Определение места повреждения кабельной линии ... системах электроснабжения.

Определение места повреждения кабельной линии в
системах электроснабжения.
В.И. Диденко, С.Н. Шахов
(Москва, Московский энергетический Институт (Технический университет))
Одной из проблем эксплуатации кабельных линий (далее КЛ) являются
неисправности КЛ, приводящие порой не только к локальным перебоям в
энергоснабжении потребителей, но и к серьёзным авариям в энергосистемах
[1]. По данным [2, 3], отказы, связанные с неисправностями КЛ, составляют
до 40%. Экономические издержки в виде затрат на ремонт достигают 25%
от стоимости основных фондов энергетических систем [3], что показывает
необходимость сокращения этих издержек.
Хотелось бы остановиться на проблеме определения места повреждения
(ОМП) в КЛ, являющейся одной из основных задач при устранении аварии.
Предлагается следующая классификация способов ОМП в КЛ,
рассмотренных в [6-7]:
1. По величине, в которую преобразуется расстояние до места повреждения
КЛ.
1.1.
С преобразованием расстояния до места повреждения КЛ в
следующую электрическую величину:
1.1.1. Разность потенциалов;
1.1.3. Отношение сопротивлений;
1.1.2. Сопротивление;
1.1.4. Прочие.
1.2. С преобразованием расстояния до места повреждения КЛ в
следующую магнитную величину:
1.2.1. Напряженность
1.2.2. Индукция;
магнитного поля;
1.2.3. Прочие.
1.3. С преобразованием расстояния до места повреждения КЛ в
следующую неэлектрическую величину:
1.3.1. Давление;
1.3.3. Прочие.
1.3.2. Температура;
2. По методу, который используется при преобразовании расстояния до
места повреждения КЛ в измеряемую величину.
2.1. ОМП КЛ с использованием метода непосредственной оценки.
2.2. ОМП КЛ с использованием методов сравнения:
2.2.1. Метода совпадений;
2.2.3. Дифференциального метода;
2.2.2. Метода замещения;
2.2.4. Нулевого метода.
На основании предложенной классификации и анализа работ [6-7], можно
сделать вывод, что все, указанные в п. 2 методы применялись для ОМП КЛ,
кроме дифференциального метода. В докладе рассматривается возможность
разработки способа ОМП в КЛ на базе дифференциального метода
сравнения с мерой.
Задачами настоящего исследования являются разработка структурной
схемы и алгоритма реализации ОМП в КЛ на базе дифференциального
метода сравнения с мерой, анализ погрешностей предложенного способа и
его моделирование. В качестве принципа измерения был применён
локационный метод [5, 6]. Суть разработанного устройства [4] изложена
ниже.
К тестируемому кабелю подключается модернизированный локационный
измеритель неоднородностей КЛ [6]. На экране локатора отображается
рефлектограмма, соответствующая данному кабелю. Вдоль трассы КЛ
перемещается оператор, снабженный приёмником, регистрирующий
прохождение зондирующего импульса (ЗИ) локатора. Совмещая маркер,
полученную в результате регистрации прохождения ЗИ с рефлектограммой
тестируемого кабеля, получаем новую рефлектограмму с отображением
положения оператора над кабелем. Рассмотрим погрешности исходного и
предложенного способа.
Исходный способ:
1. Инструментальные погрешности до t=0,2 %;
2. Методическая погрешность определяется:
2.1. Отличием реальной скорости распространения ЗИ от принятой при
измерении и составляет s=13% [6];
2.2. Погрешность от изменения фронта отраженного импульса;
2.3. Погрешность, связанная с отличием измеренного расстояния от
расстояния вдоль трассы КЛ, =(28)% [6];
2.4. Погрешность от шумов, помех, наводок;
2.5. Погрешность отсчитывания;
Используя метод наихудших случаев, общую погрешность можно
оценить в Σ=15%.
При выборе диапазона измерения L=10 км., при погрешности Σ=10%
получаем участок трассы КЛ в 2000 м., на котором находится повреждение.
Оценим погрешность предложенного способа. После первого измерения
определяется место повреждения КЛ Х с погрешностью Σ=10%. Оператор
переходит к предполагаемому месту повреждения Х1=Х*(1-Σ) и получает
рефлектограмму с отображением маркера, соответствующего положению
оператора на трассе КЛ. Далее проводит второе измерение с точностью Σ1
=10% от первого замера, что даёт погрешность Σ1=1% от исходной
длины КЛ. При применении предлагаемого метода погрешность s
значительно уменьшится, однако остаются погрешности:
1. от изменения фронта отраженных импульсов;
2. от задержки импульса, наведенного в приемной катушке относительно
ЗИ в месте нахождении оператора;
3. связанная с отличием длины КЛ и длины трассы КЛ;
4. погрешность отсчитывания.
Аналитический расчет влияния задержки длительности фронтов сложен
ввиду сложной формы импульса, поэтому для расчета применялась
программа Pspice. Для исследования предложенного метода с помощью
программы Pspice на ПК х86 был предложен переход от представления
кабельной линии как схемы с распределёнными параметрами к цепной
схеме с сосредоточенными параметрами (рис.1). Для регистрации в КЛ в
схему замещения был введен датчик зондирующего импульса. В результате
была получена модель кабельной линии с датчиком регистрации
зондирующего импульса (рис.2). Для моделирования были взяты параметры
кабельной линии и датчика регистрации зондирующего импульса, которые
использовались в физическом эксперименте: R= 0.497 Ом, L= 303,6 mH, C=
4.234 nF, Lкат=500 mH, Ксв= 0,01, n= 5, 10, 20, 50. На вход цепи подавалось
прямоугольное напряжение с параметрами, соответствующими параметрам
зондирующих импульсов промышленных локационных измерителей
неоднородностей. Для проверки достоверности моделирования задержка
определялась как с помощью моделирования программой Pspice, так и
аналитическим способом на синусоидальном входном сигнале.
Результаты моделирования позволили:
 Выявить необходимое количество элементарных цепочек модели КЛ;
 Выявить
зависимость
изменения
задержки
и
амплитуды
зондирующего импульса в зависимости от таких параметров
кабельной линии как емкость, индуктивность, продольное
сопротивление, индуктивность приемной катушки.
Была проведена экспериментальная проверка предложенного способа.
Результаты эксперимента подтвердили достоверность моделирования с
использованием программы Pspice, что позволяет применять эту
программу для моделирования ОМП КЛ.
Рис.2.
Рис.1.
Для снижения рассмотренных выше погрешностей может быть
использован модифицированный способ, отличающийся тем, что оператор
фиксирует не только момент прохождения зондирующего импульса, но и
момент прохождения отраженного импульса.
1. В процессе проделанной работы была предложена естественная
квалификация способов определения места повреждения кабельной линии.
2. С помощью классификации был предложен неизвестный ранее
способ, основанный на дифференциальном методе сравнения с мерой при
использовании локационного принципа
3. Проведен анализ и пути уменьшения погрешностей предложены
предложенного способа.
4. Проведен физический и машинный эксперимент совместно с
аналитическим расчетом.
Литература.
1. Auckland central business district power failure. /Leyland B.//Power Eng.
J..1998.-т.12,N 3.-C. С. 109-114
2. Непомнящий В.А. Экономические проблемы повышения надёжности
электроснабжения. Ташкент. «ФАН» УССР.1985г.
3. Афанасьев
Н.А..,
Юсипов
М.А.
Система
ТОР
ЭО.
М.Энергоатомиздат.1989г.
4. А.с. №25097 Устройство определения места повреждения кабелей
линий электропередачи и связи с помощью маркера./Диденко В.И.,
Шахов С.Н./бюл.№ 25 10.09.2002г.
5. [Определение места повреждения силового кабеля высокого
напряжения с помощью локатора с цифровой индикацией]. //Мицубиси
дэнсэн коге дзихо.-1990.-N 79.
6. Техническое описание электротехнической лаборатории «ROBOTRON
ЭТЛ-70кВ». Дрезден 1989г.
7. Совершенствование технических средств для определения мест
повреждения в кабельных линиях напряжением 6-10 кВ. Кислинский
С.П. Автореферат диссертации на соискание уч. Ст. к.т.н. М. 1994г.