Основные устройства. 
Автоматизированные методы и средства определения мест повреждения линий электропередачи

Применяемые в настоящее время устройства определения мест повреждения на линиях 6—10 кВ разделяются на две группы: топографические, к которым относятся указатели поврежденных участков, и дистанционные, к которым относятся фиксирующие приборы. Топографические устройства определения мест междуфазных замыканий названы так потому, что их устанавливают непосредственно в сети на опорах линии, они! являются наиболее простыми и в то же время весьма; эффективными. Это указатели поврежденных участков (УПУ), которые эксплуатируются достаточно длительное время. Наиболее широко распространены указатели с автоматическим самовозвратом, которые срабатывают при появлении в линии тока КЗ и имеют выходной орган, позволяющий фиксировать их срабатывание. После восстановления нормального режима работы линии устройства автоматически возвращаются в исходное состояние, что существенно облегчает эксплуатацию по сравнению с устройствами, не имеющими органов возврата. Указатели поврежденного участка серии УПУ. Указатель типа УПУ-1 (рис. 16) состоит из двух блоков: стационарного и переносного (блока контроля).

Стационарный блок устанавливается на опоре вблизи проводов линии. Он срабатывает практически без выдержки времени при увеличении тока в линии выше его уставки и возвращается в исходное состояние с выдержкой времени 2—3 с при восстановлении рабочего напряжения на линии. Выносную контактную вилку устанавливают на опоре на высоте 2,8—3 м и соединяют электрически со стационарным блоком. Переносной блок контроля, состоящий из электрической батареи GB и контрольной лампы HL, служит для проверки состояния выходных контактов стационарного блока. Магнитный датчик стационарного блока представляет собой магнитопровод с двумя рабочими обмотками w1, w3 и двумя испытательными обмотками w 2 и w3, каждая из которых подключена к своему выпрямителю VD1—VD4 и VD5—VD8. Выходы этих выпрямителей соединены последовательно и питают обмотку 1 поляризованного реле К. Две обмотки необходимы для обеспечения равной чувствительности датчика к токам КЗ на разных фазах. Конденсаторы С1 и С2 служат для компенсации реактивного сопротивления обмоток датчика. Резисторы R3 и R4 предназначены для регулирования чувствительности указателя, резистор R5 — для ступенчатого регулирования уставки по току срабатывания. Обмотка 2 поляризованного реле используется для возврата устройства в исходное состояние. Схема возврата состоит из выпрямителя VD9—VD12, конденсаторов СЗ, С4, триратрона VT. Схема возврата получает питание от устройства емкостного отбора мощности от линии электропередачи, в качестве которого используют либо антенну длиной в один пролет, располагаемую под проводами, либо подвесной изолятор. Указатель короткого замыкания типа УКЗ-3 предназначен для определения направления поиска места короткого замыкания на воздушных распределительных линиях 6—35 кВ, отключившихся в результате короткого замыкания. Направление поиска указывается индикатором, срабатывание которого происходит при протекании тока короткого замыкания в одной или нескольких фазах линии. Состояние индикатора определяется визуально через смотровое окно в корпусе указателя, установленного на опоре в зоне проводов. В сработанном состоянии флажок индикатора повернут к наблюдателю стороной, окрашенной в яркий цвет. Обратная сторона флажка индикатора окрашена в черный цвет. Наблюдение состояния индикатора может осуществляться с расстояния до 15 м от опоры, на которой установлен указатель. При восста новлении напряжения на линии сработанные указатели!" автоматически возвращаются в исходное состояние. Питание указателя обеспечивается емкостным отбором напряжения от контролируемой линии через дополнительные внешние изоляторы, подвешиваемые на двух: фазах линии. В части воздействия климатических факторов внешней среды указатель соответствует исполнению V категории размещения I (температурный диапазон от —45 до 50 °С). Срабатывание указателя обеспечивается при междуфазных коротких замыканиях в контролируемой линии, сопровождающихся скачкообразным увеличением тока в поврежденных фазах. Порог срабатывания указателя соответствует увеличению тока на 50 А при установке указателя на типовой железобетонной опоре линии 10 кВ на расстоянии 0,7 м от каждого провода. Допускается установка указателя при других расстояниях от проводов линии с учетом того, что порог срабатывания изменяется пропорционально расстоянию. Порог срабатывания указателя при увеличении тока вдвое (двойное замыкание на землю) ориентировочно в 2 раза выше 50 А. Возврат указателя обеспечивается переменным током не менее 50 мкА. Время подготовки к поворотному срабатыванию не превышает 5 мин. Длительность регистрируемого тока при его двукратном значении не менее 0,1 с. Срабатывание указателя обеспечивается при предаварийном токе нагрузки линии до 100 А. Обеспечивается блокирование срабатывания указателя при входном воздействии, подаваемом одновременно с восстановлением напряжения на линии после паузы не менее 5 с. Площадь наблюдаемой поверхности флажка индикатора не менее 5 см². Указатель обеспечивает возможность контроля его исправности при включенной линии путем поднесения к нему постоянного магнита, создающего магнитный поток не менее 3,5−10~5 Вб. На корпусе указателя обозначено место, к которому подносится для контроля постоянный магнит. Указатель короткого замыкания типа УКЗ-2М. Структурная схема указателя УКЗ-2М представлена на рис. 17. Схема содержит преобразователи тока ИПТ1 (1) и ИПТ2 (2), максиселектор сигналов преобразователей 3, выпрямители 4 и 14, блок выделения переходной составляющей тока короткого замыкания 5 и формирователь 6. Выход формирователя подключен к входу порогового органа срабатывания 9. Формирователь 6 выполнен из двух последовательно соединенных блоков: ограничителя сигнала 7 и интегратора 8. Кроме того, указатель содержит блок индикации 10, источник опорного напряжения 11, пороговый орган возврата 12, накопитель 13, элемент емкостного отбора напряжения 15, элемент контроля напряжения 16 на выходе емкостного отбора напряжения, разрядный элемент накопителя /7 и элемент стабилизации напряжения накопителя /8, токоограничивающий элемент 19 и разрядник 20, Устройство работает следующим образом. При включении линии в работу через элемент емкостного отбора напряжения питание схемы указателя через выпрямитель подается на накопитель, который заряжается за время примерно 1 мин и подготавливает схему к срабатыванию. Напряжение на накопителе ограничивается с помощью элемента стабилизации напряжения. С помощью преобразователей тока ИПТ1 и ИПТ2 производится изменение токов в фазах контролируемого участка линии в нормальном режиме и формирование в блоке выделения переходной составляющей тока короткого замыкания.

Рис. 17. Структурная схема указателя УКЗ-2М

Напряжение пропорционально току нагрузки. При возникновении короткого замыкания на контролируемом участке линии сигнал на выходе одного или обоих ИПТ возрастает и через максиселектор, выделяющий наибольший из сигналов, и выпрямитель поступает на вход блока выделения переходной составляющей тока КЗ. На выходе этого блока появляется напряжение, пропорциональное приращению тока при КЗ, которое через ограничитель сигнала и интегратор подается на вход порогового органа срабатывания. В случае превышения поступившего напряжения уставки срабатывания порогового органа последний срабатывает и разряжает накопитель на обмотку срабатывания блока индикации. При этом визуальный индикатор сигнализирует о коротком замыкании на контролируемом участке сети. При включении линии в работу после устранения короткого замыкания или после успешного АПВ появляется напряжение на выходе элемента отбора, заряжается накопитель и срабатывает второй пороговый орган, который переводит блок индикации в исходное состояние. Для исключения излишних срабатываний указателя от тока нагрузки в указателе предусмотрены элемент контроля напряжения и разрядный элемент, которые при отключении линии разряжают накопитель и тем самым блокируют срабатывание указателя при повторных включениях на устойчивое короткое замыкание. Для исключения излишних срабатываний при кратковременных бросках тока используют ограничитель сигнала и интегратор. Ограничитель сигнала ограничивает приращение напряжения на выходе максиселектора до значения, соответствующего минимальному току КЗ, а интегратор имеет постоянную времени интегрирования, при которой выходной сигнал интегратора достигает максимального значения через 0,1 с. Ограничитель необходим для стабилизации времени интегрирования, которое выбрано с учетом отключения короткого замыкания от токовой отсечки. Источник опорного напряжения позволяет устанавливать стабильный порог срабатывания указателя. Индикатор фиксирующий типа ФИС предназначен для определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи путем фиксации электрических величин аварийного режима. Он обеспечивает одностороннее непосредственное определение места повреждения в зависимости от величины реактивного сопротивления на зажимах фиксатора. При повреждениях, связанных с землей, фиксируется отношение минимального фазного напряжения и максимального фазного тока, компенсированного током нулевой последовательности. При повреждениях, не связанных с землей, фиксируется отношение минимального междуфазного напряжения и максимальной разности фазных токов. Блок кратковременной памяти БКП прибора ФИС (рис. 18) содержит входные блоки цепей напряжения БН и тока БТ, пусковой орган ПО, определитель вида повреждения ОВП, орган управления ОУ и элементы памяти 1ЭП и 2ЭП. Аналого-цифровой преобразователь АЦП состоит из вспомогательного конденсатора ВК, элемента контроля уровня напряжения конденсатора ЭУ, порогового элемента ПЭ, ключа КУ, переключающего конденсатор ВК на разряд, и конденсатора К. Блок отчета и управления БОУ содержит счетчик импульсов СИ, указатель вида повреждений УП и устройство возврата и проверки УВ.

Контролируемые напряжения UA, UB, Uc и токи ia, ib, IС подаются во входные цепи блоков напряжения и тока. При КЗ на контролируемой линии срабатывает пусковой орган ПО, включающий орган управления ОУ и определитель вида повреждения ОВП. Последний производит переключения в цепях БН и БТ в соответствии с видом повреждения. Орган управления подключает к выходным цепям БН и БТ элементы памяти и после отключения линии, что сопровождается работой аварийной сигнализации АС, переключает элементы памяти на аналогоцифровой преобразователь АЦП и передает информацию о виде повреждения на указатель УП. Преобразователь производит разряд запоминающего конденсатора элемента памяти 1ЭП дискретными порциями, пропорциональными значению напряжения заряда конденсатора элемента 2ЭП. При каждом цикле разряда срабатывает пороговый элемент ПЭ и подает импульс на счетчик импульсов СИ блока отсчета. Устройство возврата и проверки УВ предназначено для возврата элементов схемы прибора в исходное состояние и проверки прибора в процессе эксплуатации. При использовании прибора ФИС на линии с ответвлением для повышения точности измерения расстояния до места повреждения за ответвлением используется корректор Кор., вводящий коррекцию в характеристику прибора (рис. 19), При числе импульсов, соответствующем расстоянию до места ответвления, счетчик СИ воздействует на реле корректора, которое своим контактом КК подключает вспомогательный конденсатор С4.

При этом порции разряда конденсатора С2 и цена деления счетчика СИ изменяются на величину поправки, учитывающей влияние тока ответвления. Внедрение ФИС позволит непосредственно определять расстояния до места повреждения при коротких замыканиях, связанных и не связанных с землей, без дополнительных расчетных операций, что существенно сокращает время отыскания места повреждения. Фиксатор мест междуфазных замыканий на линиях 6—10 кВ типа ФМК-10предназначен для дистанционного определения расстояний до мест междуфазных коротких замыканий на линиях 6—10 кВ. Определение расстояний осуществляется по значению фиксируемого реактивного сопротивления петли короткого замыкания поврежденного участка. Расстояние до места двухи трехфазных коротких замыканий определяется непосредственно в километрах для алюминиевых и сталеалюминиевых проводов различных сечений. В состав устройства входят блок токовый, блок измерения, электросекундомер ПВ-53, который применен в качестве блока отсчета, и кнопка опробования. Схема устройства приведена на рис. 20. Устройство подключается к присоединениям, оборудованным двумя трансформаторами тока и одним трехфазным или двумя однофазными трансформаторами напряжения. Устройство устанавливается в шкафу ввода КРУ, КРУН 10 кВ подстанций 35—110 кВ (одно на секцию шин 10 кВ). Устройство типа «Волна» предназначено для определения места замыкания на землю в воздушных электрических сетях 6—20 кВ, работающих с изолированной нейтралью или в режиме компенсации емкостного тока. Определение места замыкания на землю основано на индикации вблизи линий электропередачи уровня высших гармонических составляющих магнитного поля тока нулевой последовательности с помощью встроенного в устройство магнитного датчика. Поврежденная линия и ответвление определяются по максимальному показанию выходного прибора устройства, а место повреждения — по резкому снижению показаний прибора за местом замыкания при измерениях вдоль поврежденного направления. Устройство позволяет определять наличие в сети замыкания на землю и напряжения на линии путем контроля электрического поля с помощью электрической антенны. Оно также позволяет путем контроля электрического тока вблизи опоры определять железобетонную опору, находящуюся под напряжением из-за пробоя изоляции на арматуру и нарушения заземления опоры. Магнитный датчик М (рис. 21) с конденсаторами / образует резонансный контур, настроенный на частоту 250—550 Гц и включенный на вход эмиттерного повторителя 2. Делитель напряжения 3 обеспечивает ступенчатое регулирование чувствительности устройства. Сигнал с выхода делителя подается через блок управления на вход первого транзисторного усилителя 4, на выход которого включен измерительный прибор 5.

Электрическая антенна А, представляющая собой металлическую пластину, встроенную в корпус устройства, включена через эмиттерный повторитель 6 на вход второго усилителя 7, который имеет два выхода. Выход постоянного тока воздействует на усилитель 4, увеличивая или уменьшая его коэффициент усиления при уменьшении или увеличении электрического поля в точке измерения и, следовательно, напряжения на антенне.

Выход переменного тока второго усилителя через блок управления подается на вход последних двух каскадов первого усилителя, что позволяет контролировать напряженность электрического поля в точке измерения. Блок управления включает в себя переключатель режимов работы и чувствительности устройства и кнопку включения питания.

Устройство обладает высокой чувствительностью; повышенной селективностью за счет существенного снижения зависимости показаний от изменения высоты подвеса проводов и расстояния от места измерения до оси линии; меньшей зависимостью показаний от изменений переходного сопротивления в месте замыкания в процессе поиска; удобствами в эксплуатации за счет упрощения управления, уменьшения размеров и массы, наличия встроенной антенны. Устройство «Зонд» предназначено для отыскания мест замыканий на землю на воздушных линиях напряжением 6—20 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью. Работа устройства «Зонд» основана на принципе сравнения по фазе вектора тока одиннадцатой гармоники, имеющегося в токе нулевой последовательности, п вектора напряжения одиннадцатой гармоники, имеющегося в напряжении нулевой последовательности. Электрическая функциональная схема устройства «Зонд» приведена на рис. 22. Схема содержит усилитель напряжения А1, усилитель тока А2 и схему индикации Е. Усилитель напряжения АV состоит из эмиттерного повторителя 1, на вход которого подается напряжение нулевой последовательности, наводимое в антенне. Напряжение с выхода эмиттерного повторителя / поступает на вход резонансного усилителя 2, настроенного на частоту 550 Гц. Напряжение с выхода резонансного усилителя 2, пропорциональное нулевой последовательности одиннадцатой гармоники, поступает на апериодический усилитель 3. С выхода апериодического усилителя 3 напряжение нулевой последовательности одиннадцатой гармоники поступает на вход фазоинверсного каскада 4. На входе усилителя тока А2 находится полосовой фильтр 5, настроенный на частоту 550 Гц. К выходу полосового фильтра 5 подключен апериодический усилитель 6. Выходное напряжение, пропорциональное току нулевой последовательности одиннадцатой гармоники, поступает на делитель напряжения 7. С выхода усилителя 7 напряжение, пропорциональное току нулевой последовательности одиннадцатой гармоники, через схему коммутации 9 поступает на апериодический усилитель 8. В схему индикации Е входят схема коммутации 9, состоящая из четырех кнопок — «Земля», «Ток», «Направление», «Контроль напряжения» и тумблера «Подсвет», фазосравнивающая схема 10, измерительная схема 11 и измерительный прибор 12. В режиме работы «Земля» сигнал с выхода эмиттерного повторителя 1 через схему коммутации 9 подается на измерительную схему 11, а затем на измерительный прибор 12. В режиме работы «Ток» сигнал с выхода апериодического усилителя 8 через схему коммутации 9 подается на измерительную схему 11 и измерительный прибор 12. В режиме работы «Направление» на фазосравнивающую схему 10 поступает сигнал с выхода канала напряжения и с выхода канала тока, после чего сигнал через измерительную схему 11 подается на измерительный прибор 12. Устройство «Зонд» позволяет оценивать уровень токов одиннадцатой гармоники и контролировать наличие напряжения нулевой последовательности основной частоты 50 Гц (контролировать наличие «земли» в линии). В качестве дистанционных датчиков тока и напряжения в устройстве используются катушка на ферритовом сердечнике и штыревая антенна. Сигналы, снимаемые с датчиков, усиливаются, фильтруются, измеряются или сравниваются по фазе. В качестве индикатора в устройстве «Зонд» используется стрелочный электроизмерительный прибор типа М4205 магнитоэлектрической системы с нулем в середине шкалы. На передней панели корпуса устройства «Зонд» находятся кнопки режима работы «Ток», «Земля» и «Направление», кнопка «Контроль питания», переключатель «Усиление» и тумблер «Подсвет» .

технический электрический замыкание.