CC BY
16
УДК 621.315.1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТАВОК СИГНАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ЛОКАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Э.Ф. ХАКИМЗЯНОВ, Ю.В. ПИСКОВАЦКИЙ, Р.Г. МУСТАФИН, Д.Ф. ГУБАЕВ 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 запаздывания сигнала 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.
В настоящее время в ОАО «Сетевая компания» Республики Татарстан на 8 действующих линиях электропередачи (ЛЭП) 110 кВ установлены системы локационного контроля состояния проводов (подстанции «Кутлу-Букаш» и «Бугульма-110»). Мониторинг ЛЭП осуществляется через четырехканальный коммутатор.
Алгоритм системы мониторинга воздушной линии (ВЛ) методом локационного зондирования заключается в сравнении эталонной и текущих реакций линии на импульсный сигнал. При отсутствии дефектов или гололедных отложений на ВЛ, разность эталонной и текущих реакций будет равна нулю. В противном случае, в месте изменения волнового сопротивления ВЛ появляется разностный сигнал, по величине и форме которого можно судить о характере дефекта. При образовании гололеда на проводах происходит изменение отраженного от конца линии (или иной неоднородности) сигнала. Данные изменения условий зондирования определены как диагностические признаки образования гололеда на проводах [1]. При этом появляется дополнительная временная задержка отраженного от конца линии сигнала (Дх) и увеличивается затухание сигнала (ДЦ).
В процессе эксплуатации системы локационного контроля ЛЭП была выявлена особенность: временная задержка отраженного от конца линии сигнала изменяется в зависимости от температуры окружающей среды, что вызвано изменением физической длины линии за счет изменения температуры. Это проявляется в виде суточного изменения величины Дт. Ночью при понижении температуры окружающей среды линия укорачивается, днем при повышении - удлиняется. Пример взаимной температурной корреляции приведен на рис. 1.
На рис. 1 показаны суточные вариации значений амплитуды и (в условных единицах) и отклонений запаздывания импульсов Ат по отношению к средненедельным значениям (штриховые линии) иср. нед. = 110 ус.ед., Атср. нед = 0,272 мкс. Видно, что отклонения Ат находятся в пределах доверительных интервалов ± 0,19 мкс (пунктирные линии) для нормального распределения отклонений Ат при критерии 3о (вероятность 0,997). Отклонения Аи также в рассматриваемый период находятся в пределах доверительных интервалов ± 15 ус. ед. (± 14%), причем амплитуда уменьшается при повышении температуры окружающей среды. Величина Ат в рассматриваемый период увеличивается при повышении температуры окружающей среды 0.
© Э. Ф. Хакимзянов, Ю.В. Писковацкий, Р.Г. Мустафин, Д. Ф. Губаев Проблемы энергетики, 2012, № 11-12
ч <и
£ 100
80 0,6
0,4
0,2
0
14 ¥ * У К [V #
1
Л»
1 ( ГГ — ч — «а /= с Г- С" 7 с
40 20
I" 0 °„ -20^
-40
0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 /, час 9.08.10 10.08.10 11.08.10 12.08.10 13.08.10 14.08.10 15.08.10
Рис. 1. Суточные изменения амплитуды и отраженного импульса и его дополнительного запаздывания Ат на линии 40 300 м между подстанциями «Кутлу Букаш» и «Рыбная Слобода» в период с 9.08.10 по 15.08.10 (температура окружающей среды 0 - пунктирная линия)
В течение суток за рассматриваемый период (9.08.10-15.08.10 гг.) изменения температуры окружающей среды 0 лежат в диапазоне от 20 до 40°С. Максимальная температура дня наблюдается в полдень, минимальная температура - ночью. Из рис. 1 видно, что максимальное значение временного запаздывания составляет 0,32 мкс, минимальное - 0,19 мкс. Увеличение запаздывания импульсов в течение суток объясняется линейным удлинением проводов ЛЭП при изменении температуры окружающей среды.
Таким образом, температура приводит к физическому изменению длины линии, но при этом затухание сигнала меняется незначительно.
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 гололедных отложений на проводах.
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 А и, 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 дежурному 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 и определяется чувствительностью самого метода 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 Правил [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 задаются два значения критической толщины стенки гололедного покрытия.
Для повышения надежности срабатывания сигнализации системы раннего обнаружения гололеда к аппаратуре зондирования следует предъявлять высокие требования по чувствительности, поскольку в процессе непрерывного мониторинга состояния линии должны фиксироваться небольшие изменения амплитуды (порядка 1%).
Измеренное значение дополнительного запаздывания импульсного сигнала Дт определяется наличием гололедных образований, удлинением провода за счет температуры (вклад Дт0) и массы гололеда (вклад Дтд). Поэтому адаптивная уставка системы раннего обнаружения гололедных образований на проводах означает, что величина гололедных отложений должна рассчитываться по скорректированному времени дополнительного запаздывания импульсного сигнала Дтк0рр:
Дткорр =Ат-Дте-Дт5;
На рис. 2 показано влияние температуры окружающей среды на величину запаздывания сигнала Дте при зондировании ЛЭП напряжением 110 кВ «Кутлу Букаш-Рыбная Слобода» длиной 40,3 км (расчет производился на всю длину линии в период январь-декабрь 2010 г.). За ноль запаздывания был принят период времени с минимально низкой температурой (февраль 2010 г., —23°С). Поэтому запаздывание в другие периоды времени положительное. На рис. 3 показан график дополнительного запаздывания Атз при удлинении провода линии в пролете (расчет производился на один пролет линии) под действием массы гололеда на данном пролете, для линии марок АС-120/27, АС-150/24, АС0-330/30.
Рис. 2. Расчетное значение среднесуточного дополнительного запаздывания Ат отраженного импульса на воздушной линии 110 кВ длиной 40 300 м между подстанциями «Кутлу Букаш» и «Рыбная
Слобода» в течение 2010 года
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 при 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%).
Ах,мкс
->
IT* - —•
. - " " «0; м КС
— - —
и,00^ [
Рис. 3. Расчетное значение дополнительного запаздывания Дт5 при удлинении провода линии в пролете под действием массы гололеда на данном пролете, для линии марок АС-120/27, АС-150/24,
АСО-З3О3О
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.
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 of signal delay taking into account changes in the length of the wire under
the influence of ambient temperature (wire) fyd the weight of^gjaze deposits '"ifythe 30 40
distance.
Keywords: wire transmission lines, location system of monitoring power lines, alarm system threshold of early ice detection.
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 05 мая 2012 г.
Хакимзянов Эльмир Фердинатович - преподаватель кафедры «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» (РЗА) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 5194242. 8(927)4113395. E-mail: eig86@mail.ru.
Писковацкий Юрий Валерьевич - доцент кафедры «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» (РЗА) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 5194242.
Мустафин Рамиль Гамилович - канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» (РЗА) Казанского государственного энергетического университета (КГЭу). Тел.: 8 (843) 5194242.
Губаев Дамир Фатыхович - канд. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» (РЗА) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 5194242; 8 (843) 5194241.
