ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ НА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ 220 КВ С УЧЕТОМ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ХАРАКТЕРА ПАРАМЕТРОВ ЛИНИИ

​DETERMINATION OF THE DAMAGE LOCATION ON THE 220 KV OVERHEAD LINES, TAKING INTO ACCOUNTS THE DISTRIBUTED NATURE OF THE LINE PARAMETERS

Irina Barkhatova

Student, Department of Power Supply and Electrical Engineering, Irkutsk State Technical University,

Russia, Irkutsk

АННОТАЦИЯ

Исследование методики определения места повреждения на многопроводной ЛЭП. В основе методики, учитывающей распределенный характер параметров линии, использовано численное интегрирование для телеграфных уравнений, моделирующих электромагнитные процессы в линии. Полученные результаты показывают, что метод позволяет определять место всех видов КЗ, для линий любых напряжений и длин, при этом не чувствителен к переходному сопротивлению КЗ.

ABSTRACT

Investigation of the methodology for determining the location of damage on a multi-wire power transmission line. The technique, which takes into account the distributed nature of the line parameters, is based on numerical integration for telegraphic equations modeling electromagnetic processes in the line. The results obtained show that the method allows you to determine the location of all types of short circuits, for lines of any voltage and length, while it is not sensitive to the transient resistance of a short circuit.

Ключевые слова: воздушные линии электропередачи; определение мест коротких замыканий на воздушных линиях; короткое замыкание, распределенные параметры.

Keywords: overhead power lines; determination of short circuit locations on overhead lines; short circuit, distributed parameters.

Одним из способов повысить точность определения местоположения повреждения (ОМП) на магистральных, а также сверхдальних воздушных линиях электропередачи высокого, а также сверхвысокого напряжения (220-750 кВ), является учет распределенных параметров линий.

Для повышения точности ОМП режим двухцепной линии с учетом различия продольных и поперечных параметров наиболее полно можно описать дифференциальными (телеграфными) уравнениями [1–3].

Но полученные дифференциальные уравнения для двухцепных трёхфазных воздушных линиях могут быть применены только по отдельности к прямой, обратной и нулевой последовательности схемы замещения воздушной линии. Однако при этом в ОМП вносится методическая погрешность, обусловленная усреднением параметров линии. Подкрепляя вышесказанное, например, длинная трехфазная линия обычно принимается симметричной и описывается дифференциальными уравнениями только на одну фазу в симметричных составляющих. Для подобных уравнений существует аналитическое решение. Известны методы определения места повреждениях на длинных воздушных линиях, которые представлены в схемах замещения прямой, обратной и нулевой последовательностях [4].

Аналитическое решение системы дифференциальных уравнений [5] для трехфазной двухцепной ЛЭП является большой и малопригодной задачей на практике.

Однако, при повреждениях в линиях, как правило, существует режим гармонических колебаний, что позволяет применить для решения символический метод анализа [6]. Так как комплексные амплитуды напряжения и тока не зависят от времени, то и вид телеграфных уравнений существенно упрощается:

                                      (1)

Решать данные уравнения можно методом численного интегрирования [5, 6]. С учетом этого разработан алгоритм расчетного ОМП, в котором модель линии представлена участками определенной длины.

Для этого была разработана математическая модель двухцепной трехфазной линии для определения места повреждения в фазных координатах. В каждом участке учтены: собственные сопротивления проводов, сопротивления взаимоиндукции между каждыми проводами, емкостные сопротивления между каждым проводом и «землей», а также емкостные сопротивления между проводами. Пример трехфазной двухцепной ЛЭП представлен на рисунке 1. Далее, в соответствии с измеренными при кротком замыкании напряжениями и токами на концах воздушной линии, а также в соответствии с известными погонными продольными и поперечными параметрами линии, определяется место повреждения на линии с помощью построения графиков пошагового измерения напряжения от одного конца линии к другому концу. В этом случае напряжение в конце каждого участка линии, длину которого можно задать любой, вплоть до пролетов между опорами, определяется как разница между напряжением в начале участка и падением напряжения на участке, представленным П-образной схемой замещения. При этом токи в проводах на конце участка определяются как разница между токами в начале участка и токами в поперечных проводимостях линии.

Рисунок 1. Модель трехфазной двухцепной ЛЭП с КЗ на фазе А1 для ОМП

Рассмотрим на примере трехфазной двухцепной линии. Формируем модель линии в виде значений продольных и поперечных параметров шести участков i-j схемы замещения шестипроводной линии в следующем виде:

                                                (2)

                                                   (3)

– значения собственных и взаимных продольных сопротивлений проводов участка i-j схемы замещения двухцепной трехфазной линии, Ом;

– значения собственных и взаимных поперечных емкостных проводимостей проводов участка i-j схемы замещения двухцепной трехфазной линии, Сим.

Значения собственных и взаимных сопротивлений проводов определяются по общеизвестным выражениям [7]. Значения емкостных проводимостей проводов на «землю» и взаимных емкостных проводимостей между проводами определяются по общеизвестным выражениям [8].

Вводим все рассчитанные параметры двухцепной воздушной линии в программу расчета режимов в фазных координатах и получаем следующие результаты (см. рисунок 2).

Рисунок 2. Напряжения на линии без КЗ

Далее в программе задаем точку короткого замыкания. В данном примере точкой короткого замыкания является узел 115, что соответствует однофазному короткому замыканию на землю в фазе А1 двухцепной трёхфазной линии.

Рисунок 3. Напряжения на линии при моделировании КЗ в фазе А1

На рисунке 3 отчетливо видно, как снизилось напряжение U’a на фазе А1 на 15 участке двухцепной трехфазной линии, и как короткое замыкание на этой фазе повиляло на напряжения в других фазах, что обусловлено взаимоиндукцией.

Результаты измеренных при КЗ значений напряжений на шинах и токов в проводах с двух концов линии показаны в таблице на рисунке 4 в качестве исходных данных для программы ОМП.

Рисунок 4. Результаты значений напряжений и токов при КЗ с двух концов ЛЭП

Двухцепная трехфазная ЛЭП в программе ОМП задана матрицами продольных сопротивлений, сопротивлений взаимоиндукции и емкостными проводимостями (см. рисунки 5, 6).

Рисунок 5. Матрица продольных сопротивлений и сопротивлений взаимоиндукции, заданная в качестве исходных данных

Рисунок 6. Матрица емкостных проводимостей, заданная в качестве исходных данных

В результате расчета получены графики изменения модулей напряжений вдоль ЛЭП. На рисунке 7 показаны графики изменения модулей напряжений.

Рисунок 7. График изменения модулей напряжений в проводе фазы А1

Рисунок 8 Увеличенный график изменения модулей напряжений в проводе фазы А1

Точке КЗ соответствует точка пересечения графиков изменения  модулей напряжений вдоль ЛЭП. Пересечение соответствует расстоянию 150 км от левого края ЛЭП, что соответствует условиям моделирования КЗ на модели рисунок 1.

Графики изменения модулей напряжений в других проводах ЛЭП также показывают место КЗ.

Результаты расчетов показывают высокую точность определения места повреждения. На графиках (см. рисунок 3) показано, что место повреждения для КЗ на лабораторной модели шестипроводной линии определено практически без погрешности.

Полученные результаты показывают, что метод позволяет определять место всех видов КЗ, для линий любых напряжений и длин, при этом не чувствителен к переходному сопротивлению КЗ.

Линия может быть как одноцепная, двухцепная, так и много цепная, в том числе и мультифазная, причем цепи и провода могут быть разных напряжений. В предлагаемом методе не требуется выполнять синхронизацию измеренных при КЗ величин токов и напряжений по концам линии.

Полученные результаты позволяют говорить о методе, который не имеет методических погрешностей, позволяет с высокой точностью определять место повреждения.

Точность ОМП зависит только от точности измерения токов и напряжений, а также от точности задания параметров схемы замещения линии.

Список литературы:

1. Бутковский А.Г. Характеристики систем с распределенными параметрами. М.: Наука. 1979. – 224 с.
2. В.И. Смирнов Курс высшей математики, Т.2.: Изд-во "Наука". 1974.  – 479 с.
3. Вершинин Е.А., Трофимов С.Н. Два метода исследования проводных структур. – Кемерово: Издательство КГУ.
4. Висящев А.Н., Устинов А.А. Односторонний метод определения места повреждения с учетом емкостной проводимости. Материалы Всероссийской НПК «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири» - Иркутск: Изд-во ИрГТУ. – 2006.
5. Тигунцев С.Г., Маточкин С.Н., Осак А.Б. Определение мест коротких замыканий на длинных линиях электропередачи с учетом распределенного характера параметров линий. Вестник Иркутского государственного технического университета, Издательство: Иркутский государственный технический университет (Иркутск) ISSN: 1814-3520. - 2016. - №7 (114). - С. 141-150.
6. Тигунцев С.Г. Способ определения места короткого замыкания на многоцепной с грозозащитными тросами трехфазной воздушной линии электропередачи с распределенными параметрами, патент RU №2623180, Опубликовано: 22.06.2017 Бюл. №18.
7. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в энергетических системах, изд-во Энергия, 1970г., с 293.
8. Висящев А.Н. Приборы и методы определения места повреждения на линиях электропередачи: Учебное пособие. – Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2001, ч.2.