Определение мест повреждения на ВЛ - Устройства для определения места замыкания на землю на линиях 6—35 кВ

9. КЛАССИФИКАЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ
Воздушные распределительные сети 6—35 кВ работают с изолированной или компенсированной нейтралью. Значения токов замыкания на землю в этих сетях относительно невелики и во многих случаях на один или даже два порядка меньше токов нагрузки.
Для воздушной сети 6—35 кВ с изолированной нейтралью значение тока замыкания на землю при замыкании без переходного сопротивления может быть ориентировочно определено по эмпирической формуле

где h — ток замыкания. А; ил — линейное напряжение, кВ; /с—суммарная длина линий сети, км.
В компенсированных сетях ток замыкания на землю зависит, кроме того, от степени компенсации емкостного тока. Для этих сетей характерна также сложная древовидная конфигурация линий.
Указанные особенности сетей 6—35 кВ практически исключают возможность применения для них методов и средств определения мест однофазных замыканий на землю, используемых в сетях более высокого напряжения. В связи с этим в воздушных сетях 6—35 кВ получили распространение переносные приборы, которые позволяют путем ряда последовательных измерений в разных точках сети определить место повреждения.
Известные методы и приборы для отыскания места однофазного замыкания на землю в воздушных распределительных сетях основаны на использовании процессов и явлений, происходящих в сети при этом виде повреждения. При замыкании на землю как в поврежденной, так и неповрежденных линиях сети протекают токи нулевой последовательности. Значение этих токов в неповрежденных линиях определяется при прочих одинаковых условиях емкостью проводов каждой линии по отношению к земле. В поврежденной линии от шин подстанции к месту замыкания протекает суммарный ток нулевой последовательности неповрежденных линий. Направление тока в поврежденной линии противоположно направлению токов в неповрежденной линии. Замыкание на землю вызывает искажение системы фазных напряжений. Токи пулевой последовательности, кроме основной составляющей 50 Гц, содержат составляющие высших гармоник. Основными источниками высших гармоник являются генераторы, ЭДС которых не чисто синусоидальна, а также силовые трансформаторы и токоприемники, имеющие нелинейную характеристику.
При замыкании на землю в сети гармонический состав тока нулевой последовательности неповрежденной линии определяется гармоническим составом напряжения нулевой последовательности и параметрами данной линии. Гармонический состав тока поврежденной линии представляет собой сумму гармонических составляющих токов неповрежденных линий. В компенсированной сети к высшим гармоникам тока нулевой последовательности поврежденного присоединения добавляются высшие гармонические составляющие тока дугогасящей катушки.
Контроль тока нулевой последовательности в линиях сети осуществляется переносными приборами путем измерения магнитного поля вблизи линии с помощью встроенных в прибор магнитных датчиков, представляющих собой индуктивную катушку с разомкнутым ферромагнитным сердечником. Контроль напряжения сети осуществляется путем измерения электрического поля линии с помощью штыревой антенны.
По измеряемым составляющим тока и напряжения переносные приборы делятся на две группы: приборы, работающие на частоте 50 Гц, и приборы, работающие на высших гармонических составляющих. Каждая группа в свою очередь включает как токовые, так и направленные приборы. Токовые приборы используются для сравнительной оценки токов нулевой последовательности в линиях и участках сети при замыкании на землю. Направленные приборы дают возможность определить направление протекания этих токов.
При применении токовых приборов в результате сравнительной оценки уровня соответствующих составляющих токов нулевой последовательности определяется поврежденная линия, показания прибора для которой максимальны; затем по максимальным показаниям прибора на поврежденной линии определяются поврежденное ответвление и место повреждения, за которым показания прибора резко снижаются.
Направленные приборы позволяют по показаниям индикатора определить направление к месту повреждения в точке сети, если значение соответствующей составляющей тока нулевой последовательности в данной точке сети достаточно для работы прибора. Это условие не выполняется обычно на сравнительно коротких ответвлениях и концевых участках линий.
Применение приборов, использующих составляющие основной частоты, встречает трудности из-за влияния магнитного поля токов нагрузки, напряженность которого сравнима с напряженностью магнитного поля тока замыкания на землю. Наличие вблизи линии нескомпенсированного магнитного поля токов нагрузки объясняется несимметричным расположением проводов линии по отношению к точке расположения переносного прибора. Влияние магнитного поля токов нагрузки резко ограничивает область применения наиболее простых приборов на основной частоте. При токах замыкания на землю, составляющих менее 20% тока нагрузки, применение таких приборов практически невозможно.
Использование высших гармонических составляющих имеет то преимущество, что Их относительный уровень в токе замыкания на землю по сравнению с уровнем в токе нагрузки тем выше, чем выше номер гармоники. Это объясняется емкостным характером сопротивления в контуре протекания тока замыкания на землю и в значительной степени индуктивным характером сопротивления в контуре протекания тока нагрузки. Поэтому при использовании высших гармонических составляющих влияние магнитного поля токов нагрузки существенно меньше. Замыкания на землю в большинстве случаев происходят через переходное сопротивление. В процессе протекания тока замыкания на землю значение этого сопротивления, как правило, не остается неизменным. Изменения переходного сопротивления, часто значительные, вызывают изменения уровня гармонических составляющих тока. Так как емкостное сопротивление в контуре прохождения тока замыкания на землю тем меньше, чем выше номер гармоники, влияние изменений переходного сопротивления на изменение уровня высших гармоник тем больше, чем выше номер гармоники.
Таким образом, хотя более высокие гармоники дают возможность лучшей отстройки от влияния токов нагрузки, нестабильность их уровня вследствие изменения переходного сопротивления затрудняет работу с прибором, использующим более высокие гармоники.
Наибольшее распространение в энергосистемах получили серийно выпускаемые приборы «Поиск-1», «Волна» и «ЗОНД».
Серийный выпуск первого переносного прибора «Поиск-1» был освоен Мытищинским электромеханическим заводом в 1969 г. Прибор «Поиск-1» разработан Союзтехэнерго как универсальный прибор. Он имеет фиксированную настройку на 5, 7, 11 и 13-ю гармоники и возможность работы в полосе частот. Рекомендуется преимущественное использование 5-й гармоники. Основным недостатком прибора «Поиск-1» являются относительно большие размеры и масса.
С 1981 г. Мытищинским электромеханическим заводом освоен выпуск нового, более совершенного прибора серии «Волна», разработанного заводом совместно с Союзтехэнерго и Украинской сельскохозяйственной академией. По сравнению с прибором «Поиск-1» прибор «Волна» имеет лучшую селективность, более высокую чувствительность, меньшие габариты и вес. В 1990 г. завод предполагает освоить выпуск приборов «Волна-М» на новой элементной базе с более стабильными характеристиками.
Рижским опытным заводом «Энергоавтоматика» в 1981 г. освоен выпуск направленного прибора «ЗОНД», разработанного Украинским отделением Сельэнергопроекта совместно с заводом. Прибор основан на сравнении фаз тока и напряжения 11-й гармоники.
Кроме серийно выпускаемых переносных приборов в энергосистемах нашли некоторое применение и имеют положительный опыт эксплуатации прибор «Гармоника», разработанный Украинской сельскохозяйственной академией, прибор Мосэнерго УМП-7 и др.
Общими ко всем переносным приборам для определения места замыкания в сети являются следующие требования.
Прибор должен иметь достаточно высокую чувствительность, обеспечивать определение места замыкания в сетях малой протяженности (не более 20 км), позволять производить контроль наличия замыкания в сети в процессе поиска повреждения. Прибор должен обеспечивать надежное определение поврежденной линии на подстанции, поврежденного ответвления и места повреждения на линии при значительных токах нагрузки (до 80- 100 А).
Прибор должен быть универсальным, применяем как в сетях с изолированной, так и в сетях с компенсированной нейтралью при любой конструкции, линий, в широком диапазоне температур, от —40 до +40° С. Прибор должен быть легким и малогабаритным, надежным в работе и простым в употреблении, чтобы прибором мог пользоваться без труда любой электромонтер.
Наиболее перспективными переносными приборами, в большей степени удовлетворяющими перечисленным требованиям, являются приборы, основанные на использовании высших гармонических составляющих.