ГЛАВА VI. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ДЛЯ УСКОРЕНИЯ РЕМОНТНОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
§ 27. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИСТАНЦИОННЫХ И ТОПОГРАФИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ОМП
Рассмотренные в предыдущих главах фиксирующие вольтметры и амперметры, фиксирующие омметры, автоматические и неавтоматические локационные искатели, а также различного рода топографические указатели образуют комплекс средств и методов ОМП и эксплуатируются в соответствии с [1, 2].
Основной целью создания таких комплексов в энергосистемах является ускорение ремонтно-восстановительных работ на устойчиво поврежденных линиях электропередачи, а также проведение профилактических осмотров и ремонтов после неустойчивых повреждений.
Разнообразие рассмотренных средств и методов ОМП в сетях с заземленной нейтралью, а также значительное количество работников энергосистемы, служебные обязанности которых связаны с ОМП, обусловливают необходимость комплексного решения вопросов разработки,
проектирования, монтажа, наладки, эксплуатации средств ОМП. Этими работами заняты:
оперативный персонал электростанций и крупных подстанций;
члены оперативных выездных бригад, обслуживающих распределительные подстанции;
дежурные диспетчеры;
сотрудники центральных и местных служб релейной защиты;
сотрудники службы электрических сетей энергосистемы;
сотрудники вычислительных центров энергосистемы;
сотрудники служб диспетчерского и технологического управления энергосистемы;
сотрудники монтажно-наладочных и ремонтных подразделений энергосистемы;
работники проектных организаций и заводов-изготовителей.
Важнейшее значение имеет четкое взаимодействие работников различных подразделений в процессе ОМП, особенно при использовании показаний фиксирующих вольтметров и амперметров, установленных с двух сторон линии на разных подстанциях.
Обязанности оперативного персонала электростанций и подстанций заключаются в следующем:
снять показания и записать в журнал дату, время и показания каждого из сработавших ФП;
после снятия произвести сброс показании, деблокировать ФП и привести их в состояние готовности к последующей работе;
квитировать все сигналы, определяющие состояние ФП;
по телефону или телетайпу сообщить диспетчеру в соответствии с оперативной принадлежностью показания ФП, необходимые для ОМП.
В зависимости от принятого в энергосистеме способа обработки показаний ФП эти данные передаются либо непосредственно в виде количества импульсов, либо с предварительным переводом в именованные значения токов и напряжений по градуировочным характеристикам, либо по специальным таблицам.
Запись показаний и деблокирование всех сработавших ФП на подстанциях с дежурным персоналом должны производиться сразу же после получения сигнала об их срабатывании с целью ускорения готовности приборов к повторному действию. Для подстанций без постоянного дежурства персонала при отсутствии устройств телемеханики передача показаний и деблокирование ФП должны выполняться персоналом в зависимости от формы обслуживания — оперативно-выездными бригадами или эксплуатационными монтерами.
Фиксирующие приборы, имеющие встроенный контроль исправного состояния (ФИП-1, ФИП-2, ЛИФП), должны периодически проверяться оперативным персоналом. Результаты проверок заносятся в журнал. Обо всех замечаниях по работе ФП следует немедленно сообщать диспетчеру и в местную службу релейной защиты, автоматики и измерений. Оперативный персонал обязан знать принцип работы ФП, установленных на данной электростанции (подстанции), а также инструкции по их эксплуатации.
Дежурные диспетчеры обязаны:
знать принцип работы всех ФП, установленных на линиях электропередачи, находящихся в их управлении:
знать методы ОМП, уметь пользоваться расчетными выражениями, графиками или номограммами для обработки показаний ФП, принятыми в энергосистеме;
иметь таблицы по установленной форме для записи показаний ФП, расчетного и фактического расстояния до места повреждения и выявленной причины КЗ;
иметь карты-схемы или таблицы расстановки опор на ВЛ, в которых приведены расстояния между соответствующими опорами, их номера и основные ориентиры;
после автоматического отключения ВЛ от релейной защиты получить необходимую информацию о показаниях ФП от соответствующего оперативного персонала электростанций или подстанций, произвести ОМП и сделать соответствующие записи в журнале.
После ОМП по показаниям ФП дежурные диспетчеры передают предприятию электрических сетей необходимые данные для поиска места КЗ с указанием зоны осмотра ВЛ. Осмотр производится в обе стороны от предполагаемого места КЗ. Длину зоны осмотра ВЛ определяют исходя из опыта эксплуатации ФП, и обычно она не превышает ±7% длины ВЛ напряжением 110 кВ и ±5% длины ВЛ напряжением 220 кВ.
Если кроме ФП на ВЛ установлен автоматический локационный искатель, то место повреждения и длина зоны обхода определяются в первую очередь по его показаниям. Если возникает существенное расхождение результатов ОМП по показаниям ФП и АЛИ, то организуют поиск места КЗ в обеих зонах обхода.
Для повышения достоверности и точности ОМП целесообразно использовать осциллограммы аварийной записи. В результате анализа осциллограмм может выявиться сложный характер повреждения ВЛ, например обрыв одного или нескольких проводов ВЛ. В случае обрыва проводов показания ФП не несут информации о месте КЗ, и предпочтение следует отдать показанию АЛИ.
Во всех случаях устойчивых повреждений ВЛ целесообразно произвести дополнительное ОМП с помощью неавтоматического локационного искателя. Целесообразно предусматривать постоянное подключение НЛИ к проводам ВЛ, имеющих высокочастотную обработку. Если устойчиво повредилась ВЛ, не имеющая высокочастотной обработки, то и в этом случае нужно сразу начинать работы по подключению НЛИ и зондированию линии. Длительность этих работ обычно не превышает 1,5—2 ч, хотя в некоторых случаях может оказаться бесполезной, так как место повреждения окажется найденным по показаниям ФП. Однако в случае неудачи в использовании показаний ФП, например при обрыве проводов, заблаговременно начатые работы по подключению НЛИ могут обеспечить успех ОМП и существенное ускорение поиска места этого сложного вида повреждения.
Дополнительным фактором, влияющим на необходимость немедленного подключения НЛИ, является возникновение недоотпуска электроэнергии и обесточивание потребителей. Если это произошло, то необходимо сразу подключать НЛИ.
Если же после отключения ВЛ потребители сохранили питание по оставшейся сети, то возможна задержка в подключении НЛИ. Оперативный персонал может быть занят другими работами, а поиск места повреждения, как показывает опыт, в подавляющем большинстве случаев успешно произойдет по показаниям ФП. По мере получения новых и уточненных данных о предполагаемом месте и виде повреждения дополнительная информация передается монтерам-обходчикам по УКВ-радиосвязи.
Службы релейной защиты энергосистемы обеспечивают организацию эксплуатации ФП, выбор оптимальных средств и методов ОМП, проектирование расстановки ФП в сети, а также выбор режима работы (селективный — неселективный). Кроме того, эта служба составляет инструкции по обработке показаний ФП, определяет объем и периодичность эксплуатационных проверок ФП, осуществляет учет и анализ работы ФП, обращая особое внимание на отказы в действии, производит уточнение сопротивлений линий и примыкающих сетей, входящих в расчетные формулы по данным ФП и фактически найденным местам КЗ.
Службы электрических сетей рассчитывают значения сопротивлений линий и примыкающих сетей, входящие в расчетные формулы, ведут учет всех случаев повреждений ВЛ, а также контролируют работу предприятий электрических сетей по организации ОМП.
Местная служба релейной защиты, автоматики и измерений осуществляет эксплуатацию ФП, проводит эксплуатационные и специальные проверки ФП, следит за соответствием градуировочных характеристик, периодически проводит занятия и инструктажи с оперативным персоналом по эксплуатации фиксирующих приборов, выявляет причины неисправностей или отказов в работе ФП и принимает меры к их устранению.
Предприятие электрических сетей непосредственно выполняет поиск места повреждения по указанию диспетчера, сообщает ему о всех выявленных дефектах в зоне обхода. При успешном АПВ и отсутствии видимых дефектов в заданной зоне обхода дальнейший обход ВЛ прекращается. При устойчивом КЗ осмотр продолжается до нахождения места КЗ. В необходимых случаях производится верховой осмотр участка ВЛ.
Служба вычислительной техники разрабатывает программы для ЭВМ по обработке показаний ФП, проверке достоверности их показаний и расчету длины зоны обхода.
На ВЛ с односторонним питанием предпочтение следует отдавать одностороннему методу ОМП по показаниям фиксирующих омметров. Важным преимуществом фиксирующих омметров является их работа при всех видах несимметричных и симметричных КЗ.
Подобно системам релейной защиты, имеющих основные и резервные ступени, средства ОМП также резервируют друг друга. Благодаря взаимодействию всех рассмотренных фиксирующих приборов и локационных искателей, образующих группу дистанционных средств, удается указать диапазон предполагаемых наиболее вероятных расстояний до места КЗ и направить ремонтную бригаду в зону повреждения.
Для облегчения и ускорения поиска места повреждения непосредственно в зоне обхода важную роль играют топографические средства ОМП — указатели опоры и гирлянды с поврежденной изоляцией.
Таким образом, ускорение начала ремонтно-восстановительных работ обеспечивается последовательным применением дистанционных, а затем топографических средств ОМП.
Важной особенностью развития методов обработки показаний ФП на ЭВМ является стремление повысить точность и достоверность результата за счет учета показаний большего количества ФП, установленных не только непосредственно по концам поврежденной ВЛ, но и в других точках сети, электрически связанных с местом повреждения. В этом случае необходим переход на неселективное включение ФП, следствием которого является существенное увеличение нагрузки на оперативный персонал электростанций, подстанций и диспетчеров по сбору и передаче показаний ФП.
В некоторых случаях при непонимании рассматриваемой проблемы непосредственными исполнителями — оперативным персоналом электростанций и подстанций, могут возникнуть задержки в снятии показаний ФП и приведении их в состояние готовности к последующим срабатываниям. Из-за затяжки процесса ОМП возникают существенные задержки ремонтно-восстановительных работ на ВЛ.
Предположим, что произошло КЗ на землю в сети энергосистемы ЭС за трансформатором на подстанции I (см. рис. 4). Токи нулевой последовательности в режиме КЗ будут протекать и по ВЛ, направляясь к заземленной нейтрали трансформатора на подстанции II. Появление этих токов возбудит ΦΠΙ и ФПП. Если фиксирующие амперметры включены неселективно, то они зафиксируют значения этих токов и заблокируются. Если не обеспечить снятие показаний и сброс блокировки обоих приборов, то при последующем КЗ уже на ВЛ между подстанциями I и II они срабатывать не будут, а на их шкалах будет сохраняться информация о предыдущем КЗ. Если деблокировать только один ФП, например на подстанции I или II, а на другой подстанции «забыть» это сделать, то и в этом случае последствия будут практически одинаково неудовлетворительными, так как результат ОМП по «старым» показаниям ФП наверняка не будет соответствовать точке КЗ на ВЛ между подстанциями I и II.
Развитие методов обработки показаний ФП на ЭВМ в определенном смысле вступает в противоречие со стремлением повысить производительность труда, так как развивается тенденция собирать и обрабатывать все большее количество показаний ФП при каждом случае КЗ. Разрешением этого противоречия, как указывалось в гл. II, является переход на полностью автоматическую комплексную систему сбора, передачи и обработки показаний ФП с использованием систем телемеханики и микропроцессорной техники.
§ 28. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОМП ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Фиксирующие вольтметры, и амперметры в сетях с заземленной нейтралью в настоящее время имеют массовое распространение. В энергосистемах СССР установлено более 13 тыс. приборов различных модификаций, из них более 95% относятся к рассмотренным в гл. II типам ФИП, ФИП-1, ФИП-2 и ЛИФП. Суммарная длина ВЛ напряжением 110—750 кВ, оборудованных ФП, составляет более 90% общей протяженности всех линий длиной 20 км и более. На линиях короче 20 км из-за погрешностей ОМП применение ФП является менее эффективным и используется только в условиях повышенной трудности осмотра трассы ВЛ в горах, по болотам и т. п.
Одним из основных показателей эффективности является погрешность ОМП, т. е. расстояние между фактической и расчетной точками КЗ. В течение многих лет ПО «Союзтехэнерго» ведет анализ эффективности использования ФП в энергосистемах СССР. Установлено, что более половины всех расстояний до КЗ указаны с небольшой погрешностью ±3 км, а подавляющее большинство расстояний (более 90%) указаны с погрешностью ±10%. Среднее значение погрешности ОМП по показаниям ФП составляет ±5% длины ВЛ.
В процессе эксплуатации возникают и так называемые «промахи», т. е. ОМП с очень большой погрешностью — более 15%. Вероятность появления такой погрешности составляет менее 1%. Обычно появление таких погрешностей связано с неисправностью ФП или низкой квалификацией работников, а также небрежностью при снятии и переводе показаний ФП в именованные единицы.
Автоматические локационные искатели из-за относительной сложности и дороговизны имеют ограниченное распространение и применяются в первую очередь на системообразующих ВЛ напряжением 330 кВ и выше. Существенным преимуществом АЛИ по сравнению с ФП является реагирование на все без исключения виды КЗ, включая сложные виды повреждений с обрывом фазных проводов. Погрешность ОМП по показаниям АЛИ не превышает 3% длины ВЛ. Так как АЛИ выполняются как многоканальные приборы и могут обслуживать несколько ВЛ различных классов напряжений, то кроме системообразующих ВЛ 330 кВ и выше к ним могут подключаться и ВЛ напряжением 35—220 кВ. Однако эффективность применения АЛИ в этих сетях снижается, а на многих ВЛ их применение вообще невозможно из-за большого количества мест неоднородностей волнового сопротивления ВЛ в местах разветвлений, пересечений с другими ВЛ и т. д. Очевидно, что область применения АЛИ ограничена только теми ВЛ, на которых имеется ВЧ-обработка всех трех фаз.
Неавтоматические локационные искатели не требуют в обязательном порядке наличия ВЧ-обработки фаз, а их подключение к проводам возможно после отключения устойчиво поврежденной ВЛ. Если ВЧ-обработка ВЛ имеется, то ИЛИ могут быть подключены к ВЛ через фильтр присоединения и конденсатор связи постоянно.
Экономическая эффективность применения дистанционных средств и методов ОМП выражается сроком окупаемости Ток затрат на создание и эксплуатацию комплекса средств:
(23)
где Э1 — годовой экономический эффект от сокращения времени ОМП при устойчивых КЗ и сокращения недоотпуска электроэнергии при отключении потребителей на 1000 км сетей; Э2 — годовой экономический эффект от сокращения времени ОМП за счет сокращения потерь электрической энергии на 1000 км сетей; 3 — капитальные затраты и эксплуатационные расходы на средства ОМП на 1000 км сетей.
Применение дистанционных средств и методов ОМП позволяет существенно сократить длину зоны обхода и осмотра ВЛ. В зависимости от точности использованных средств и методов ОМП длина зоны обхода устанавливается ±(0,03—0,07) длины ВЛ. Так как повреждения имеют случайный характер, то в среднем приходится обходить только половину назначенной зоны обхода, т. е. от 0,015 до 0,035 длины ВЛ. Для расчетов возьмем среднюю цифру 0,025 длины ВЛ.
При отсутствии дистанционных средств ОМП в среднем приходится обходить половину длины ВЛ. Следовательно, применение дистанционных средств ОМП сокращает время поиска повреждения на время ΔТ, ч:
(24) где L — длина ВЛ, км; ν — принятая норма скорости поиска повреждения при внеочередном обходе ВЛ, км/ч. Для ВЛ длиной 100 км и v = 5 км/ч по (24) получаем ∆Т=9,5 ч, т. е. время поиска места КЗ уменьшается с 10 до 0,5 ч, т. е. на 9,5 ч. Если длина ВЛ меньше 100 км, то экономия времени тоже меньше. Необходимо заметить, что полное время ОМП будет больше чем 0,5 ч на сумму времени сбора и обработки показаний ФП на диспетчерском пункте (5—10 мин), времени передачи распоряжения диспетчера и времени движения монтеров-обходчиков к зоне повреждения (0,5—3 ч). Внедрение дистанционных средств ОМП позволяет существенно снизить загрузку монтеров-обходчиков по внеочередным обходам ВЛ и, как следствие, создает предпосылки для концентрации транспортных средств. Более свободный маневр транспортными средствами в сочетании с УКВ- радиосвязью позволяет уменьшить время передачи информации диспетчера о зоне обхода, о виде повреждения и, возможно, об изменении и корректировке ранее переданной информации по данным ИЛИ и аварийных осциллографов.
С помощью выражения (24) можно оценить экономию времени за счет увеличения нормы скорости поиска при внеочередном осмотре ВЛ за счет применения топографических средств ОМП. Скорость υ=5 км/ч принята при ОМП без использования транспортных средств. Очевидно, применение топографических указателей в целом ряде случаев позволяет существенно увеличить скорость осмотра за счет использования автотранспорта или вертолета.
Взаимодействие всех перечисленных факторов в итоге позволяет обеспечить рациональное использование трудовых ресурсов и транспортных средств при осмотре ВЛ. Внедрение дистанционных средств ОМП оказывает непосредственное положительное влияние и на условия работы потребителей электрической энергии — заводов, фабрик, предприятий агропромышленного комплекса,
строек и т. д. Годовой экономический эффект от сокращения времени ОМП обозначен в (23) через Э1. Дело в том, что аварийное отключение ВЛ при устойчивом КЗ часто приводит к прекращению электроснабжения потребителей. В большинстве случаев перерыв питания имеет место при аварийных отключениях ВЛ с ответвлениями. Доля таких ВЛ в сетях с заземленной нейтралью составляет около 30%. Вероятность одного устойчивого КЗ в год для ВЛ длиной 100 км в среднем равна 0,2. Среднее значение мощности, передаваемой по ВЛ потребителям, принятое для расчета, равно Р=5-104 кВт. Народнохозяйственный ущерб от прекращения подачи мощности потребителям зависит от вида производства, лишившегося электроснабжения, и колеблется в широких пределах, достигая в денежном выражении 1 руб. и более за 1 кВт-ч. Для примера примем этот ущерб равным A=0,22 руб/(кВт-ч). Уменьшение времени ремонтно-восстановительных работ за счет использования комплекса дистанционных и топографических средств ОМП в сетях с заземленной нейтралью примем в среднем равным 5 ч. Тогда в целом для энергосистемы на каждые 1000 км сетей 110 кВ и выше с заземленной нейтралью Э, окажется равной: Э1=0,3-0,2-5·104-0,22-5-1000/100=33 тыс. руб/год. Заметим, что значение Э1 найдено при минимальном значении А=0,22 руб/(кВт-ч). В большом числе конкретных случаев значения А могут быть больше в несколько раз. Кроме того, сокращение времени ОМП на 5 ч — это заниженное число. Оно не учитывает возможных задержек в обходе ВЛ из-за условий плохой видимости ночью, в туман и т. п. Топографические средства могут зачастую устранять эти задержки полностью.
Оценим экономическую эффективность комплекса средств и методов ОМП, выраженную через Э2 в зависимости от снижения потерь электрической энергии на 1000 км сетей. Как известно, при отключении одной из ВЛ и сохранения в работе всех потребителей происходит перераспределение потоков мощности в сети и увеличиваются потери активной мощности. Ориентировочно можно считать, что дополнительные потери составляют 0,05 передаваемой по ВЛ мощности, а себестоимость электроэнергии может быть принята равной 1 коп/(кВт-ч). Тогда для 1000 км ВЛ напряжением 110 кВ или выше с вероятностью одного устойчивого КЗ в год, равной 0,2 на ВЛ длиной 100 км, стоимость сокращенных потерь мощности при ускорении на 5 ч проведения ремонтно-восстановительных работ за счет применения комплекса средств ОМП составит (средняя мощность нагрузки ВЛ принята равной 5-104 кВт): Э2=0,05·1-0,2·5·5· 104·1000/100 = 250 руб/год. Оценка затрат энергосистемы на покупку и эксплуатацию комплекса средств ОМП, его монтаж, наладку и эксплуатацию может быть сделана следующим образом:
(25) где К — капитальные вложения в комплекс дистанционных и топографических средств ОМП на 1000 км сетей; Р — годовые эксплуатационные расходы на комплекс дистанционных и топографических средств ОМП на 1000 км сетей.
Годовые эксплуатационные расходы обычно не превышают 10% капитальных вложений, поэтому Р=0,1 К. Величина К. складывается из стоимости дистанционных и топографических средств: К=Кя+Кт:. Как показывает опыт, в среднем на одну ВЛ приходится устанавливать 2,5 фиксирующих амперметров и вольтметров стоимостью в среднем около 300 руб. На каждой подстанции (в среднем семь подстанций на 1000 км сетей) необходимо иметь один НЛИ стоимостью около 700 руб. На 1000 км сетей ПО кВ и выше в энергосистеме может быть установлен один АЛИ стоимостью 10 тыс. руб. Средняя длина ВЛ, оборудованных дистанционными средствами ОМП, может быть принята 60 км. Тогда
Следовательно, все вложенные в создание комплекса средства окупятся менее чем за 2 года и начнут приносить доход в размере
, т. е. около 30 тыс. руб. ежегодно на каждые 1 тыс. км сетей напряжением 110 кВ и выше.
Для отдельных линий эффективность может быть выше. Покажем это на примере ВЛ напряжением 500 кВ длиной 100 км. Отключение такой ВЛ может приводить к отключению потребителей с суммарной нагрузкой 500 МВт. Потери за каждый час простоя такой ВЛ обходятся нашему народному хозяйству в 5·105·0,22=110 тыс. руб. Возникает вопрос, какова допустимая цена топографических средств ОМП на каждый километр такой ВЛ? Если применение этих средств позволит сократить время ОМП на 1 ч хотя бы 1 раз в пять лет, то на каждый километр ВЛ напряжением 500 кВ допустимо затратить 110·103/(100·5)=0,22·103 = 220 руб. Эти затраты при принятых условиях окупятся в среднем за 1 год, и средства ОМП начнут приносить существенный доход. Следует заметить, что стоимость топографических указателей типов УПИ-1 и УПГ-1 на 1 км ВЛ напряжением 500 кВ не превышает 100 руб.
Контрольные вопросы
- Какие подразделения и службы заняты сбором, передачей и обработкой показаний фиксирующих вольтметров и амперметров?
- Что должен делать оперативный персонал электростанций и подстанций при срабатывании ФП?
- Почему недопустима задержка в снятии показаний и деблокировании ФП?
- Возможно ли срабатывание фиксирующих вольтметров и амперметров при отсутствии повреждений ВЛ, отходящих от подстанции?
- В каких случаях при неустойчивых КЗ определение мест повреждения по показаниям ФП даст неверный результат?
- В каких случаях необходимо скорейшее подключение неавтоматического локационного искателя к устойчиво поврежденной ВЛ?
- В чем заключается эффект от применения фиксирующих вольтметров, амперметров, омметров, автоматических и неавтоматических локационных искателей?
- Как можно использовать осциллограммы аварийной записи для ОМП воздушных линий?
- Какая последовательность использования средств ОМП является наиболее целесообразной: сначала дистанционные, затем топографические; сначала топографические, затем дистанционные?
- Какие факторы определяют экономию средств по обходу и осмотру ВЛ при комплексном использовании дистанционных и топографических средств ОМП?
- Какие факторы определяют сокращение потерь у потребителей электроэнергии при убыстрении ремонтно-восстановительных работ устойчиво поврежденной ВЛ за счет комплексного использования средств ОМП?