Определение мест повреждения по показаниям фиксирующих приборов на ВЛ электропередачи производится путем двухсторонних или односторонних измерений параметров аварийного режима. Выбор метода определения места повреждения зависит от конкретных условий — конфигурации сети, параметров контролируемой линии и др.
Фиксирующие приборы серий ФИП и ЛИФП применяются в первую очередь для фиксации токов и напряжений нулевой последовательности при двухсторонних измерениях на линиях электропередачи 110 кВ и выше.
Фиксирующие приборы обратной последовательности ФПТ и ФПН применяются на линиях 110 кВ и выше с относительно большим количеством междуфазных КЗ, например, на линиях с деревянными опорами, на близкорасположенных линиях, где затруднен учет взаимоиндукции между приводами, а также в электрических сетях 6—35 кВ.
Фиксирующие омметры ФИС применяются в первую очередь на тупиковых линиях электропередачи 110 кВ и выше, где определение мест повреждения на основе односторонних измерений тока или напряжения приводит к большим погрешностях из-за влияния переходного сопротивления в месте КЗ.
Приборы ФИС могут эффективно использоваться и на линиях с двухсторонним питанием, при этом приборы рекомендуется устанавливать со стороны более мощного источника питания.
Специфика фиксирующих приборов вызывает ряд дополнительных требований к техническому обслуживанию и выбору характеристик устройств. Диапазон измерения приборов должен перекрывать диапазон контролируемых токов и напряжений при повреждениях на линии при всех возможных режимах. Для возможности фиксации малых токов при повреждениях через переходное сопротивление (при падении провода на дерево, сухой грунт, снег и т. д.) целесообразно использовать фиксирующие приборы с максимально возможной чувствительностью.
Нижний предел измерения у фиксирующих амперметров рекомендуется выбирать по условию отстройки от тока небаланса фильтра симметричных составляющих, который может составлять примерно 0,3 А при использовании трансформаторов тока с номинальным током 5 А. Нижний предел измерения у фиксирующих вольтметров должен быть отстроен от напряжения небаланса фильтров напряжения нулевой и обратной последовательности, который может составлять около 2 В.
При использовании фиксирующих вольтметров необходимо учитывать погрешность измерения из-за падения напряжения во вторичных цепях трансформатора напряжения. Фиксирующие вольтметры нулевой последовательности должны подключаться к трансформаторам отдельными жилами.
Фиксирующие приборы должны, как правило, работать в селективном режиме, т. е. производить фиксацию только при аварийном, отключении поврежденной линии. В неселективном режиме приборы целесообразно использовать на узловых подстанциях с постоянным дежурным персоналом.
Рис. 7. Структурная схема приборов ЛИФП, ФПТ и ФПН при фиксации двух электрических величин
Выпускаемые рижским опытным заводом «Энергоавтоматика» фиксирующие приборы ЛИФП, ФПН и ФПТ обеспечивают фиксацию одного параметра аварийного режима на одном контролируемом присоединении.
Для сокращения количества используемой в энергосистемах аппаратуры и соответственно трудозатрат эксплуатационного персонала эти приборы могут быть использованы для контроля двух параметров аварийного режима на двух контролируемых присоединениях с выбором и фиксацией наибольшего по значению параметра. При этом один прибор ЛИФП-В или ФПН может использоваться для контроля напряжения на двух секциях шин подстанции, один прибор ФПТ — для контроля тока на двух вводах двухтрансформаторных подстанций, а один прибор ЛИФП-А может быть применен для контроля тока на двух линиях электропередачи.
Для расширения функциональных возможностей приборов входные блоки ЛИФП и ФПН, содержащие (рис. 7) входной преобразователь 1, аналого-цифровой преобразователь 2 и блок индикации 3, дополняются вторым входным преобразователем 4 и элементом сравнения 5 с ключом 6.
Элемент сравнения обеспечивает выбор наибольшей из двух контролируемых величин и с помощью ключа 6 с контактным выходом подключает к аналого-цифровому преобразователю выходные цепи соответствующего входного преобразователя.
Входные блоки индикаторов ФПТ соответственно дополняются вторым входным преобразователем, вторым формирователем сигнала по току нагрузки, элементом сравнения с ключом и элементом контроля работы аналого-цифрового преобразователя.
В качестве дополнительных входных преобразователей используются преобразователи серийных приборов. Вариант выполнения элемента сравнения и ключа для приборов ЛИФП-В и ФПН приведен на рис. 8.
Принцип действия предлагаемой схемы основан на сравнении значений выпрямленных сигналов, поступающих от входных трансформаторов 77 и Т2, контролирующих напряжения И\ и U2, с помощью компаратора на микросхеме А1
В нормальном режиме вход измерительной части индикатора подключен к выходу трансформатора Т2. При превышении сигнала с выхода первого трансформатора срабатывает компаратор А1 и открывает транзистор VT1 в цепи питания обмотки реле К1. Реле срабатывает и переключает измерительную часть индикатора к выходу трансформатора 77.
Рис 8. Схема входных преобразователей, элемента сравнения и ключа для приборов ЛИФП-В и ФПН.
Эти же элементы сравнения и ключ могут быть использованы в схемах приборов ЛИФП-А, ФПН и ФПТ.
Рекомендуемая модернизация приборов может быть проведена силами энергосистем. Завод предполагает внести изменения в схемы входных блоков приборов ЛИФП, ФПН и ФПТ, обеспечивающие фиксацию двух электрических величин, в 1990 г.
В последние годы накоплен положительный опыт применения приборов ФПТ и ФПН для определения расстояний до мест двухфазных КЗ в сельских распределительных сетях [11].
Для более эффективного применения индикаторов ФПТ и ФПН рекомендуется использовать метод, предложенный Белорусской энергосистемой. При использовании индикаторов ФПТ по этому методу индикатор ФПТ устанавливается на вводе к шинам подстанции (рис. 9, а) и предварительно рассчитываются токи двухфазного КЗ для разных точек каждой из отходящих от подстанций линий. По результатам расчета на схему электросети 10 (6) кВ наносятся эквитоковые линии, соединяющие точки с равными значениями токов КЗ обратной последовательности. Маркировку этих линий рекомендуется производить непосредственно в показаниях индикатора ФПТ (рис. 9, б). С помощью показаний ФПТ и схемы с эквитоковыми линиями из-за разветвленности сетей 6 —10 кВ можно определить несколько вероятных мест повреждения. Поэтому данный метод следует использовать совместно с применением указателей поврежденных участков, устанавливаемых в местах разветвлений линии (см. гл. 2).
Для более эффективного использования приборов ФПТ и ФПН п сетях 6—20 кВ могут быть также применены номограммы зависимостей значений составляющих тока (напряжения) обратной последовательности от расстояния до места повреждения и марки проводов, построенные для конкретной подстанции. График может иметь несколько осей абсцисс по числу марок проводов, использованных в конкретной сети. По этим осям в линейном масштабе откладываются расстояния до места двухфазного КЗ на ВЛ. По оси ординат в логарифмическом масштабе откладываются значения тока (напряжения) обратной последовательности.
График строится следующим образом. Вначале определяется максимальное значение тока обратной последовательности при КЗ на шинах подстанции
где Ucр — среднее значение напряжения на шинах, В; Rc, Хс — активное и индуктивное сопротивления системы, Ом.
Затем определяется минимальное значение тока при КЗ в конце ВЛ с наибольшим сопротивлением:
где L — длина участка ВЛ, км; г, х — удельные активные и индуктивные сопротивления участков проводов линии, Ом/км.
После этого для разных значений тока обратной последова-
тельности в пределах от /2л до /2ш определяются расстояния до места повреждения на линиях с разными марками проводов:
где /2--ток обратной последовательности в месте КЗ, А.
При построении графика зависимости напряжения обратной последовательности от расстояния до места повреждения
Номограммы могут строиться либо в первичных, либо во вторичных величинах. При определенном опыте с использованием для расчетов микрокалькулятора номограммы для подстанции могут быть построены достаточно быстро. Пример номограммы для подстанции 110 (35) кВ с трансформатором 4000 кВ-А приведен на рис. 10. По оси ординат отложены первичные значения тока обратной последовательности /2, по осям абсцисс — расстояние L до места повреждения при использовании разных марок проводов. I
Рис. 11. Установка прибора ФИС на линии с двухсторонним питанием
С помощью такой номограммы по показаниям фиксирующих приборов быстро определяется расстояние до места повреждения на любой линии подстанции, в том числе на линиях, имеющих участки с проводами разных марок. Так, при показании прибора ФПТ 250 А расстояние до места повреждения на линии с проводом АС 50 составляет 30 км. Если поврежденная линия имеет участки с проводами разных марок, например, в начале линии имеется участок с проводом АС 50 длиной 13 км, а следующий участок выполнен проводом АС 25, то при показании индикатора 250 А расстояние до места повреждения определяется как сумма [Длин первого аб и части второго вг участков, т. е. равно 26 км. При определении мест повреждения с помощью приборов ФПТ и ФПН следует учитывать влияние сопротивления нагрузки неповрежденных присоединений.
Рис. 10. Номограмма для прибора ФПТ
Погрешность измерения расстояния до места повреждения при номинальной нагрузке трансформатора подстанции определяется по выражению
где ык — напряжение короткого замыкания трансформатора, %; Z„2 — относительное сопротивление обратной последовательности нагрузки.
В электрических сетях сельскохозяйственного назначения, питающихся от трансформаторов 35/10 кВ, погрешность измерения без коррекции может составлять от 18 до 33%, а при питании от трансформаторов 110/35/10 кВ погрешность может достигать 75%.
Для снижения погрешности при измерении расстояния до места повреждения приборы ФПТ снабжены специальным корректором. Значения коэффициента коррекции устанавливаются в соответствии с приведенными далее рекомендациями.
Более простые индикаторы ФПН могут эффективно использоваться на подстанциях с относительно малой нагрузкой, в первую очередь с трансформаторами мощностью до 6,3 MB-А при максимальной нагрузке до 40—60% номинальной. Эти индикаторы могут быть рекомендованы для применения в сельских электросетях и в других случаях, когда погрешность измерения не превышает 10% погрешности измерения при использовании индикатора ФПН определяется по выражению
где St.ном — значения мощности нагрузки и номинальной мощности трансформатора.
При использовании приборов ФИС на линиях с двусторонним питанием может быть использован разработанный Союзтехэнерго способ фиксации сопротивления до места повреждения в режиме одностороннего питания места повреждения на период цикла АПВ.
По этому способу прибор ФИС устанавливается со стороны линии, выключатель которой включается от устройства АПВ первым. При этом прибор ФИС переводится в селективный режим без памяти разрешающего сигнала, т. е. при каждом включении линии в цикле АПВ или вручную происходит деблокирование прибора и запись новой информации.
При возникновении КЗ на контролируемой линии (рис. 11) она отключается выключателями Q1 и Q2 с обеих сторон. В период времени КЗ прибор ФИС осуществляет измерение сопротивления, соответствующего расстоянию до места повреждения с погрешностью, определяемой влиянием токов со стороны ПС2. При включении выключателя QI от устройства АПВ и устойчивом коротком замыкании в приборе ФИС происходит сброс
записанной и запись новой информации в режиме одностороннего питания линии от ПС1. Фиксирующие приборы ФИС, обеспечивающие запись последней информации в селективном режиме, выпускаются заводом с 1986 г.
