Диагностические модели распределительных сетей

При эксплуатации воздушных линий 10–35 кВ, к которым подключены силовые трансформаторы, можно выделить два характерных случая нарушения работоспособности: дефекты в изоляции ВЛ и дефекты в трансформаторах (оборудовании подстанции). Наименее надежными элементами ВЛ с железобетонными и металлическими опорами являются изоляторы и провода, а из оборудования – силовые трансформаторы в ТП, КТП, ЗТП. Из литературных источников также известно, что при появлении начальных дефектов до пробоя (частичные разряды) и при пробое изоляции в проводах ВЛ появляются ВЧ колебания.

Наибольший интерес для диагностирования представляют те спектры колебаний, которые несут полезную информацию о состоянии изоляции. В каждом случае частота колебательного процесса вызвана колебаниями на собственной частоте элементов линий или трансформатора, в котором происходят возмущения.

Рассмотрим случай – дефект в изоляции линий. Схема дефектного изолятора на линии 10–35 кВ показана на рис.15.23. При разряде в дефектной изоляции возникают серии импульсов, распространяющиеся вдоль ЛЭП в обе стороны от источника разряда и воздействующие на ближайший трансформатор. Эквивалентная схема этой линии по высокой частоте представляет собой параллельный контур с сосредоточенными параметрами.

Формирование разряда в дефектном изоляторе ВЛ происходит по причине резкого изменения тока, поэтому из-за ударного возбуждения в самом трансформаторе, находящемся вблизи дефектного изолятора (источника разряда), возникают колебания, которые с меньшим затуханием, чем импульс разряда дефектного изолятора, распространяются по ЛЭП и достигают районной подстанции. Для целей диагностирования интерес представляет форма возникшего колебания и его частота.

При рассмотрении колебательных процессов и составлении эквивалентной схемы распределительной сети с дефектным изолятором вводят некоторые упрощения, после чего эквивалентная схема принимает вид, приведенный на рис.15.24.

Для рассматриваемой схемы ток разряда в дефектном изоляторе определяется: входной емкостью шин ТП, емкостями вводов трансформатора С, обмоток ВН, НН и воздушной линии С_л, а также волновым сопротивлением линии и двух фаз трансформатора, индуктивностью обмоток ВН и НН, межвитковой емкостью обмоток ВН и НН трансформатора, емкостью обмоток трансформатора на землю и напряжением на входной емкости трансформатора. Все процессы рассматриваются относительно земли.

По параметрам эквивалентной схемы, учитывающей влияние волнового сопротивления линий на частоту колебаний переходного процесса в трансформаторе, по заданным значениям сосредоточенных параметров цепи можно рассчитать частоту колебаний, начальную амплитуду и скорость затухания. Частоты собственных колебаний в системе "Линия электропередачи – трансформатор – линия" применительно к рис.15.24. определяются следующим образом:

(15.4)

Значение суммарной емкости определяется зависимостью:

С = 2/3 (С₁+С₁₂) + С_t,

где С₁ – емкость обмотки на землю; С₁₂ – емкость между обмотками, отнесенная к высоковольтной обмотке; С_t – дополнительная входная емкость фазы на землю, обусловленная оборудованием подстанции.

Величина волнового сопротивления фазы с дефектами изоляции оценивается формулой:

Z₂ = 1/2Z₁ + 4/3(Z₂/n²),

где Z₂ – волновое сопротивление фазы со стороной НН; n – отношение линейных напряжений.

По формуле (15.4) оценивается диагностический параметр для системы "Линия–трансформатор–линия" при наличии дефектного изолятора в линии 10–35 кВ. При дефектной изоляции в линии появляются высокочастотные колебания в широком диапазоне частот.

Другим наиболее повреждаемым элементом ВЛ является провод. Характерная причина повреждения – обрыв с последующим падением на землю, а сопутствующее явление – однофазное замыкание на землю. Длительность поиска места замыкания на землю существующими правилами эксплуатации не нормируется. При перемежающихся дуговых замыканиях на землю дуга периодически гаснет и вновь загорается, что вызывает в ВЛ многократные переходные процессы и появление в них (в проводах ВЛ) спектра ВЧ колебаний со значительным уровнем. Появляются спектры токов нулевой последовательности, описываемых уравнением:

, (15.5)

где ; – напряжение на поврежденной фазе в месте замфкания в момент, предшествующий повреждению; , – моменты загорания и гашения дуги; – входное сопротивление комплексной схемы замещения сети в результате замыкания.

Спектр тока в начале поврежденной линии в поврежденной фазе (например, на фазе А) и спектры линейных напряжений на шинах подстанции определяются выражениями:

;

где , , , – проводимости и сопротивления прямой и нулевой последовательности сетей относительно места повреждения; , – проводимости прямой и нулевой последовательности неповрежденной части сети; R – переходное сопротивление в месте овреждения; Z_C1, Z_C0, , – волновые сопротивления и коэффициенты цепей прямой и нулевой послевователшьности линий.

Таким образом, перемежающиеся дуговые замыкания вырабатывают источник информации, характерный для них: в диапазоне частот 1–10 кГц уровень помех в 20–50 раз превышает помехи в нормальном режиме работы сети. Место замыкания и мощность питающего трансформатора 35/10 кВ не влияют на уровни спектров амплитуд токов и напряжений, а при увеличении переходного сопротивления снижается уровень спектра амплитуд тока. Спектр напряжения не зависит от его величины.