Принцип действия
Для воздушных линий электропередачи 110кВ и выше Энергосеть-проектом, ВНИИЭ и др. организациями разработаны системы телеизмерения гололедных нагрузок с использованием высокочастотного канала и различных конструкций датчиков гололедной нагрузки, обеспечивающих непрерывное или дискретное измерение нагрузки. В этих системах ВЧ передатчики устанавливаются:
• в пункте контроля гололедной нагрузки на ВЛ осуществляют передачу ВЧ сигнала от места установки динамометрического или бесконтактного магнитоупругого ДГН до пункта приема информации;
• на подстанции и производят локацию ВЛ с помощью зондирующих ВЧ импульсов, коэффициент отражения которых изменятся путем перестройки контура заграждения в ПК от ДГН.
К недостаткам таких систем можно отнести сложность аппаратуры, обусловленную наличием ВЧ канала, недостаточную селективность и точность измерения из-за затухания ВЧ сигнала при гололедообразовании на ВЛ, невозможность применения при двух и более ПК на одной ВЛ.
При наличии на ВЛ изолированного грозозащитного троса СТГН может быть выполнена без использования ВЧ канала, что значительно упрощает ее схему. В «Южэнерго-сетьпроекте» разработана СТГН [75], в которой передача информации осуществляется постоянным током по схеме - «изолированный грозозащитный трос-земля». В ПК устанавливается преобразователь сигнала магнитоупругого бесконтактного ДГН в фазном проводе в пропорциональное напряжение постоянного тока, что позволяет непрерывно измерять нагрузку на провод. Такой же по конструкции ДГН в тросе управляет вторым преобразователем с релейной характеристикой. Недостатками системы являются: невозможность непрерывного измерения гололедной нагрузки на трос; для изменения уставки по нагрузке на трос требуется перенастройка преобразователя в ПК с отключением ВЛ и имитацией нагрузки на трос.
Ниже излагаются принципы выполнения усовершенствованных СТГН, предназначенных для одновременного непрерывного контроля гололедной нагрузки на фазный провод и трос в одном или нескольких пунктах контроля ВЛ 330-500кВ с изолированными грозозащитными тросами [78]. В качестве ДГН в системах используются бесконтактные помехозащищенные магнитоупругие датчики силы, а передача информации осуществляется по каналу связи «грозозащитный трос-земля», образованному измерительными трансформаторами напряжения TV1, TV2 и разделительными конденсаторами Cl, С2 (рис.7.22).
Выбор трансформаторов напряжения TV1, TV2 и схем их подключения к тросу зависит от способа плавки гололеда на тросе и принятой схемы питания аппаратуры, устанавливаемой в пункте контроля.
Плавка гололеда на В Л 330-500кВ обычно производится: на фазных проводах - постоянным током от специальных выпрямительных установок, на грозозащитных тросах - постоянным или переменным током. Для этого только в Ставропольэнерго было смонтировано 12 схем плавки гололеда на фазных проводах от установок с выпрямительными мостами типа ВУКН-1200/14 и В-ТПКД-1600/14, в том числе: по схеме «фаза-две фазы» - 6, «фаза-фаза» - 6. На тросах смонтировано 10 схем плавки гололеда, в том числе: по схеме «два троса-земля» - 2, «трос-трос» - 7, «трос-земля» - 1; в семи схемах плавка осуществляется переменным током, в трех - постоянным. За 1994-98гг. проведено 12 плавок гололеда на фазных проводах и 15 плавок на грозозащитных тросах.
Кроме того, ежегодно при подготовке к работе в осенне-зимний период на всех ВЛ проводятся пробные плавки гололеда с целью подготовки и обучения персонала, выявления и устранения дефектов схем и оборудования.
Рис.7.22. Схема СТГН для ВЛ 330-500 кВ с изолированными грозозащитными тросами
Так как плавка гололеда на фазных проводах ВЛ с использованием ВУ достаточно продолжительный процесс, особенно по схеме «фаза-две фазы», то необходимым требованием к СТГН является обеспечение ее работы в период плавки, что позволяет оперативному персоналу контролировать опадание гололеда и своевременно принимать решения.
Варианты питания аппаратуры СТГН в НК:
- От фазного провода контролируемой ВЛ. Недостатком такой схемы является потеря контроля гололедной нагрузки в процессе плавки гололеда на фазных проводах от ВУ.
- Oт постороннего источника, например, ВЛ 10-35кВ, проходящей в непосредственной близости от ПК. Наличие независимого источника позволяет обеспечить контроль гололедной нагрузки при плавке гололеда на фазных проводах и тросе от различных установок, однако такая схема не всегда может быть реализована.
Отметим, что ВЛ 10-35кВ могут быть использованы также и для передачи информации о гололедной нагрузке на проводах ВЛ 330-500кВ при отсутствии на ней грозозащитного троса.
- Подачей мигающего напряжения (обычно 10кВ) в трос.
В схеме, разработанной в «Южэнергосетьпроекте», напряжение ЮкВ подается в трос с помощью трансформатора питания СТГН 10/0,4кВ (Т на рис.22) с Sном 63-100κΒА, у которою один из фазных выводов обмотки высшего напряжения заземляется через разделительный конденсатор СЗ. При этом приемный преобразователь СТГН подключается к конденсатору С3 через трансформатор напряжения TV2, используемый в качестве балластного сопротивления (показано пунктиром на рис.7.22). При плавке гололеда на тросе питающий трансформатор Т вместе с ППр отключаются.
Авторами предложено разделить цепи питания и цепи канала передачи информации СТГН, для чего трансформатор напряжения TV2 подключается непосредственно к тросу через отдельный разъединитель QS2. Преимущества такой схемы включения трансформатора TV2:
- при плавке гололеда на тросе переменным напряжением 10-35кВ (нейтраль изолирована) питающий трансформатор Т отключается, а ППр остается в работе и сохраняется контроль гололедной нагрузки при условии стабилизации напряжения питания аппаратуры СТГН в ПК;
- независимый выбор параметров (емкости и номинального напряжения) разделительных конденсаторов С2 и С3.
Кодирование информации
Одновременный непрерывный контроль гололедной нагрузки на фазный провод и трос может обеспечиваться в СТГН следующими способами передачи информации по каналу «грозозащитный трос — земля»:
- напряжением постоянного тока разной полярности для фазного провода и троса;
- напряжением постоянного тока одной полярности, но в разных диапазонах его изменения для фазного провода и троса;
- напряжением постоянного тока - для фазного провода и низкочастотными импульсами - для троса;
- низкочастотными импульсами для фазного провода и троса.
При первых двух способах передачи информации в линейном преобразователе СТГН сигналы от датчиков гололедной нагрузки, установленных в фазном проводе (ДГНФ) и в тросе (ДТП,), преобразуются в напряжения постоянного тока одной или разной полярности, которые поочередно в течение одинаковых интервалов времени поступают с выхода ЛПр по каналу передачи «грозозащитный трос-земля» на вход ППр. В ППр происходит разделение сигналов либо по знаку, либо по значению, после чего они поступают в цепи индикации, сигнализации и телемеханики.
При третьем способе передачи информации в ЛПр СТГН сигнал от ДГНф преобразуется в пропорциональное ему напряжение постоянного тока, а сигнал от ДГНт - в соответствующее количество низкочастотных импульсов с частотой следования fнч=0,5—1 Гц, которые периодически накладываются на постоянное напряжение. В ППр производится измерение значения постоянного напряжения в интервалах отсутствия низкочастотной модуляции и подсчет количества импульсов или длительности низкочастотной модуляции.
Первый способ передачи информации рекомендуется для СТГН с одним ПК на ВЛ, второй и третий — могут применяться при двух и более ПК на одной ВЛ.
При четвертом способе передачи информации в ЛПр СТГН сигналы от ДГНф и ДГНг преобразуются в низкочастотные импульсы с частотой следования fнч = 0,5—1Гц. В этом случае возможно использование числоимпульсного кодирования, когда сигнал каждого из ДГН преобразуется в соответствующую последовательность двуполярных низкочастотных импульсов, или кодоимпульсного представления информации, когда сигнал каждого из ДГН преобразуется в последовательный двоичный код, который передается по каналу «грозозащитный трос-земля» также с помощью двуполярных низкочастотных импульсов.
Оценим время передачи информации при число-импульсном кодировании. Если ДГН установлены только в одной фазе ВЛ и в тросе, шаг квантования принят для фазного провода ΔΡф=1κΗ и для троса ΔΡт=0,1κΗ, максимальная измеряемая нагрузка на фазный провод Рмакс.ф==30кН и на трос Рмакс.т=5кН, общее количество информационных импульсов, необходимых для передачи максимальных значений нагрузок, равно
Отсюда время передачи, например, на частоте fнч = 0,5Гц составляет
Если ДГН установить во всех трех фазах ВЛ и в тросе, то время передачи только информационных импульсов число-импульсной кодовой комбинации, соответствующей максимальным нагрузкам, увеличивается до 280с.
При использовании кодоимпульсной последовательности, например с восьмиразрядным кодом, и установке ДГН во всех трех фазах и в тросе время передачи не зависит от значения нагрузок на ДГН и равно 64с. Это время значительно меньше, чем при число-импульсном кодировании, которое дает практически такое же время передачи уже при начальных весах на ДГН в фазных проводах до 7кН и в тросе до 1кН. Кроме уменьшения времени передачи применение кодоимпульсной последовательности НЧ импульсов позволяет проще выполнить кодирование адреса, т.е. принадлежности сигнала к определенному ДГН, что важно для организации селективной работы и диагностики системы, или ПК* что необходимо в групповых системах с несколькими ПК.
С учетом изложенного четвертый способ передачи информации с число-импульсным кодированием может быть рекомендован для СТГН с одним ПК на ВЛ и с установкой ДГН в одной фазе и в тросе. Кодирование сигнала, принадлежащего двум ДГН (ДГНф и ДГНТ), значительно упрощается при использовании фазового принципа, при котором числоимпульсный код нагрузки на ДГНф всегда начинается с импульса положительной полярности, а на ДГН, - с импульса отрицательной полярности. Практически это может быть реализовано с применением цифровых ЛПр, разработанных для СТГН на ВЛ 6-10кВ (см. п.7.3).
При наличии ДГН во всех трех фазах ВЛ и нескольких ПК более предпочтительным является кодоимпульсное представление передаваемой информации. Применение последовательного двоичного кода становится возможным благодаря особенностям прохождения НЧ сигнала по каналу «грозозащитный трос-земля», который в отличие от канала «фаза-земля» распределительных сетей 6-35кВ с изолированной нейтралью не является многоконтурной колебательной системой с изменяющейся в зависимости от режима сети схемой.
Возможное частичное шунтирование канала «грозозащитный трос- земля», например, из-за ухудшения изоляции троса, приводит только к уменьшению активного сопротивления изоляции троса относительно земли и не влияет на характер прохождения НЧ сигнала. Несмотря на некоторое затухание НЧ сигнала в этом случае, уровни двуполярного напряжения низкой частоты на входе приемного преобразователя СТГН при соответствующем выборе параметров канала передачи позволяют надежно декодировать информацию, представленную последовательным двоичным кодом.
Применение в СТГН указанных способов кодирования информации не требует синхронизации в работе линейных и приемного преобразователей, что существенно упрощает аппаратуру и повышает надежность ее работы.