автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Локационный метод обнаружения повреждений в электрических распределительных сетях напряжением 6 - 35 кВ

На правахрукописи

ЗАКАМСКИИ ЕВГЕНИИ ВЛАДИМИРОВИЧ

ЛОКАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 6 - 35 кВ

Специальность 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань-2004

Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические системы и сети» Казанского государственного энергетического университета

Научный руководитель:

Доктор физико-математических наук, профессор Минуллин Ренат Гизатуллович

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, профессор Усачев Александр Евгеньевич Кандидат технических наук Маклецов Александр Михайлович

Ведущее предприятие: ООО «Инженерный центр «Энергопрогресс» г. Казань, ул. Бондаренко, 3.

Защита состоится « » £ёка..¿>ля 2004 Г. В 10 часов в аудитории В-210 на заседании диссертационного совета Д 212.082.04 при Казанском государственном энергетическом университете по адресу г. Казань, ул. Красносельская, д. 51.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, направлять по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, д.51, Ученый Совет КГЭУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГЭУ

Автореферат разослан «_»_2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.082.04 кандидат педагогических наук, доцент

■Лопухова Т. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Существующие в настоящее время жесткие условия рыночных отношений между энергосистемой и потребителями требуют качественного и бесперебойного электроснабжения. Поэтому задача определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи крайне важна для обеспечения скорейшего восстановления питания в случае аварии.

Линии электропередачи и связи охватывают большую территорию и поэтому они являются наиболее уязвимой частью системы передачи электроэнергии и информации. Как показывает статистика, в сетях средней энергосистемы годовое количество повреждений исчисляется сотнями, а в питающихся от нее абонентских сетях - тысячами. Большую часть повреждений воздушных линий составляют короткие замыкания и обрывы. Причиной их возникновения могут быть естественные и искусственные условия.

К сожалению, в последнее время участились случаи искусственного создания коротких замыканий на линиях с целью отключения питания электропроводов системой релейной защиты для безопасного создания обрывов проводов и последующего их хищения. Убытки от хищения электропроводов и варварского разрушения электролиний в настоящее время в энергосистемах достигают нескольких миллионов рублей в год.

Воздушные линии являются наименее надежными элементами энергосистемы. К тому же определение места повреждения является наиболее сложной, а часто и наиболее длительной технологической операцией по восстановлению поврежденных участка или элементов электросети. Даже верховые осмотры не всегда позволяют найти следы перекрытия изоляторов. Иногда, особенно при неустойчивых повреждениях, вообще не остается на трассе следов перекрытия и протекания токов короткого замыкания.

Для электролиний напряжением 6 - 35 кВ, составляющих основу распределительных сетей, до сих пор не существует реально используемых эффективных методов дистанционного определения места повреждений. Методы диагностики электролиний напряжением ПО кВ и выше, которые имеют глухозаземленную нейтраль, хорошо известны и успешно используются на практике. Однако в распределительных электросетях напряжением 6-35 кВ, применяется изолированная нейтраль. Это обстоятельство исключает использование вышеупомянутых методов диагностики. Кроме того, распределительные сети имеют сильно разветвленную древовидную топологию. Вследствие этого, методы диагностики, успешно используемые в электролиниях напряжением 110 кВ и выше, в данном случае неприменимы.

Информационный поиск и анализ советско-российской и зарубежной технической литературы показал, что ни в РТ, ни в СНГ, ни за рубежом данная проблема до конца не решена. Пока не удалось найти какой-либо универсальный метод диагностики электросетей, который бы одинаково успешно обнаруживал короткие замыкания и обрывы проводов электролиний. Специалисты служб эксплуатации электросетей не имеют оперативных и действенных методов опреде-

ления места повреждения, что затрудняет их обнаружение и увеличивает время аварийного простоя, приводящее к значительным экономическим потерям.

Поэтому сложность и неординарность ситуации требуют разработки способа определения повреждений в электролиниях распределительных сетей напряжением 6-35 кВ, при этом необходимо, чтобы способ был дистанционным, оперативным и универсальным.

Цель и задачи работы

Целью данной работы является разработка оперативного, дистанционного, универсального метода определения места повреждения воздушных линий распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ с древовидной топологией.

При этом необходимо решить следующие задачи:

1) выполнить анализ структурных и физических особенностей электролиний распределительных сетей;

2) выбрать способ определения мест повреждений в электролиниях с древовидной топологией, соответствующий требованиям оперативности (быстродействия), дистанционности и универсальности;

3) выбрать тип необходимой измерительной аппаратуры, пригодной для диагностики электролиний с древовидной топологией;

4) установить диагностические признаки неоднородностей электролиний;

5) разработать принципы и алгоритмы распознавания неоднородностей электролиний с древовидной топологией;

6) разработать универсальный метод дистанционного и оперативного, обнаружения повреждений электролиний с древовидной топологией применительно к распределительным сетям напряжением 6-35 кВ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• определены физико-технические особенности реакции неоднородностей линий с древовидной топологией на импульсное зондирование, установлены диагностические признаки (словарь) импульсов, отражающихся от неоднородностей (места присоединения ответвлений, концы линий и ответвлений, кабельные вставки, активные и реактивные нагрузки, фильтры присоединения, заградительные фильтры и тд.) распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ при их локационном зондировании;

• разработаны принципы и алгоритмы распознавания рефлектограмм при импульсном зондировании линий распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ с древовидной топологией;

• доказана возможность исследования в лабораторных условиях методом импульсного локационного зондирования нормальных и аварийных ситуаций реальных линий распределительных сетей на их физических моделях (макетах);

• разработан локационный метод обнаружения повреждений на линиях распределительных сетей напряжением 6- 35 кВ с древовидной топологией, отвечающий требованиям дистанционности, оперативности и универсальности.

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенная методика определения мест повреждений (ОМП) в воздушных линиях распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ позволяет оперативно и дистанционно обнаруживать ко-ДООШЬИ!!!-"! -

роткие замыкания и обрывы проводов электролиний, что сокращает время определения места повреждения линии, уменьшает перерывы в электроснабжении потребителей и значительно сокращает финансовые потери энергосистем.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается совпадением данных экспериментальных измерений, выполненных в лабораторных условиях на макетах электролиний и на реальных линиях электропередачи распределительных электрических сетей с древовидной топологией.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Описание физико-технических особенностей реакции неоднородностей линий с древовидной топологией при импульсном зондировании, словарь импульсов (перечень диагностических признаков), отражающихся от неодно-родностей (места присоединения ответвлений, концы линий и ответвлений, кабельные вставки, активные и реактивные нагрузки, фильтры присоединения, заградительные фильтры и т.д.) распределительных сетей с древовидной топологией при их зондировании;

2. Принципы и алгоритмы распознавания рефлектограмм при локационном импульсном зондировании электролиний распределительных сетей с древовидной топологией.

3. Возможность исследования в лабораторных условиях методом импульсного локационного зондирования нормальных и аварийных ситуаций реальных линий распределительных сетей на их физических моделях (макетах);

4. Локационный метод обнаружения мест повреждений на линиях распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ с древовидной топологией, соответствующий требованиям дистанционности, оперативности и универсальности.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах: Республиканская научно-техническая конференция «Проблемы энергетики», посвященная 80-летию плана ГОЭЛРО и созданию Казанского государственного энергетического университета (г. Казань,

2000 г.), Российский национальный симпозиум по энергетике (г. Казань, 2001 г.), I форум молодых ученых и специалистов Республики Татарстан (г. Казань,

2001 г.), Ш Всероссийская молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки» (г. Нижний Новгород, 2004 г.), 16-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Электромеханические и внутрика-мерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика технических систем, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (г. Казань, 2004 г.), V Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (г. Чебоксары, 2004 г.), Научно-практическая конференция «Эффективная энергетика» посвященная 15-летию Инженерного центра «Энергопрогресс» (г. Казань, октябрь 2004 г.), а также регулярно обсуждались на аспирантско-магистерских семинарах КГЭУ. Результаты так же представлены в отчетах: отчет о научно-исследовательской работе «Разработка системы оперативного обнаружения обрывов и коротких замыканий в распределительных сетях и линиях электропередачи 6-10-35 кВ» - хоздоговорная работа с ОАО «Татэнерго» по теме № 106 от 13.08.2001 (шифр договора 004/01), выполненная через НТВ ООО «НПК Силеста» г. Казань, отчет по гранту Академии Наук Республики Татарстан

№ 06 - 6.7 - 178/2002 (Ф) АН РТ от 20 мая 2002 г. по теме «Разработка физико-технических основ и внедрение технологии диагностики повреждений воздушных распределительных электрических сетей с древовидной топологией». Результаты работы были оценены именной стипендией Президента Республики Татарстан (2001 г.). По материалам диссертации имеется 9 публикаций.

Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертации используются в учебном процессе на кафедре электроэнергетических систем и сетей Казанского государственного энергетического университета при подготовке специалистов по направлению «Релейная зашита и автоматизация электроэнергетических систем». Предложенный метод обнаружения повреждений электролиний проходит апробацию в Приволжских электрических сетях ОАО «Татэнерго».

Личный вклад автора работы. Автор участвовал в лабораторных и полевых исследованиях, как постановщик задач и руководитель измерений, выполнил анализ экспериментальных данных и их интерпретацию. Участвовал в разработке алгоритмов и компьютерных программ по обработке результатов измерений. Разработал принципы распознавания рефлектограмм линий распределительных сетей с древовидной топологией напряжением 6 - 35 кВ.

Основные результаты получены автором под руководством д.ф.-м.н., профессора Минуллина Р.Г.

чения и списка литературы. Общий объем диссертации 168 страниц, в том числе 75 рисунков, 6 таблиц, список литературы из 72 наименований.

Во введении обосновывается актуальность проблемы диагностики и определения мест повреждений на линиях электропередачи с древовидной топологией, дается краткая характеристика работы и формулируются цель и задачи работы.

В первой главе анализируются особенности электролиний распределительных сетей; рассматриваются физико-технические параметры, характеристики и режимы работы электролиний с древовидной топологией, дается оценка затухания ВЧ сигнала в линиях электропередачи, устанавливаются факторы, которые будут влиять на выбор метода и аппаратуры для определения места повреждения в распределительных сетях, определяются требования к разрабатываемому методу.

Электрические распределительные сети напряжением 6 - 35 кВ имеют древовидную топологию в основном это относится к линиям воздушного исполнения, чем кабельным линиям. Линии напряжением 35 кВ и выше, а также линии напряжением 0,4 -10 кВ используются для передачи высокочастотных сигналов в диапазоне частот 30 - 1000 кГц. Существуют способы подключения высокочастотной аппаратуры к таким линиям по схеме «фаза - фаза» и «фаза - земля». По структуре воздушные линии электропередачи могут быть двухпроводными, трехпроводными и с расщепленными фазными проводами. В кабельных линиях применяют силовые кабели для , электропередачи, коаксиальные и симметричные -для связи и передачи данных.

Любые электрические линии представляют собой низкочастотные фильтры, влияющие на затухание и частотный спектр передаваемых высокочастотных сигна-

Диссертация состоит из введения, шести глав, заклю-

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

лов. Сделана оценка затухания ВЧ сигнала в линиях электропередачи. Показано, что токи в узлах линий с древовидной топологией разделяются, импульсы (волны) тока отражаются от неоднородностей волнового сопротивления линии, порождая многочисленные эхо-сигналы. В электролиниях такими неоднородностями являются места с коротким замыканием и обрывами проводов, места присоединения ответвлений и их концы, кабельные вставки, муфты, спайки проводов, ухудшения изоляции, сближения проводов, заградительные фильтры, фильтры присоединения и т.д.

Все перечисленные особенности электролиний будут влиять на выбор дистанционного оперативного и универсального метода определения места повреждения (ОМП) в распределительных сетях напряжением 6 - 35 кВ.

Распределительные сети напряжением 6 - 35 кВ имеют сложную древовидную топологию и изолированную нейтраль, что затрудняет использование традиционных способов ОМП линий, успешно применяемых на ЛЭП напряжением 110 кВ и выше. Отсутствие действенных, эффективных и универсальных методов обнаружения повреждений в распределительных сетях электроснабжения напряжением 6 - 35 кВ требует разработки метода ОМП и их диагностики.

При этом необходимо чтобы разрабатываемый метод ОМП был: а) дистанционным, т.к. распределительные электрические сети являются структурой, рассредоточенной на больших территориях; б) универсальным, т.е. обрывы и короткие замыкания проводов электрических распределительных сетей должны обнаруживаться одинаково успешно; в) оперативным (быстродействующим), т.к. простой электрических сетей из-за повреждений ведет к недоотпуску электроэнергии и, как следствие, к большим экономическим потерям.

Во второй главе описываются виды повреждений линий электропередачи напряжением 6 - 35 кВ, анализируются методы определения места повреждения линий, выбирается способ импульсного локационного зондирования как способ пригодный для обнаружения повреждений электролиний с древовидной топологией. Производится анализ современных аппаратных средств (рефлектометров), для реализации выбранного способа обнаружения повреждений. Осуществляется выбор рефлектометра для решения поставленных задач.

Линии электропередачи являются наиболее ненадежным элементом электрических сетей. Это связано, как и с конструктивными особенностями самих линий, так и с тем, что линии электропередачи имеют большую протяженность и охватывают значительные территории. Наиболее характерными видами повреждений являются короткие замыкания (КЗ) и обрывы. КЗ делятся на однофазные и междуфазные (двух- и трехфазные, как с «землей», так и без «земли»).

В результате анализа множества методов ОМП для диагностики состояния и определения мест повреждения электролиний с древовидной топологией выбран метод локационного импульсного зондирования, как наиболее приемлемый и удовлетворяющий требованиям дистанционности, оперативности (быстродействия), возможности алгоритмизации и автоматизации. В работе показано, что выбранный метод ОМП принадлежит к классу дистанционных методов и позволяет определять зону, в которой находиться повреждение. Это обусловлено тем, что длина воздушной и кабельной линии, определяемой при импульсном зондировании, не совпадает с расстояниями до места повреждения из-за провеса проводов воздушных линий и уклад-

ки кабеля «змейкой». Точное местоположение повреждения определяется с помощью топографических методов (индукционные, акустические, потенциальные, электромеханические, подземной радиолокации, индикации короткого замыкания и тд.).

При реализации метода импульсного зондирования выполняется: зондирование линии импульсами напряжения; прием импульсов, отраженных от места повреждения и неоднородностей волнового сопротивления; выделение отражений от места повреждения на фоне помех (случайных и отражений от неодно-родностей линий); определение расстояния до повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего.

Все эти операции реализованы в приборе, получившем название - измеритель неоднородностей линий или рефлектометр.

Современный парк рефлектометров достаточно велик, поэтому стоит задача -выбрать среди них такой прибор, который будет наилучшим образом соответствовать требованиям диагностики распределительных сетей с древовидной топологией.

Основными мировыми производителями рефлектометров являются иностранные фирмы. Лидерами в этой области является ряд фирм: фирма «Hagenuk KMT» (Германия), фирма «Seba dynatronic» (Германия), фирма «Bicotest» (Англия), фирма «Riser Bond» (США). Основным производителем рефлектометров различного назначения в нашей стране является фирма «Стэлл» (г. Брянск).

В результате проведенного анализа технических параметров рефлектометров можно сделано заключение, что наилучшим образом соответствуют нашим требованиям универсальности, оперативности, удобства пользования, современности исполнения, стыковки с компьютером, дальности действия следующие приборы: РЕЙС-105Р, Т617, Т625 TDR, РИ10М, Kabellux 4T, ETDR10, Digiflex Com.

Для решения задач, поставленных в диссертации, в качестве инструмента исследований выбран рефлектометр РЕЙС-105Р производства фирмы «Стэлл» (г.Брянск), превосходящий по ряду технических параметров и возможностям аналогичные зарубежные рефлектометры и имеющий более низкую стоимость по отношению к ним.

Прибор РЕЙС-105Р позволяет: обнаруживать и определять расстояние (приборная погрешность менее 0,2%) до места повреждения или неоднородности линии локационным методом; измерять коэффициенты укорочения.

Прибор РЕЙС-105Р генерирует импульсы амплитудой 3,5 В, длительность зондирующего импульса может изменяться от 7 нс до 10 мкс, что позволяет зондировать электролинии длиной от 2 м до 20 км. Прибор имеет энергонезависимую память на 200 рефлектограмм, предусмотрено сопряжение с персональным компьютером. Прикладываемое программное обеспечение позволяет производить экспресс-обработку рефлектограмм с выводом результатов на экран дисплея компьютера.

В третьей главе обсуждаются способы подключения рефлектометров к электролинии и разрабатывается методика измерений с помощью рефлектометра РЕЙС-105Р на линиях с древовидной топологией; описывается разработанная нами программа индикации и первоначальной обработки результатов измерений.

Процесс зондирования начинается с подключения рефлектометра к линии электропередачи, отключенной от напряжения, либо к линии, находящейся под напряжением, с помощью специальных защитных фильтров. Подключение рефлектометра к линиям электропередачи напряжением 35 кВ и выше можно

осуществить через фильтр присоединения, применяемый при создании ВЧ тракта на линии. Измерительная аппаратура может быть подключена также к высоковольтной линии непосредственно через конденсатор связи.

Работа с прибором РЕЙС-105Р начинается с установки параметров рефлектометра: коэффициента укорочения к, диапазона измерения расстояния Б. длительности зондирующего импульса т, согласования сопротивлений линии и выходного сопротивления прибора, величины усреднения. Обсуждаются критерии, на основании которых выбираются установочные параметры, применительно к зондируемой линии.

Информация из памяти прибора РЕЙС-105Р может быть переписана в память компьютера. Так как программа индикации и первоначальной обработки результатов измерений, имеет ограниченные возможности, то нами была разработана программа интеллектуальной обработки результатов измерений, которая позволяет производить: вывод на экран одной рефлектограммы; вывод на экран двух рефлектограмм одновременно с отображением «разностной» рефлекто-граммы; вывод на экран схемы линии; определение расстояния между двумя любыми точками рефлектограммы; детальное рассмотрение сложных участков («эффект лупы»); выделение контрольных точек рефлектограммы с определением расстояния до них.

В четвертой главе исследуются диагностические признаки неоднородно-стей линий с древовидной топологией при импульсном локационном зондировании; изучается влияние нагрузок активного и реактивного характера на форму, амплитуду и полярность отраженных импульсов; анализируются особенности импульсов, отраженных от кабельных вставок, обмоток трансформаторов, от мест присоединения ответвлений, от их концов и т.д.; определяется «словарь» диагностических признаков, необходимых для расшифровки рефлектограмм.

Рефлектограмма электролинии с неоднородностями (ответвления, кабельные вставки, муфты, сочленения, контакты, обрывы, короткие замыкания и тд.) представляет собой сложное сочетание отраженных импульсов. Расшифровка таких рефлектограмм с идентификацией принадлежности импульсов требует определенных знаний характерных особенностей импульсов, порожденных той или иной неоднородностью. Поэтому в данной главе подробно рассматриваются результаты наших исследований реакции неоднородностей, встречающихся на электролиниях.

При возникновении нештатных ситуаций нагрузкой линии может стать сопротивление, равное нулю (в случае короткого замыкания на линии), или сопротивление, равное некоторому значению, отличному от волнового сопротивления (в случае ухудшения изоляции, коронного разряда и т.д.) или сопротивление, равное бесконечности (в случае обрыва электролинии).

Если нагрузка линии в виде активного сопротивления Лц и волновое сопротивление линии 2в равны, то отраженный импульс отсутствует. Если Дн <2В, то отраженный импульс меняет свою полярность. Если Лц > отраженный импульс сохраняет свою полярность. Этим условиям подчиняются волновые сопротивления кабельных вставок в воздушных линиях и сопротивления муфты в кабельных линиях.

В штатных условиях нагрузка линии может быть реактивной: емкостной

или индуктивной (обмотки трансформаторов). В воздушных линиях могут быть кабельные вставки, в кабельных линиях могут быть муфты, которые в том и в другом случае имеют другие волновые сопротивления, чем основная линия, и поэтому являются неоднородностями.

Линии могут быть нагружены на комплексные сопротивления в виде колебательных контуров: последовательного (фильтр присоединения на ЛЭП) и параллельного (заградительный фильтр ЛЭП).

Все перечисленные виды нагрузок и неоднородностей являются сосредоточенными и при модельных исследованиях могут быть заменены резисторами, конденсаторами и катушками индуктивностей с соответствующими номиналами.

Исследовалось влияние характера и величины нагрузки на форму отраженного импульса.

Для анализа рефлектограмм, получаемых при зондировании линий распределительных сетей, необходимо оценить значения величин емкости, образованной проводами ответвлений, величину индуктивности трансформаторов, используемых в распределительных сетях.

Расчеты на основании справочных данных показали, что ответвления длиной от 500 м до 5 км с использованием сталеалюминиевых проводов на линиях распределительных сетей имеют в основном емкости величиной более 0,004 мкФ. Как показали лабораторные исследования в этих случаях при зондировании импульсом оптимальной длительности (импульс успевает нарасти до своего максимального значения) полярность отраженного импульса всегда изменяется на противоположную. На коротких ответвлениях до 100 м отраженный импульс может сохранять свою полярность. Полевые исследования на реальных электролиниях подтвердили данные положения.

Сопротивления ответвлений на линиях распределительных сетей имеют емкостной характер, и значение емкости тем больше, чем длиннее линия. При зондировании положительным импульсом, импульсы, отраженные от места присоединения ответвления в основной линии, могут иметь положительную и отрицательную части. С увеличением длины ответвления отрицательная часть импульса превалирует.

С использованием справочных данных были определены индуктивности обмоток трансформаторов, широко применяемых на практике на линиях напряжением 6-35 кВ. Индуктивности обмоток трансформаторов превышают величину 1 мГн. Лабораторные исследования показали, что при индуктивных нагрузках такой величины отраженный импульс сохраняет свою полярность. Измерения, выполненные в электроцехе Приволжских электрических сетей ОАО «Тат-энерго» на большом количестве трансформаторов, подтвердили данные выводы.

Измерения на реальных линиях электропередачи Пригородного РЭС Приволжских электрических сетей ОАО «Татэнерго», также подтвердили этот вывод. Импульс, отраженный от действующих трансформаторов имеет несколько уменьшенную амплитуду без изменения полярности.

' Оценка величин емкостей ответвлений и индуктивностей трансформаторов позволила определить формы и полярности импульсов, отраженных от них при зондировании реальных линий электропередачи.

В результате модельных исследований и измерений на реальных электрических линиях распределительных сетей установлены диагностические признаки, необходимые для расшифровки рефлектограмм электролиний с древовидной топологией при их локационном зондировании.

В пятой главе рассматриваются особенности рефлектометрии линий напряжением 35 кВ с ВЧ обработкой. Исследуется возможность использования -элементов высокочастотной обработки (фильтр присоединения, конденсаюр связи) для подключения рефлектометра клинии, находящейся под напряжением.

Возможность использования элементов аппаратуры ВЧ связи ограничивается характеристиками данных элементов. Шунтирование зондирующего импульса заградительным фильтром обуславливается величиной катушки индуктивности, используемой в составе фильтра. Согласно справочным данным и данным производителей величины индуктивностей ВЧ заградителей находятся в интервале 535- 1027 мкГн независимо от полосы пропускания. Эксперименты показали, что заградители с индуктивностью более 300 мкГн для зондирующих импульсов длительностью меньше 0,5 мкс (наиболее часто используемых при зондировании реальных линий) представляют бесконечно большое сопротивление. При увеличении длительности зондирующего импульса больше 0,5 мкс возможно частичное просачивание его энергии через фильтр заграждения, что будет приводить к небольшому уменьшению амплитуды отраженного импульса.

Главным затруднением использования фильтров присоединения при зондировании импульсным методом линий электропередачи является ограниченная полоса пропускания фильтров, влияющая на разрешающую способность метода.

Для обеспечения возможности прохождение импульса длительностью порядка 1 мкс необходимо выбирать фильтры с шириной полосы пропускания 700 - 850 кГц. Фильтры присоединения с меньшей шириной полосы пропускания не смогут полностью пропустить весь спектр составляющих зондирующего сигнала в линию, «срезав» его высокочастотные составляющие и тем самым, увеличив его длительность.

Минимальная величина емкости конденсатора связи (Скс = 1465 пФ), встречающаяся в реальных схемах присоединения, достаточна для прохождения оптимальных зондирующих импульсов с т<0,1 мкс; с увеличением длительности импульса желательно во избежание проявления дифференцирующих свойств конденсатора (появления отрицательной части импульса) его емкость увеличивать.

В настоящее время на линиях электропередачи применяются конденсаторы связи емкостью от 2200 пФ и выше, которая достаточна для прохождения зондирующих импульсов длительностью около 1 мкс с минимальными искажениями.

Конденсатор связи можно использовать для подключения рефлектометра к линиям напряжением 10 кВ и ниже, находящимся под напряжением.

В шестой главе приводятся результаты исследований в лабораторных и полевых условиях линий электропередачи с древовидной топологией методом импульсного локационного зондирования. Разрабатываются принципы распознавания рефлектограмм зондируемых линий и процедура расшифровки реф-лектограмм. Представлена методика, разработанная для обнаружения локационным методом повреждений линий электропередачи распределительных сетей

с древовидной топологией.

Процесс распознавания рефлектограмм является весьма сложной процедурой при зондировании электролиний с древовидной топологией. Однозначно судить о состоянии линии можно только при достаточно простой ее конфигурации. Процедура распознавания значительно усложняется при большом количестве не-однородностей и при малых расстояниях между ними, а также в случае большого количества ответвлений на исследуемой линии.

При выполнении исследований было проанализировано свыше 1000 рефлектограмм, снятых в лабораторных и полевых условиях. Большая часть рефлекто-грамм, приведенных в работе, получена при зондировании двухпроводных линий с подсоединением рефлектометра к проводам линии по схеме «фаза - фаза».

Наиболее ярко выраженными и наиболее частыми видами повреждений (неод-нородностей) на линиях электропередачи являются обрыв (холостой ход) и короткое замыкание. Идентификация данных видов повреждений проводилась как на макетах линий в лабораторных условиях, так и на реальных линиях распределительных сетей Пригородного РЭС Приволжских электрических сетей ОАО «Татэнерго».

В итоге установлено, что форма сигналов, отраженных от мест обрыва и короткого замыкания при лабораторных исследованиях и при измерениях в полевых условиях на реальных линиях совпадают. Короткие замыкания и обрывы на реальных линиях электропередачи и на ее ответвлениях определяются однозначно.

На рис. 1 приведены условная схема линии с тремя ответвлениями (фидер №23 подстанция «Аэропорт» Приволжских электрических сетей ОАО «Татэнерго») и её рефлектограмма. Линия имеет общую длину 8890 м, зондирование осуществлялось импульсами длительностью т= 4 мкс, при диапазоне регистрации Б= 19200 м. На концах ответвлений были подключены трансформаторы, конец линии разомкнут. Ответвление БВ было отключено. Зондирование производилось из т. А.

г

Г490 ыЕ 700ЦЗ 3150 Ы

К

£>=19200 м, т=4 мкс, к=1

А

70н10м 180м и

| 120" ры Д ж И

■о

т Д- трансформатор т Ж-трансформатор т И-трансформатор т К-холостой ход

/. м

Д Ж

б)

Рис.1. Условная схеме фидера №23 с тремя ответвлениями (в) и его рефлектограмма (б)

Рефлектограмма расшифровывалась с использованием «словаря» отраженных импульсов, составленного в результате выполненных исследований и путем создания короткого замыкания или обрыва в основных точках исследуемой

линии. На рефлектограмме четко установлены импульсы, отраженные от мест присоединения ответвлений, от их концов и импульс от конца линии.

На рефлектограмме линии с древовидной топологией всегда присутствуют многократные отражения, которые затрудняют ее распознавание, поэтому зону расшифровки полученных рефлектограмм следует ограничивать длиной фидера.

В итоге установлено, что рефлектограммы реальных электрических линий с древовидной топологией расшифровываются однозначно.

Закономерности и особенности в отражениях зондирующих импулгсов, установленные в условиях лабораторных и полевых исследованиях полностью совпадают. Это открывает широкие возможности для предварительного макетного исследования в лабораторных условиях реальных действующих электролиний с моделированием штатных и нештатных ситуаций.

Результаты измерений расстояний до неоднородностей линий в лабораторных условиях имеют погрешности: модальную - 0,35%, максимальную - 1% (приборная погрешность 0,2%).

Определить точно погрешность измерений в полевых условия не представляется возможным, т.к. электролинии при положительных и отрицательных температурах имеют разную длину и не соответствуют паспортным данным. Кроме того, паспортные данные не точны, т.к. при монтаже электролиний расстояния между опорами измеряются приблизительно (шагами). Однако, если считать, что максимальная погрешность составляет 1%, то для линии в 20 км абсолютная погрешность составляет 200 м, что соответствует расстоянию, равному примерно трем пролетам между опорами ЛЭП.

Распознавание рефлектограмм логическим методом возможно только, когда неоднородности линии расположены в ближней зоне, и импульсы, отраженные от неоднородностей имеют значимые (большие) амплитуды, которые хорошо видны на фоне «переотраженных» импульсов. Если в случае аварии неоднородности (обрыв или короткое замыкание) возникли в дальней зоне, то эффективно применение разностного метода: вычитание эталонной рефлектограммы, снятой в нормальных штатных условиях, из рефлектограмм, снятых при аварийных ситуациях. На разностной рефлектограмме в месте повреждения или изменения состояния линии появляется импульс, по которому можно определить расстояние до этого события. В этом случае не требуется расшифровки всей рефлектограммы с ее многочисленными импульсами, отраженными однократно и многократно от мест возникновения неоднородностей линии

На рис. 2 приведены схема фидера №11 подстанции «Пиголи» Пригородного РЭС Приволжских электрических сетей ОАО «Татэнерго» (а) и рефлекто-граммы фидера в исходном состоянии (б), при КЗ в т. И (в), а также разностная рефлектограмма (г). Общая протяженность фидера, согласно «по-опорной» схеме составляет порядка 6100 м. На фидере имеется шесть ответвлений.

Для расшифровки рефлектограмм разностным методом нами были разработаны алгоритм и компьютерной программы «Локатор-1». Этот метод можно использовать для текущей диагностики состояния линий электропередачи, для определения места повреждения, охранной сигнализации при хищении проводов.

По результатам выполненных исследований разработана методика ОМП линий электропередачи с древовидной топологией. Методика включает в себя разделы: подготовка прибора РЕЙС-105Р к измерениям; подключение прибора РЕЙС-105Р к линии электропередачи; методика измерений; методика экспресс-анализа и расшифровка рефлектограмм линии с помощью прибора РЕЙС-105Р в полевых условия; полный анализ рефлектограмм с помощью персонального компьютера в стационарных условиях.

В заключении изложены основные выводы по результатам работы.

Выполнен анализ особенностей электролиний распределительных сетей, проанализированы физико-технические параметры, характеристики и режимы работы электролиний с древовидной топологией, выделены факторы, влияющие на выбор метода для определения места повреждения в распределительных сетях, определены требования к разрабатываемому методу.

После анализа существующих методов определения места повреждения в электролиниях выбран универсальный метод оперативной (быстродействующей) дистанционной диагностики электролиний - локационное импульсное зондирование. После изучения видов и типов приборов, с помощью которых возможно осуществить локационное импульсное зондирование, для решения задач диссертации выбран прибор российского производства - рефлектометр РЕЙС-105Р/

Разработана методика использования прибора РЕЙС-105 Р для зондирования электролиний с древовидной топологией, сделана оценка точности измерения длины линий. Разработаны алгоритм и компьютерная программа для индикации результатов рефлектометрии электролиний.

Исследованы влияния нагрузок активного и реактивного характера на форму, амплитуду и полярность отраженных импульсов. Определены закономерности изменения формы и полярности отраженных импульсов в зависимости от зондируемой неоднородности линии (обрыв, короткое замыкание, ответвление, кабельная вставка, муфта и т.д.). Установлен «словарь» диагностических признаков, который позволяет расшифровывать рефлектограммы электролиний с древовидной топологией.

Исследованы особенности рефлектометрии линий напряжением 35 кВ с ВЧ обработкой.

Показана возможность моделирования в лабораторных условиях методом импульсного локационного зондирования нормальных и аварийных ситуаций реальных линий распределительных сетей на их физических моделях (макетах). Закономерности отражения зондирующих импульсов в обоих случаях одинаковы.

По результатам выполненных исследований разработаны принципы и алгоритмы распознавания рефлектограмм при локационном импульсном зондировании электролиний распределительных сетей с древовидной топологией.

Разработаны алгоритмы и компьютерные программы, позволяющие расшифровывать рефлектограммы линий с древовидной топологией

Разработанный локационный метод обнаружения повреждений в распределительных электрических сетях напряжением 6 - 35 кВ с древовидной топологией является оперативным, дистанционным и универсальным.

Разработанный локационный метод позволяет своевременно обнаруживать повреждения в линии и сократит время простоя линии при их ремонте, уменьшит недоотпуск электроэнергии потребителям. Минимизирует связанные с этим финансовые потери энергосистем.

Разработанный локационный метод может быть использован релейной защитой в системе охранной сигнализации, для оперативного обнаружения хищения проводов воздушных линий электропередачи, а также для контроля работоспособности связных линий и линий передачи данных.

1125 3 7 4

Основное содержание диссертации отражено в следующих опубликованных работах:

1. Минуллин Р.Г., Закамский Е.В. Определение мест повреждения в электрических сетях напряжением 6 - 35 кВ импульсным методом // Мат. докл. Российского национального симпозиума по энергетике. - К. КГЭУ, 2001. Т2. С. 62 - 64.

2. Минуллин Р.Г., Закамский Е.В., Андреев В.В. Исследования условий отражения импульсных сигналов в распределительных сетях с древовидной топологией // М.: Электротехника, 2003, № 10. С. 39 - 44.

3. Минуллин Р.Г. Закамский Е.В., Андреев В.В., Губаев Д.Ф. Диагностика воздушных линий распределительных электрических сетей // Изв. ВУЗов. Проблемы энергетики, 2004, №7-8. С. 41 - 49.

4. Минуллин Р.Г., Фардиев И.Ш., Закамский Е.В., Андреев В.В. Применение метода импульсной рефлектометрии при диагностике состояния электрических линий с древовидной топологией // Сборник материалов XVI Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика технических систем, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Казань, КФМВАУ, 2004. Ч. 1, С. 27 - 28.

5. Минуллин Р.Г., Фардиев И.Ш., Закамский Е.В., Андреев В.В. Физические аспекты диагностики линий методом рефлектометрии // Сборник материалов XVI Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика технических систем, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Казань, КФМВАУ, 2004. Ч. 1, С. 29 - 30.

6. Минуллин Р.Г., Фардиев И.Ш., Закамский Е.В., Андреев В Б. Распознавание рефлектограмм импульсного зондирования при автоматической диагностике атек-трических линий // Мат. докл. Ш Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», Нижний Новгород, НГТУ, 2004. С. 119.

7. Минуллин Р.Г., Закамский Е.В., Андреев В.В. Способ автоматической диагностики электрических линий // Мат. докл. III Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», Нижний Новгород, НГТУ, 2004. С. 120.

8. Минуллин Р.Г., Андреев ВВ., Фардиев И.Ш., Закамский ЕВ. Автоматическая обработка цифровых рефлектограмм электролиний с древовидной топологией // Мат. докл. V Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике», Чебоксары, ЧТУ, 2004. С. 239.

9. Минуллин РГ., Андреев ВВ., Фардиев ИШ., Закамский ЕБ. Интеллектуальная обработка цифровых рефлектограмм электролиний распределительных сетей 6 -10 кВ // Мат. докл. V Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике», Чебоксары, ЧТУ, 2004. С. 241.

Подписано к печати 17.11.2004 г. Формат 60x84/16

Гарнитура «Times» Вид печати ЮМ Бумага офсетная

Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51

Введение.

Глава 1. Анализ особенностей электрических линий распределительных сетей напряжением 6-35кВ.

1.1. Конструкция линий электропередачи.

1.2. Конфигурация линий электропередачи.

1.3. Структура воздушных линий.

1.4. Структура кабельных линий.

1.5. Параметры и характеристики электрических линий.

1.6. Затухание сигнала в линии передачи.

1.7. Полоса пропускания.

1.8. Токи в линиях с древовидной топологией.

Выводы.

Глава 2. Выбор способа обнаружения повреждений электролиний с древовидной топологией.

2.1. Виды повреждений линий напряжением 6-35кВ.

2.2. Классификация методов определения мест повреждений.

2.3. Методика поиска мест повреждения.

2.4. Локационный метод.

2.4.1. Принцип действия.

2.4.2. Современные аппаратные средства.

Выводы.

Глава 3. Методика измерений на линиях с древовидной топологией.

3.1. Схема измерений.

3.2. Способы подключения рефлектометра.

3.3. Выбор параметров рефлектометра при зондировании линии.

3.3.1. Установочные параметры.

3.3.2. Длительность зондирующего импульса.

3.4. Представление результатов измерений.

3.4.1. Индикация прибора РЕЙС-105Р.

3.4.2. Первоначальная обработка результатов зондирования.

3.4.3. Интеллектуальная обработка результатов зондирования . 70 Выводы.

Глава 4. Диагностические признаки рефлектометрии линий электро-Ц передачи с напряжением 6 - 35кВ.

4.1. Общие положения.

4.2. Линии с активной нагрузкой.

4.2.1. Влияние величины активной нагрузки на форму отраженного импульса.

4.2.2. Случаи несогласованности активных сопротивлений в линиях электропередачи.

4.3. Линии с емкостной нагрузкой. ф 4.3.1. Влияние величины емкостной нагрузки на форму отраженного импульса.

4.3.2. Распределение расчетных величин емкостей ответвлений воздушных линий.

4.3.3. Емкостные неоднородности в линиях с древовидной топологией.

4.4. Линии с индуктивной нагрузкой.

4.4.1. Влияние величины индуктивной нагрузки на форму отраженного импульса.

4.4.2. Распределение расчетных величин индуктивностей обмоток трансформаторов.

4.4.3. Исследование отражений от обмоток силовых трансформаторов.

Выводы.

Глава 5. Особенности рефлектометрии линий электропередачи напряжением 35 кВ.

5.1. Зондирование линий с высокочастотным заградителем.

5.2. Зондирование линий через фильтр присоединения.

Выводы.

Глава 6. Распознавание рефлектограмм и методика определения повреждений линий электропередачи с древовидной топологией.

6.1. Неоднородности кабельных и воздушных линий электропередачи

6.2. Идентификация обрыва и короткого замыкания проводов в линии.

6.3. Распознавание рефлектограмм линий с древовидной топологией.

6.3.1. Лабораторные исследования.

6.3.2. Полевые исследования.

6.4. Разностный метод распознавания рефлектограмм.

6.5. Автоматическое определение места повреждений на линии.

6.6. Методика определения места повреждения на линиях электропередачи распределительных сетей.

Выводы.

Актуальность темы

Существующие в настоящее время жесткие условия рыночных отношений между энергосистемой и потребителями требуют качественного и бесперебойного электроснабжения. Поэтому задача определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи крайне важна для обеспечения скорейшего восстановления питания в случае аварии.

Линии электропередачи охватывают большую территорию и поэтому они являются наиболее уязвимой частью системы передачи электроэнергии и информации. Как показывает статистика, в сетях средней энергосистемы годовое количество повреждений исчисляется сотнями, а в питающихся от нее абонентских сетях — тысячами. Большую часть повреждений воздушных линий составляют короткие замыкания и обрывы. Причиной их возникновения могут быть естественные и искусственные условия.

В естественных условиях воздушные линии подвержены воздействию окружающей среды (ветер, дождь, гололед, рост деревьев и т.д.), несанкционированным действиям человека (провоз под проводами конструкций, превышающих высоту подвеса проводов и т.д.). Кабельные линии испытывают сезонные подвижки грунта, они также подвержены воздействию человека в связи с проведением земляных работ и т.д. Вследствие этого возникают обрывы и ухудшения изоляции проводов, приводящие к пробою и короткому замыканию.

К сожалению, в последнее время участились случаи искусственного создания коротких замыканий на линиях с целью отключения питания электропроводов системой релейной защиты для безопасного создания обрывов проводов и последующего их хищения. Убытки от хищения электропроводов и варварского разрушения электролиний в настоящее время в энергосистемах достигают нескольких миллионов рублей в год.

Воздушные линии являются наименее надежными элементами энергосистемы. К тому же определение места повреждения является наиболее сложной, а часто и наиболее длительной технологической операцией по восстановлению поврежденных участка или элементов электросети. Даже верховые осмотры не всегда позволяют найти следы перекрытия изоляторов. Иногда, особенно при неустойчивых повреждениях, вообще не остается на трассе следов перекрытия и протекания токов короткого замыкания.

Для электролиний напряжением 6-35 кВ, составляющих основу распределительных сетей, до сих пор не существует реально используемых эффективных методов дистанционного определения места повреждений. Методы диагностики электролиний напряжением 110 кВ и выше, которые имеют глухозаземленную нейтраль, хорошо известны и успешно используются на практике. Однако в распределительных электросетях напряжением 6 - 35 кВ применяется изолированная нейтраль. Это обстоятельство исключает использование вышеупомянутых методов диагностики.

Кроме того, распределительные сети имеют сильно разветвленную древовидную топологию. Вследствие этого, методы диагностики, успешно используемые в электролиниях напряжением 110 кВ и выше, в данном случае неприменимы.

Информационный поиск и анализ советско-российской и зарубежной технической литературы показал, что ни в РТ, ни в СНГ, ни за рубежом данная проблема до конца не решена. Пока не удалось найти какой-либо универсальный метод диагностики электросетей с древовидной топологией, который бы одинаково успешно обнаруживал короткие замыкания и обрывы проводов электролиний. Специалисты служб эксплуатации электросетей не имеют оперативных и действенных методов определения места повреждения, что затрудняет их обнаружение и увеличивает время аварийного простоя, приводящее к значительным экономическим потерям.

Поэтому сложность и неординарность ситуации требуют разработки способа определения повреждений в электролиниях распределительных сетей с древовидной топологией напряжением 6 — 35 кВ. При этом необходимо, чтобы способ был дистанционным, оперативным и универсальным.

Цель и задачи работы

Целью данной работы является разработка оперативного, дистанционного, универсального метода определения места повреждения воздушных линий распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ с древовидной топологией.

При этом необходимо решить следующие задачи:

1) выполнить анализ структурных и физических особенностей электролиний распределительных сетей;

2) выбрать способ определения мест повреждений в электролиниях с древовидной топологией, соответствующий требованиям оперативности, дис-танционности и универсальности;

3) выбрать тип необходимой измерительной аппаратуры, пригодной для диагностики электролиний с древовидной топологией;

4) установить диагностические признаки неоднородностей электролиний;

5) разработать принципы и алгоритмы распознавания неоднородностей электролиний с древовидной топологией;

6) разработать универсальный метод дистанционного и оперативного обнаружения повреждений электролиний с древовидной топологией применительно к распределительным сетям напряжением 6 - 35 кВ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• определены физико-технические особенности реакции неоднородностей линий с древовидной топологией на импульсное зондирование, установлены диагностические признаки (словарь) импульсов, отражающихся от неоднородностей (места присоединения ответвлений, концы линий и ответвлений, кабельные вставки, активные и реактивные нагрузки, фильтры присоединения, заградительные фильтры и т.д.) распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ при их локационном зондировании;

• разработаны принципы и алгоритмы распознавания рефлектограмм при импульсном зондировании линий распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ с древовидной топологией;

• доказана возможность исследования в лабораторных условиях методом импульсного локационного зондирования нормальных и аварийных ситуаций реальных линий распределительных сетей на их физических моделях (макетах);

• разработан локационный метод обнаружения повреждений на линиях распределительных сетей напряжением 6 — 35 кВ с древовидной топологией, отвечающий требованиям дистанционности, оперативности и универсальности.

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенная методика определения мест повреждений (ОМП) в воздушных линиях распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ позволяет оперативно и дистанционно обнаруживать короткие замыкания и обрывы проводов электролиний, что сокращает время определения места повреждения линии, уменьшает перерывы в электроснабжении потребителей и значительно сокращает финансовые потери энергосистем.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается совпадением данных экспериментальных измерений, выполненных в лабораторных условиях на макетах электролиний и на реальных линиях электропередачи распределительных электрических сетей с древовидной топологией. Основные положения, выносимые па защиту

1. Описание физико-технических особенностей реакции неоднородностей линий с древовидной топологией при импульсном зондировании, словарь импульсов (перечень диагностических признаков), отражающихся от неоднородностей (места присоединения ответвлений, концы линий и ответвлений, кабельные вставки, активные и реактивные нагрузки, фильтры присоединения, заградительные фильтры и т.д.) распределительных сетей с древовидной топологией при их зондировании.

2. Принципы и алгоритмы распознавания рефлектограмм при локационном импульсном зондировании электролиний распределительных сетей с древовидной топологией.

3. Возможность исследования в лабораторных условиях методом импульсного локационного зондирования нормальных и аварийных ситуаций реальных линий распределительных сетей на их физических моделях (макетах).

4. Локационный метод обнаружения мест повреждений на линиях распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ с древовидной топологией, соответствующий требованиям дистанционности, оперативности и универсальности.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах: Республиканская научно-техническая конференция ((Проблемы энергетики», посвященная 80-летию плана ГОЭЛРО и созданию Казанско-^ го государственного энергетического университета (г. Казань, 2000 г.), Российский национальный симпозиум по энергетике (г. Казань, 2001 г.), I форум молодых ученых и специалистов Республики Татарстан (г. Казань, 2001 г.), Ш Всероссийская молодежная научно-техническая конференция ((Будущее технической науки» (г. Нижний Новгород, 2004 г.), 16-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция ((Электромеханические и внугрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика технических систем, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (г. Казань, 2004 г.), V Всероссийская научно

• техническая конференция ((Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (г. Чебоксары, 2004 г.), а также регулярно обсуждались на аспирантско-магистерских семинарах КГЭУ. Результаты также представлены в отчетах: отчет о научно-исследовательской работе ((Разработка системы оперативного обнаружения обрывов и коротких замыканий в распределительных сетях и линиях электропередачи 6-10-35 кВ» - хоздоговорная работа с ОАО ((Татэнерго» по теме № 106 от 13.08.2001 г. (шифр договора 004/01), выполненная через НТБ ООО «НПК Силесга» г. Казань, отчет по грату Академии Наук Республики Татарстан № 06—6.7 —178/2002 (Ф)

АН РТ от 20.05.2002 г. по теме ((Разработка физико-технических основ и внедрение технологии диагностики повреждений воздушных распределительных электрических сетей с древовидной топологией». По материалам диссертации имеется 9 публикаций.

Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертации используются в учебном процессе на кафедре электроэнергетических систем и сетей Казанского государственного энергетического университета при подготовке специалистов по направлению ((Релейная защита и автоматизация электро энергетических систем». Предложенный метод обнаружения повреждений электролиний проходит апробацию в Приволжских электрических сетях ОАО «Татэнерго».

Личный вклад автора работы. Анализ методов обнаружения повреждений электролиний и современных аппаратных средств. Проведение лабораторных и полевых исследований, с составлением «словаря» реакции неоднородностей линий распределительных сетей с древовидной топологией на импульсное локаци-# онное зондирование. Разработка принципов распознавания рефлектограмм линий распределительных сетей с древовидной топологией напряжением 6 - 35 кВ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 168 страницы, в том числе 75 рисунков, 6 таблиц, список литературы из 72 наименований.

Выводы

1. Установлено, что локационный импульсный метод позволяет определять повреждения линий электропередачи с древовидной топологией. При этом места присоединения ответвлений, их концы, обрывы и короткие замыкания в проводах линий идентифицируются однозначно.

2. Показано, что технические возможности прибора РЕЙС-105Р позволяют определять места повреждений на электролиниях с древовидной топологией.

3. Показано, что с усложнением конфигурации линии с древовидной топологией и с увеличением ее длины амплитуда отраженных импульсов уменьшается, а длительность увеличивается, как следствие этого — ухудшается точность измерений и разрешающая способность, усложняется процедура расшифровки рефлектограмм.

4. На рефлектограмме линии с древовидной топологией всегда присутствуют многократные отражения, которые затрудняют ее распознавание, поэтому зону расшифровки полученных рефлектограмм следует ограничивать длиной фидера.

5. Сложные рефлектограммы расшифровываются: а) путем отключения и создания короткого замыкания на отдельных участках линии и ответвлений; б) методом вычитания по разности амплитуд между эталонной реф-лектограммой, снятой в нормальной штатной ситуации, и реальной реф-лектограммой, снятой при исследовании линии в аварийной ситуации.

6. Реальные линии электропередачи с древовидной топологией можно моделировать в лабораторных условиях, т.к. закономерности импульсов, отраженных неоднородностями в обоих случаях, адекватны.

7. Анализ аварийных и штатных ситуаций в реальных линиях может быть выполнен путем физического моделирования на макете этих линий.

8. Погрешность измерения расстояния до места повреждения локационным методом не превышает 2-ьЗ% по отношению к данным «по-опорных» схем.

Заключение

Выполнен анализ особенностей конструкций, конфигураций, структуры воздушных и кабельных электролиний распределительных сетей, проанализированы физико-технические параметры, характеристики и режимы работы электролиний с древовидной топологией, выделены факторы, влияющие на выбор метода для определения места повреждения в распределительных сетях, определены требования к разрабатываемому методу.

После тщательного анализа существующих методов определения места повреждения в электролиниях выбран универсальный метод оперативной, дистанционной диагностики электролиний - локационное импульсное зондирование. После изучения видов и типов приборов, с помощью которых возможно осуществить локационное импульсное зондирование, для решения задач диссертации выбран прибор российского производства — рефлектометр

РЕЙС-105Р.

Разработана методика использования прибора РЕЙС-105Р для зондирования электролиний с древовидной топологией, сделана оценка точности измерения длины линий. Разработаны алгоритм и компьютерная программа для индикации результатов рефлектометрии электролиний.

Исследованы влияния нагрузок активного и реактивного характера на форму, амплитуду и полярность отраженных импульсов. Определены закономерности изменения формы и полярности отраженных импульсов в зависимо* сти от зондируемой неоднородности линии (обрыв, короткое замыкание, ответвление, кабельная вставка, муфта и т.д.). Установленный словарь диагностических признаков позволяет расшифровывать рефлектограммы электролиний с древовидной топологией.

Исследованы особенности рефлектометрии линий напряжением 35 кВ с ВЧ обработкой.

Рассмотрены условия подключения рефлектометра к реальным воздушным линиям без напряжения. Исследована возможность подключения рефлектометра к действующим линиям, находящимся под напряжением, через конденсатор связи, через фильтр присоединения аппаратуры ВЧ связи и через специальные ВЧ фильтры.

Установлено, что с помощью прибора РЕЙС-105Р можно успешно зондировать электролинии длиной до 20 — 30 км с несколькими ответвлениями. С использованием прибора РЕЙС-105Р выполнены локационные исследования макетов и реальных линий с древовидной топологией, исследования проводились в лабораторных и полевых условиях.

Выявленные закономерности изменения параметров отраженных импульсов в зависимости от зондируемой неоднородности одинаковы для воздушных и кабельных линий электропередачи, а также для макетов и реальных линий с древовидной топологией.

По результатам выполненных исследований разработаны методики зондирования электролиний и распознавания полученных при этом рефлектограмм.

Разработаны алгоритмы и компьютерные программы, позволяющие расшифровывать рефлектограммы: 1) методом логического анализа; 2) разностным методом, с использованием нормальной штатной и аварийной рефлектограмм.

Анализ аварийных и штатных ситуаций в реальных линиях может быть выполнен путем физического моделирования ситуаций на макете этих линий.

Разработанный локационный метод обнаружения повреждений в распределительных электрических сетях напряжением 6 — 35 кВ с древовидной топологией является:

1) оперативным (быстродействующим), т.к. позволяет обнаруживать повреждения в течении долей секунд;

2) дистанционным, т.к. зондирование и измерение осуществляются с начала линии;

3) универсальным, т.к. обрывы и короткие замыкания проводов обнаруживаются одинаково успешно.

Разработанный локационный метод позволяет своевременно обнаруживать повреждения в линии и сократить время простоя линии при их ремонте, что уменьшает недоотпуск электроэнергии потребителям и минимизирует связанные с этим финансовые потери энергосистем.

Разработанный локационный метод может быть использован в системе охранной сигнализации для оперативного обнаружения хищения проводов воздушных линий электропередачи.

Итак, разработанный локационный метод зондирования электролиний с древовидной топологией главным образом предназначен для обнаружения мест повреждений в электрических распределительных сетях напряжением 6 — 35 кВ воздушного и кабельного исполнения. Но этот метод является универсальным в более широком смысле этого понятия, т.к. может быть применен и при обнаружении мест повреждений в линиях электропередачи напряжением 110 кВ и выше, в сетях электроснабжения напряжением 0,4 кВ, в грозозащитных тросах электролиний, а также в связных линиях и линиях передачи данных.

Используемый принцип локационного зондирования позволяет автоматизировать процедуру обнаружения повреждений в линиях с древовидной и линейной структурой, т.к. изменение конфигурации линии (появление неоднородностей в виде обрыва или замыкания проводов) вызывает мгновенное изменение рефлекто-граммы, что может быть обнаружено компьютером с выработкой сигнала аварии. Для реализации такого способа контроля работоспособности электролиний, аналогичного релейной защите, возможна разработка специального прибора.

Используя вышесказанную способность локационного метода, можно построить охранную систему, которая в случае хищения проводов будет выдавать сигнал тревоги.

Внедрение локационного метода в практику контроля работоспособности линий электропередачи имеет важное хозяйственное значение, обеспечивающее уменьшение простоя линий и недоотпуска электроэнергии, и, как следствие, экономию финансовых средств.

1. Жуховицкий Б.Я., Негнивицкий И.Б. Теоретические основы электротехники, ч.П, Четырехполюсники, длинные линии, нелинейные цепи. M.-JL: Энергия, 1965. 240 с.

2. Шинаков Ю.С., Колодяжный Ю.М. Теория передачи сигналов электросвязи. М.: Радио и связь, 1989. 288 с.

3. Айзинов М.М. Избранные вопросы теории сигналов и теории цепей. М.: Связь, 1971.349 с.

4. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк JI.M. Теория передачи сигналов. М.: Радио и связь, 1986. 304 с.

5. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. М.: Энершатомиздат, 1989. 592 с.

6. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил A.B. Основы теории цепей. 5-е издание перераб. М.: Энергоатомиздат, 1989. 528 с.

7. Вязьменский М. Б., Ишкин В. X., Крюков К. П, и др. Справочник по проектированию линий электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 1980.

8. Загик С.Е., Капчинский JI.M. Коаксиальные кабели. M.-JL: Госэнергоиздат, 1959. 40 с.

9. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил A.B. Основы теории цепей. 5-е издание перераб. М.: Энергоатомиздат, 1989. 528 с.

10. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Под ред. Федорова А. А. М.: Энергоатомиздат, 1986.

11. П.Бачелис Д.С., Белоруссов Н.И., Саакян А.Е. Электрические кабели, провода и шнуры. М.: Энергия, 1971. 704 с.

12. Платонов В.В., Шалыт Г.М. Испытание и прожигание изоляции силовых кабельных линий. М.: Энергия, 1975. 136 с.

13. Барнес С. Силовые кабели (конструкция, монтаж и эксплуатация). Пер. с англ. М.: Энергия, 1971. 288 с.

14. Харламов В.А. Высокочастотные системы передачи информации по линиям электропередачи распределительных сетей среднего и низкого напряжений // Сб. докладов «Конференция молодых специалистов электроэнергетики 2000». М.: Изд. НЦ ЭНАС, 2000. С. 219 - 220.

15. Минуллин Р.Г. Методы и средства высокочастотной связи по линиям электропередачи. Казань: ООО «ИЦ «Энергопрогресс», 2004. 199 с.

16. Микуцкий Г.В., Скитальцев B.C. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. М.: Энергия, 1969. 448 с.

17. Тутевич В.Н. Телемеханика. М.: Высшая школа, 1985. 423 с.

18. Микуцкий Г.В., Скитальцев B.C. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 1987. 448 с.

19. Дзукенова Ж.А., Кадомская К.П. Передача информации по силовым кабелям высокого напряжения // Электричество, 1996, №8.

20. Ишкин В.Х., Строганов Н.И. Аппаратура многоканальной связи по BJI СВН. М.: Энергоатомиздат, 1986. 67 с.

21. Бурденко Г.В., Малышев А.И., Лурье Я.В. Автоматика, телемеханика и передача данных в энергосистемах. М.: Энергия, 1988. 287 с.

22. Бурденко Г.В. Автоматика, телемеханика и передача данных в энергосистемах. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомизтат, 1988. 336 с.

23. Митюшкин К.Г. Телеконтроль и телеуправление в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат, 1990.

24. Шалыт Г.М. Определение мест повреждений линий электропередачи импульсным методом. М.: Энергия, 1968. 216 с.

25. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения воздушных и кабельных линий электропередачи. Сб. статей M.-JL: Энергия, 1966. С. 26 — 47.

26. Батков A.M., Торханов И.Б. Системы телеуправления. М.: Машиностроение, 1971. 192 с.

27. Шалыт Г.М. Определение мест повреждений ЛЭП. Сб. статей М.: Энергия, 1977.

28. Андриевский В.Н., Голованов А.Т., Зеличенко A.C. Эксплуатация воздушных линий электропередачи. М.: Энергия, 1976. 616 с.

29. Брискер A.C., Руга А.Д., Шарле Д.Л. Городские телефонные кабели. М. Радио и связь, 1991. 208 с.

30. Гроднев И.И. Кабели связи. Изд 2-е перераб. и доп. М.: Энергия, 1976. 270 с.

31. Асагян М.В., Орлов Е.А. Электротехника и электрические измерения. М.: Радио и связь, 1983. 311 с.

32. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. Под ред. Рокотяна С.С. и Шапиро И.М. М.:Энергоатомиздат, 1985. 352 с.

33. Крючков И.П., Кувшинский H.H., Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. М.: Энергия, 1978. 456 с.

34. Белоцерковский Г.Б. Антенны. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Оборонгиз, 1962.492с.

35. Борухман В.А., Кудрявцев A.A., Кузнецов А.П. Устройства для определения мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. М.: Энергия, 1973. 88 с.

36. Малый A.C., Шалыт Г.М., Айзенфельд А. И. Определение мест повреждения линии электропередачи по параметрам аварийного режима. М.: Энергия, 1972.216 с.

37. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. М.: Энергоиздат, 1982. 312 с.

38. Кузнецов А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 1989. 94 с.

39. Определение мест повреждений в воздушных и кабельных линиях. Пер. статей, М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959.

40. Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. М.: Энергия, 1976.520 с.

41. Андреев В.А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения. 2-е изд. перераб. М.: высшая школа, 1985. 391 с.

42. Силаев Ю.М. Способы и средства поиска повреждений в электросетях 6 35 кВ. М. Информэнерго, 1973. 32 с.

43. Айзенфельд А.И. Методы определения короткого замыкания на воздушных ЛЭП при помощи фиксирующих приборов. М.: Энергия, 1974. 62 с.

44. Айзенфельд А.И., Шалыт Г.М Определение мест короткого замыкания на линиях с ответвлениями. 2-е изд. перераб. М.: Энергоатомиздат, 1988. 208 с.

45. Минуллин Р.Г. Методы и аппаратура определения мест повреждений в электросетях. Казань: ИЦ «Энергопрогресс», 2002. 152 с.

46. Дементьев B.C. Как определить место повреждения в силовом кабеле. 3-е изд. перераб. М.: Энергия, 1980. 73 с.

47. Дементьев B.C., Спиридонов В.К., Шалыт Г.М. Определение места повреждения силовых кабелей. М.: Госэнергоиздат, 1962. 96 с.

48. Асагян М.В., Орлов Е.А. Электротехника и электрические измерения. М.: Радио и связь, 1983. 311 с.

49. Арцишевский Я.Л. Определение мест повреждений ЛЭП в сетях с заземленной нейтралью. М.: Высшая школа, 1988.

50. Минуллин Р.Г., Садреев Т.А. Определение места дуговых коротких замыканий на воздушных линиях электропередачи методом электромагнитного мониторинга // Известия ВУЗ. Проблемы энергетики. 2001. №1-2. С.81 89.

51. Шабад М.А., Шмурьев В. Я. Новые аппаратные и программные решения при определении мест повреждения // Энергетик, 2001, №4 С. 22 24.

52. Каминский А. И. Определение мест повреждения кабелей приборами нового поколения // Энергетик, 2001, № 12. С.21 22.

53. Минуллин Р.Г., Закамский Е.В. Определение мест повреждения в электрических сетях напряжением 6 — 35 кВ импульсным методом // Мат. докл. Российского национального симпозиума по энергетике. — Казань: КГЭУ,2001.Т2. С. 62-64.

54. Гусев В.Г., Гусев Ю.Н. Электроника. 2-изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1991. 622 с.

55. Васильев A.A., Крючков И.П., Наяшкова Е.Ф, Околович М.П. Электрическая часть станций и подстанций. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1990. 576 с.

56. Минуллин Р.Г., Фардиев И.Ш. Физические основы диагностики повреждений воздушных линий распределительных электрических сетей // Известия ВУЗ. Проблемы энергетики. 2004. №7-8. С. 43-47.

57. Минуллин Р.Г., Закамский Е.В., Андреев В.В. Исследования условий отражения импульсных сигналов в распределительных сетях с древовидной топологией // Электротехника. 2003. №10. С. 39 — 44.

58. Малышев А.И. Наладка и эксплуатация каналов телемеханики по воздушным линиям. М.: Энергоатомиздат, 1983.

59. Ишкин В.Х., Цитвер И.И. Высокочастотная связь по линиям электропередачи 300 — 750 kB. М.: Энергоиздат, 1981.208 с.

60. Малышев А.И., Шкарин Ю.Л. Специальные измерения высокочастотных каналов по линиям электропередачи. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1990. 336 с.

61. Рекламный проспект Раменского электротехнического завода «Энергия» г. Раменское

62. Микуцкий Г.В., Шкарин Ю.П. Линейные тракты каналов высокочастотной связи по линиям электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 1986.

63. Рыжавский Г.Я. Измерения при наладке ВЧ каналов связи по линиям высокого напряжения М.: Энергоатомиздат, 1989. 112 с.

64. Минуллин Р.Г., Закамский Е.В., Андреев В.В. Распознавание рефлектограмм импульсного зондирования при автоматической диагностике электрических линий // Материалы докладов III

65. Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н. Новгород: НГТУ, 2004. С. 119.

66. Минуллин Р.Г., Закамский Е.В., Андреев В.В. Способ автоматической диагностики электрических линий // Материалы докладов III Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н. Новгород: НГТУ, 2004. С. 120.

67. Минуллин Р.Г., Закамский Е.В. Определение мест повреждения в электрических сетях напряжением 6-35 кВ импульсным методом // Мат. докл. Российского национального симпозиума по энергетике. — Казань: КГЭУ, 2001. Т2. С. 62-64.