Как обнаруживают КЗ индикаторы повреждений на ВЛ среднего напряжения?

Одним из ключевых вопросов, влияющих на надежность распределительной сети, является вопрос поиска поврежденных линий. Традиционные методы поиска места неисправности могут полагаться только на внешний осмотр во время патрулирования линии. Это сопряжено с необходимостью иметь в штате персонал, ответственный за поиск неисправностей, что приводит к дополнительным затратам человеческих, материальных и финансовых ресурсов. Поиск места повреждения занимает время и особенно осложнен в труднодоступных местах и в условиях неблагоприятных погодных условий.

Другой подход к проблеме – применение индикаторов короткого замыкания (ИКЗ). Индикаторы размещается на опорах или непосредственно на проводах ВЛ и отслеживают рабочие характеристики сети. В случае аварии индикатор меняет свое состояние и обозначает место аварии или передает данные о своем местоположении и параметрах происшествия в диспетчерский центр. Современный тренд – применение интеллектуальных ИКЗ, способных передавать данные не только в автономную систему мониторинга ВЛ, но и интеграция данных ИКЗ в систему управления сети.

Направление интеллектуальных ИКЗ активно развивается. Далее приведем обобщенную структурную схему индикатора и подробно рассмотрим методы измерения, которые применяются в современных интеллектуальных ИКЗ

Основная задача индикатора состоит в том, чтобы постоянно проводить точный расчет значений тока и напряжения в том месте линии, где установлен ИКЗ. На рисунке ниже представлена обобщенная структурная схема ИКЗ.

Рис. 1 Обобщенная структурная схема ИКЗ.

Методы обнаружения и идентификации КЗ

Далее рассмотрим типовые схемы и основные характеристики такого явления, как короткое замыкание на воздушной линии среднего напряжения. На основе этих данных покажем какие критерии используются для определения аварийной ситуации. Здесь речь пойдет о методе пятой гармоники, первой полуволны и принципе перегрузки по току.

Характеристики неисправностей распределительной сети

Как показано в таблице 1, неисправности воздушных линий в основном делятся на трехфазные короткие замыкания, двухфазные короткие замыкания на землю, двухфазные короткие замыкания на фазу и однофазные замыкания на землю. Быстро найти неисправность помогает анализ ее характеристик.

Таблица 1. Типовые неисправности

Наиболее распространенными межфазными короткими замыканиями являются двухфазные короткие замыкания и двухфазные короткие замыкания на землю. В этом случае ток неисправной фазы увеличивается в квадратный корень из трех раз от обычного значения, а напряжение неисправной фазы составляет половину обычного значения. Ток исправной фазы равен 0, а напряжение исправной фазы не меняется. При двухфазном коротком замыкании на землю ток неисправной фазы резко возрастает и превышает значение при двухфазном коротком замыкании, а значения напряжения и тока неповрежденной фазы равны 0. О двухфазном коротком замыкании на землю мы можем судить за счет анализа характеристик напряжения и тока. Когда происходит однофазное короткое замыкание на землю, ток неисправной фазы (примечание: зависит от режима работы нейтрали) и напряжение исправной фазы повышаются. Об однофазном коротком замыкании на землю можно судить по изменениям характеристик тока и напряжения.

Типовой ток короткого замыкания моделируется с помощью Matlab/Simulink. Формы тока показаны на рис. 2, а схема моделирования показана на рис. 3.

Полученные с помощью моделирования характеристики тока короткого замыкания могут помочь в разработке алгоритма идентификации индикатора неисправностей. Большинство неисправностей в распределительной сети являются однофазными короткими замыканиями на землю. Описанный в этой статье индикатор неисправностей разработан путем анализа такого однофазного короткого замыкания.

(а)

(b)

(с)

(a) Трехфазное короткое замыкание

(b) Двухфазное короткое замыкание

(c) Однофазное короткое замыкание на землю

Рис. 2 Формы типового тока короткого замыкания

Рис. 3. Моделирование с помощью Matlab/Simulink

Комплексный метод обнаружения и идентификации КЗ

Типовые методы обнаружения и идентификации неисправностей в основном включают метод обнаружения первой полуволны, метод обнаружения пятой гармоники, метод обнаружения перегрузки по току, метод обнаружения переменной нагрузки и метод обнаружения тока нулевой последовательности.

Большинство индикаторов неисправностей, как правило, базируются на одном методе обнаружения, используемом для анализа данных, что накладывает определенные ограничения на практическое применение, приводит к неточным результатам обработки и ошибочным оценкам. Поэтому использование для анализа тока неисправности комплексного метода обнаружения и идентификации, включающего метод первой полуволны, метод пятой гармоники и принцип перегрузки по току, позволяет повысить точность и стабильность идентификации неисправности.

Метод обнаружения первой полуволны

После возникновения неисправности в начальный полупериод тока нулевой последовательности емкостной ток в точке заземления течет от места неисправности к шине, а затем к каждой линии ответвления через шину. Следовательно, в начальный полупериод после возникновения неисправности полярность пикового значения первой полуволны тока нулевой последовательности неисправной линии противоположна току исправной линии. А пиковое значение неисправной линии представляет собой сумму всех исправных линий. Неисправную линию можно точно обнаружить путем оценки полярности и амплитуды первой полуволны каждый линии.

Метод обнаружения пятой гармоники

Метод пятой гармоники часто используется в системе, заземленной через дугогасящий реактор. Пятая гармоническая составляющая тока не будет компенсироваться дугогасящим реактором, и напряжение неисправной фазы уменьшится при заземлении линии. Ток короткого замыкания протекает через емкость между воздушной линией и землей, что приводит к изменению пятой гармонической составляющей тока в системе. Пятая гармоника тока поврежденной фазы представляет собой сумму токов всех неповрежденных фаз. Направление тока неисправной фазы противоположно току неповрежденной линии. Следовательно, неисправность можно определить, сравнив величину и полярность пятой гармоники тока.

Метод обнаружения перегрузки по току

Принцип работы метода обнаружения перегрузки по току показан на рис. 4. Индикатор неисправности определит неисправность линии, когда ток линии превысит заданное пороговое значение.

Рис. 4. Метод обнаружения перегрузки по току

Процесс обнаружения неисправности выглядит следующим образом. Когда происходит замыкание на землю, ток неисправной фазы определяется методом пятой гармоники, методом первой полуволны и методом перегрузки по току. Если результаты оценки трех методов согласуются, результаты на выходе будут определяться по ним. Если же нет, результат выводится по тому принципу, что меньшинство подчиняется большинству.

Заключение

Современные индикаторы короткого замыкания – это надежные и проверенные решения. На рынке представлен большой спектр изделий разных производителей. Все они в разной степени отвечают отраслевым стандартам, но все они успешно решают задачу локализации КЗ в распределительных сетях.

Если говорить о выборе конкретной модели ИКЗ, следует обратить внимание на основной функционал устройства: локальная индикация и/или передача данных диспетчеру (система сбора данных). Для ИКЗ с функцией передачи данных возможны исполнения со встроенным GSM модулем передачи или радиоканалом ближней связи и таким индикаторам требуется дополнительный блок сбора данных, устанавливаемый на опору ВЛ поблизости. Другие параметры ИКЗ относятся к измерительной и конструктивной частям устройства: режим работы нейтрали, значения уставки по току и напряжению, продолжительность превышения пороговых величин, автономность работы (питание индикатора), способ монтажа и другие.

Мы поможем выбрать ИКЗ и места их установки на вашей ВЛ. Заполните форму и мы предложим вам несколько вариантов. Если потребуется мы учтем схему сети, а также предложим выгодные условия на тестовую эксплуатацию наших приборов.