как ток промышленной частоты и его высшие гармонические составляющие, так и ток повышенной частоты (0,4— 10 кГц) специального генератора. К индукционным устройствам методически удобно отнести и направленные (фазочувствительные) устройства, содержащие помимо датчиков магнитного поля еще и датчики электрического поля (например, штыревые антенны). Оператор с переносным приемным устройством перемещается вдоль трассы линии, определяя по различным признакам, находится ли он до или после места повреждения. Имеются в ряде случаев и признаки, характерные для самого места повреждения.
Акустические методы основаны на улавливании на трассе акустических (механических) колебаний, возникающих на поверхности грунта или асфальтобетонного покрытия при искровом разряде в изоляции КЛ. Оператор с акустическим датчиком и усилителем перемещается в зоне ±(15-40) м, выделенной дистанционным методом, и определяет место максимального уровня приема по индикатору или на слух с помощью телефона. Искровой разряд в месте повреждения изоляции создается посредством специальных устройств, подключаемых на конце КЛ.
Потенциальные методы основаны на фиксации вдоль трассы электрических потенциалов, создаваемых протекающими по оболочке КЛ и в земле токами. Используются постоянный ток и переменный ток повышенной частоты (звукового диапазона). Оператор перемещается по трассе с двумя контактными стержнями или пластинами. В первом случае осуществляется непосредственное измерение разности потенциалов, во втором — через емкость пластин. Пластины используются при асфальтобетонных покрытиях на трассе КЛ. В переносное устройство входят усилитель и индикатор. Ток в поврежденную жилу подается с конца КЛ.
Электромеханические методы основаны на фиксации механических усилий, создаваемых за счет энергии тока КЗ. Могут использоваться электродинамические усилия между током в токоведущих частях и наводимым током в расположенном вблизи датчике и электромагнитные силы, приложенные к якорю из магнитного материала. Электромеханические устройства (указатели) устанавливаются стационарно в РУ и на опорах ВЛ. Протекание тока КЗ через контролируемый объект сигнализируется с помощью блинкера. Восстановление исходного состоя· ния указателя (возврат блинкера) в ряде конструкций осуществляется автоматически при включении ВЛ под напряжение.
Акустические, потенциальные и электромеханические методы удобно объединить в одну общую группу так называемых контактных методов, рассмотренных в гл. 9.