CC BY
26
УДК 621.315.175
АДАПТИВНАЯ УСТАВКА СИГНАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ РАННЕГО ОБНАРУЖЕНИЯ ГОЛОЛЕДА НА ПРОВОДАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ МЕТОДОМ ЛОКАЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ
Э.Ф. ХАКИМЗЯНОВ, Д.Ф. ГУБАЕВ, С.Н. Зарипова Казанский государственный энергетический университет
В работе предлагается методика выбора адаптивной уставки сигнализации локационной системы раннего обнаружения гололеда на проводах линий электропередачи. Адаптивность заключается в коррекции уставок с учетом изменения длины провода под действием температуры окружающей среды (провода) и веса гололедных отложений в пролете.
Ключевые слова: провода линии электропередачи, локационная система мониторинга линии электропередачи, уставка сигнализации системы раннего обнаружения гололеда.
Алгоритм системы мониторинга воздушной линии (ВЛ) методом локационного зондирования заключается в сравнении эталонной и текущих реакций линии на импульсный сигнал. При отсутствии повреждений или дефектов ВЛ разность контролируемых рефлектограмм (графическое представление реакции линии) будет равна нулю. В противном случае, в месте изменения волнового сопротивления ВЛ появляется разностный сигнал, по величине и форме которого можно судить о характере повреждения. При возникновении предаварийного режима к которому в частности, относится образование гололеда на проводах, происходит изменение координаты отраженного от конца линии сигнала. Данные изменения условий зондирования определены как диагностические признаки образования гололеда на проводах [1]. При этом появляется временная задержка («кажущееся» удлинение линии) и увеличивается затухание сигнала.
В процессе эксплуатации системы локационного контроля действующей ВЛ 110 кВ «Кутлу Букаш-Рыбная Слобода» длиной 40,3 км была выявлена особенность: координата отраженного от конца линии сигнала изменяется в зависимости от температуры окружающей среды, что приводит к изменению физической длины линии. Это проявляется в виде суточного изменения величины запаздывания Дт. Ночью при понижении температуры окружающей среды линия укорачивается, днем при повышении - удлиняется. Запаздывание импульсных сигналов в течение суток объясняется линейным удлинением проводов ВЛ при изменении температуры окружающей среды.
Высокая влажность, туман, образование гололеда на проводах также приводит к появлению временной задержки распространения и увеличению затухания сигнала. Данное явление обусловлено, в первую очередь, изменением емкости системы «провод-земля». В работах [2, 3] рассмотрено влияние гололедных образований на условия распространения ВЧ сигналов в ВЛ, предложен алгоритм определения параметров гололедных отложений (толщины стенки, длины покрытия) по результатам измерений амплитуды и задержки отраженного от конца линии сигнала. Физическое удлинение линии возможно и под действием массы гололеда на проводах.
© Э. Ф. Хакимзянов, Д. Ф. Губаев, С.Н. Зарипова Проблемы энергетики, 2012, № 3-4
Для более точного расчета уставок сигнализации системы локационного контроля гололедных отложений необходимо определить границу нормального колебания длины линии при изменении температуры от изменения длины линии под воздействием гололедных нагрузок. Для решения поставленной цели предлагается разработать алгоритм выбора адаптивной уставки системы раннего обнаружения гололеда на проводах с контролем температуры провода, температуры окружающей среды, влажности. При этом уставка выбирается по двум критериям: время запаздывания сигнала Дт, затухание сигнала AU, из которых будут определяться параметры гололедных отложений. Предлагается ввести понятия уставок предупредительной (I) и тревожной (II) ступени сигнализации. При достижении уставок сигнализации выдается звуковой сигнал персоналу подстанции и диспетчеру сетей.
I ступень сигнализации системы раннего обнаружения гололедных отложений на ВЛ должна предупреждать персонал подстанции о начале процесса образования гололедных структур на проводах. Так, чувствительная толщина стенки гололеда определяется спецификой обработки рефлектограмм системы локационного зондирования и равна 3 мм.
II ступень сигнализации системы раннего обнаружения гололедных отложений на ВЛ должна реагировать на параметры запаздывания и затухания сигнала, соответствующие нормативной толщине стенки гололеда, определенной из [4] с учетом района по гололеду на 1 пункт ниже действительного.
Измеренные значения запаздывания и затухания локационного сигнала анализируются и по методике, предложенной в [3], переводятся в значения толщины стенки и длины покрытия гололедного образования. С учетом требований к уставкам задается два значения критической толщины стенки гололедного покрытия.
Для повышения точности расчетов параметров гололедных образований, а следовательно и контроля уставок сигнализации к аппаратуре зондирования следует предъявить высокие требования по чувствительности, поскольку в процессе непрерывного мониторинга состояния линии должны фиксироваться небольшие изменения амплитуды (порядка 1%).
С учетом влияний температуры Atq и массы гололеда Дт5 на физическое удлинение провода, адаптивная уставка системы раннего обнаружения гололедных образований на проводах определяется:
- I ступень (предупредительная сигнализация):
Лтпредупр = Лт - ЛтЭ - Лт8 '
- II ступень (тревожная сигнализация):
Аттрев = Ат - Ат6 - Ат5 ,
где Дт - измеренное значение дополнительного запаздывания импульсного сигнала.
Так, в наиболее вероятный для образований гололеда осенне-весенний период времени года, запаздывание сигнала, обусловленное физическим удлинением провода под действием температуры (ВЛ 110 кВ «Кутлу Букаш-Рыбная Слобода»), равно 0,12 мкс, что в случае отсутствии температурной компенсации запаздывания привело бы к определению неверного значения параметров гололедных отложений и срабатыванию одной из ступеней сигнализации. Расчет изменения длины линии под действием температуры проводится по методике [5]. Изменением длины линии под действием веса гололедных отложений можно пренебречь ввиду малого значения относительного удлинения линии (менее 1%).
© Проблемы энергетики, 2012, № 3-4
Таким образом, предложен принцип выбора адаптивной уставки системы раннего обнаружения гололеда на проводах локационным методом. Адаптивность метода заключается в коррекции уставок с учетом температуры окружающей среды (при нагруженных линиях - температуры провода) и учете изменения длины линии под действием веса гололедных отложений.
Авторы выражают благодарность сотрудникам кафедры «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» профессору Минуллину Р.Г., доценту Мустафину Р.Г. и Писковацкому Ю.В.
Summary
This paper proposes a method for selecting an adaptive setpoint of alarm location system of early ice detection on the overhead electricity transmission. Adaptability is the correct setting, adjusting the length of wire under the influence of ambient temperature (wire) and the weight of glaze deposits in the bay.
Key words: wire transmission lines, location system for monitoring power lines, setting of alarm system for early detection of ice.
Литература
1. Минуллин Р.Г., Губаев Д.Ф. Критерии и индикаторы обнаружения гололеда на линиях электропередачи при локационном зондировании // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Серия «Информатика. Телекоммуникации. Управление». С-Пб, 2009, №4 (82). С. 191-197.
2. Хакимзянов Э.Ф., Минуллин Р.Г., Мустафин Р.Г. Математическая модель задержки и затухания высокочастотных сигналов в линиях электропередачи с гололедными образованиями // Энергетика Татарстана. 2011, №2, С. 24-28.
3. Хакимзянов Э.Ф., Минуллин Р.Г. Расчет влияния гололедных образований на условия распространения импульсных сигналов по проводам линий электропередачи // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2011, №9-10, С. 167-172.
4. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. - М.: Юрайт-Издат, 2007. 399 с.
5. Кесельман Л.М. Основы механики воздушных линий электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 1992. 352 с.
Поступила в редакцию 07 февраля 2012 г.
Хакимзянов Эльмир Фердинатович - преподаватель кафедры «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» (РЗА) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-42, 8-927-4113395. E-mail: eig86@mail.ru.
Губаев Дамир Фатыхович - канд. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» (РЗА) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-42, 8 (843) 519-42-41.
Зарипова Сирена Наилевна - канд. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Энергообеспечение предприятий агропромышленного комплекса» Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
© Проблемы энергетики, 2012, № 3-4
