МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР
ГЛАВНОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 110 кВ И ВЫШЕ С ПОМОЩЬЮ ФИКСИРУЮЩИХ ПРИБОРОВ
СЛУЖБА ПЕРЕДОВОГО ОПЫТА ПО СОЮЗТЕХЭНЕРГО
Москва 1989
РАЗРАБОТАНО Производственным объединением по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей «Союзтехэнерго»
ИСПОЛНИТЕЛЬ А.И. АЙЗЕНФЕЛЬД (электрический цех)
УТВЕРЖДЕНО Главным научно-техническим управлением энергетики и электрификации 27.12.88 г.
Заместитель начальника К.М. АНТИПОВ
ВВЕДЕНИЕ
Определение мест повреждения (ОМП) воздушных линий (ВЛ) напряжением 110 кВ и выше с помощью фиксирующих приборов (индикаторов) стало неотъемлемой частью технического обслуживания электрических сетей. По данным энергосистем [1], по состоянию на 1 января 1988 г. оснащенность ВЛ напряжением 110 кВ и выше указанными приборами в большинстве из них составила более 90 % протяженности ВЛ длиной 20 км и больше. Другой показатель - среднее линейное отклонение на рассматриваемый период составил около 5 % длины ВЛ. Эффективность поиска мест повреждения ВЛ при неустойчивых коротких замыканиях (КЗ) составила около 40 % проверенных при обходе ВЛ с таким повреждением.
Настоящие Методические указания являются переработанным и дополненным изданием ранее выпущенных Методических указаний [2], в котором учтены замечания и предложения Белорусской, Брянской, Донбасской, Карельской, Киевской, Кузбасской, Курской, Ленинградской, Литовской, Московской, Ростовской, Челябинской и Узбекской энергосистем, а также ОДУ Северного Кавказа.
Методическими указаниями предусматривается применение фиксирующих приборов (индикаторов) и других устройств, серийно выпускаемых заводами Советского Союза. Описание фиксирующих приборов в Методических указаниях не приводится, так как оно подробно излагается в технической документации завода-изготовителя, а также в литературе [3 5]. Не отражены также вопросы организации работ для ОМП с помощью фиксирующих приборов, которые изложены в [6].
Методы ОМП, рассматриваемые в настоящих Методических указаниях, основаны на использовании параметров аварийного режима, измеряемых и запоминаемых в установившемся режиме короткого замыкания ВЛ до ее отключения от устройства РЗА [7, 8]. К таким параметрам относятся фазные токи и напряжения, их симметричные составляющие, фазовые углы и другие, которые измеряются и запоминаются специальными фиксирующими приборами (индикаторами) [4, 5], при этом измерение и фиксация параметров аварийного режима могут происходит при их изменениях во времени. Для минимизации возможных погрешностей измерения за счет нестационарности процесса необходимо производить измерение всех параметров аварийного режима по концам ВЛ в один и тот же ограниченный промежуток времени. Этот промежуток должен располагаться возможно ближе к концу переходного процесса. Следовательно, при времени работы пускового органа, равном нескольким миллисекундам, времени отстройки от апериодической слагающей тока КЗ - 20 - 60 мс и времени запоминания - 15 - 30 мс можно обеспечить фиксацию измеряемых величин для воздушных линий, оборудованных устройствами релейной защиты с любым временем действия (в пределах от 50 до 150 мс). Рассмотренная структура измерений параметров аварийного режима обеспечивается, в частности, фиксирующими индикаторами ЛИФП, ФПТ и ФПН. На воздушных линиях электропередачи, оборудованных быстродействующими защитами на микроэлектронной элементной базе, время фиксации этих индикаторов должно быть tф = 50 мс. Рижский опытный завод «Энергоавтоматика» изготавливает индикаторы с указанным временем фиксации, что должно быть оговорено в заказе потребителя. Это время может быть отрегулировано несложной переделкой электрической схемы индикатора [9].
При использовании для ОМП симметричных составляющих тока и напряжения измерения производятся, как правило, на двух концах ВЛ с последующим расчетом расстояния до места КЗ вручную либо с помощью ЭВМ. В этом случае для расчета, кроме того, требуется знание параметров системы, к которым относятся полные, активные и реактивные сопротивления, проводимости элементов электрической сети и др. Параметры могут быть получены расчетом с использованием ЭВМ либо опытным путем [10 - 14]. Рекомендации по определению параметров воздушных линий и трансформаторов приведены в приложении 1.
В Методических указаниях приводятся рекомендуемые методы ОМП для наиболее распространенных видов ВЛ: одноцепных, двухцепных с ответвлениями и без них, транзитных с ответвлением по схеме захода, с электромагнитной связью на части трассы и длинных линий. Приведенные в них расчетные формулы обеспечивают с достаточной точностью определение мест КЗ как с использованием простейших вычислительных средств (счетно-клавишные машины), так и ЭВМ. При этом использование расчетных формул в ряде случаев предусматривает пренебрежение некоторыми влияющими факторами. В Методических указаниях даются также рекомендации по оценке погрешности от неучета этих факторов с указанием их количественных показателей. Расчетные формулы для ОМП с применением простейших вычислительных средств могут применяться в качестве дополнения к определению мест повреждения на основе универсальных алгоритмов (программ) при невозможности использования ЭВМ. Кроме того, их применение целесообразно в микропроцессорных устройствах определения мест КЗ.
Вопросы применения ЭВМ для ОМП рассмотрены в отдельном разделе, где дается краткая характеристика существующих программ расчета и приводятся рекомендации по их применению.
В приложениях к Методическим указаниям приводятся примеры расчетов ОМП для отдельных видов ВЛ.
Расчетные методы ОМП с использованием параметров нулевой последовательности во многих случаях могут использоваться и применительно к параметрам обратной последовательности. В приведенных расчетных выражениях и соответствующих схемах в обозначениях параметров нулевой последовательности индекс «О» опускается. В обозначениях параметров обратной последовательности ставится индекс «2» Отсчет искомого расстояния до мест КЗ l (n) в километрах (относительных единицах) производится от подстанции А, расположенной на левом (от места повреждения) конце воздушной линии. С другого конца находится подстанция Б, а подстанции на ответвлениях от ВЛ обозначаются последующими буквами русского алфавита (В, Г, Д и т.д.). Параметры, относящиеся к подстанциям А и Б, имеют индексы соответственно «» и «"» (например, токи I и I"); для ответвительных подстанций используются соответствующие буквы (например, токи Iв, Iг и т.д.). Удельные параметры ВЛ обозначаются строчными буквами, а параметры - прописными (например, удельное индуктивное и индуктивное сопротивления ВЛ обозначаются соответственно х и хл). Расчетные формулы для ОМП в большинстве случаев даются в окончательном виде со ссылкой на соответствующие первоисточники.
Настоящие Методические указания обязательны для применения службами РЗА предприятий электрических сетей, районных энергетических управлений (производственных энергетических объединений) и объединенных энергетических управлений. Они могут быть также использованы организациями, занимающимися проектированием и наладкой фиксирующих приборов для ВЛ напряжением 110 кВ и выше.
С введением настоящих Методических указаний утрачивают силу «Методические указания по использованию различных способов определения мест повреждения воздушных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше с помощью фиксирующих приборов» [2].
1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ВЛ
Существующие методы ОМП по параметрам аварийного режима с учетом различных признаков подразделяются на:
методы на основе двусторонних (многосторонних) и односторонних измерений параметров;
методы на основе измерений симметричных составляющих токов и напряжений и их сочетаний.
Классификация методов ОМП показана на рис. 1.1.
Определение мест повреждения на основе двусторонних измерений выполняется расчетным путем либо графически. Расчет производится вручную с использованием простейших вычислительных средств либо на базе ЭВМ. В последнем случае применяются специальные или универсальные программы. Возможно также определение мест КЗ с помощью таблиц, составленных на основе предварительно выполненных расчетов для отдельных ВЛ.
При одностороннем измерении параметров наиболее эффективным является использование фиксирующих омметров, показания которых соответствуют расстоянию до места КЗ. Они измеряют расстояние при всех видах КЗ в километрах. Использование односторонних измерений тока (напряжения) возможно в качестве дополнительного метода на линиях с двусторонним питанием при отсутствии данных измерений на одном из концов, а также на тупиковых ВЛ при отсутствии фиксирующих омметров.
Рис. 1.1. Классификация методов ОМП
В энергосистемах широко применяются методы ОМП с использованием составляющих тока и напряжения нулевой последовательности. Реже используются токи и напряжения обратной последовательности.
Широкое распространение методов с использованием параметров нулевой последовательности объясняется высоким удельным весом всех видов коротких замыканий на землю, простотой измерения токов и напряжений нулевой последовательности, независимостью сопротивления сетей, примыкающих к ВЛ, от нагрузки. Кроме того, при усреднении параметров в общем случае несимметричной ВЛ погрешность ОМП на основе составляющих нулевой последовательности не превышает 1,5 - 2 % длины линии [7].
Методы ОМП, основанные на измерении параметров обратной последовательности, несмотря на более высокую погрешность расчета (4 - 6 % длины ВЛ [7, 15]), следует применять в оптимальном сочетании с другими методами. Они позволяют определять место повреждения как при однофазных, так и при двухфазных коротких замыканиях. Методы ОМП на основе измерений параметров обратной последовательности необходимо применять в следующих случаях:
1. На воздушных линиях со сложной электромагнитной связью при расчете расстояния вручную. Применение параметров обратной последовательности целесообразно и при использовании ЭВМ в целях упрощения алгоритма ОМП.
2. На воздушных линиях с подстанциями на ответвлениях от них при отсутствии на этих подстанциях фиксирующих приборов, когда пренебрежение токами нулевой последовательности ответвлений приводит к недопустимой погрешности ОМП (более 2 %). В то же время пренебрежение токами обратной последовательности практически не снижает точности расчета. Более подробное описание - в п. 4.2 настоящих Методических указаний.
3. При необходимости определения мест повреждения на основе односторонних измерений, а также и в сочетании с двусторонними измерениями параметров нулевой последовательности либо без них (см. п. 2.2.2).
4. В дополнение к другим методам для повышения достоверности и точности ОМП для всех видов ВЛ.
Использование тех или иных методов ОМП в каждом конкретном случае должно быть и обосновано расчетным путем в целях обеспечения максимальной эффективности определения мест короткого замыкания с учетом вида воздушной линии и ее электромагнитной и электрической связи с другими элементами сети. Предпочтение следует отдавать тем методам, которые обеспечивают для данных фиксирующих приборов и имеющихся средств вычислительной техники высокую точность и достоверность расчета. Кроме того, следует стремиться к максимально возможной автоматизации процесса определения мест повреждения.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ БЕЗ ОТВЕТВЛЕНИЙ
2.1. Двусторонние измерения
Рассматриваются различные виды ВЛ (многоцепные, одноцепные и двухцепные), схемы которых показаны на рис. 2.1. Вначале приводятся выражения для определения мест КЗ многоцепных линий, а затем из них получаются расчетные формулы для ОМП более простых видов ВЛ.
2.1.1. Расчетные формулы для многоцепных ВЛ
Для общего случая р электромагнитосвязанных по всей трассе однородных ВЛ (см. рис. 2.1, а) расстояние до места КЗ следует вычислять [16] решением системы из р линейных алгебраических уравнений с р неизвестными:
(2.1)
Рис. 2.1. Схемы ВЛ без ответвлений:
а - многоцепная ВЛ с взаимоиндукцией; б - одноцепная ВЛ; в -двухцепная ВЛ с раздельной работой по концам; г - двухцепная ВЛ с работой цепей на общие шины; д - двухцепная ВЛ с одной отключенной цепью
где nI - относительное расстояние от подстанции А до мест КЗ (nI = lI/LI);
lI - абсолютное расстояние от подстанции А до мест КЗ, км;
LI - протяженность ВЛ, км;
, , , , … , - напряжения нулевой последовательности, измеряемые на концах линий WI, WII, ..., Wp;
, , , …, - токи нулевой последовательности, измеряемые там же;
, , ..., - полное сопротивление нулевой последовательности воздушных линий WI, WII, ..., Wp;
, , …, , , , - сопротивление взаимоиндукции между линиями WI - WII, WII - WI, …, WI - Wр, Wр - WI, WII - Wр, Wр - WII.
Расстояние nI для поврежденной линии WI должно определяться по выражению
nI = , (2.2)
где D = - определитель системы уравнений;
DnI = - определитель, получающийся из
определителя D путем замены столбца, составленного из коэффициентов при неизвестном nI, столбцом, составленным из свободных членов уравнений (2.1).
Для определения места КЗ на линии WI должны быть измерены токи на концах поврежденной линии и напряжения на концах всех ВЛ, имеющих электромагнитную связь с поврежденной. При работе всех ВЛ на общие секции (шины) количество измерений уменьшается и выражение (2.2) упрощается.
Аналогично определяется место повреждения на остальных электромагнитосвязанных линиях.
На основании уравнений (2.1) и выражения (2.2) могут быть получены расчетные формулы для отдельных видов ВЛ без ответвлений.
