Устройство защиты, измерения, диагностики и управления линий передач

Устройство защиты, измерения, диагностики и управления линий передач относится к области электротехники, а именно, к устройствам защиты от перенапряжений, контроля изоляции, диагностики и управления линий передач классов напряжения (6÷750) кВ соответственно с изолированной, компенсированной частично или заземленной нейтралью. Технической задачей предлагаемого технического решения является создание устройства, обеспечивающего повышенную защищенность линий передач при возникновении КЗ или обрыва провода. Технический результат заявленного технического решения заключается в повышении надежности линий передач за счет использования функций релейной защиты и автоматики коммутационного модуля и модуля релейных защит. При возникновении КЗ на участке линии передачи или обрыва провода, когда учет числа срабатываний АПВ и характерных токов в цепи ограничителя перенапряжений и управляемого разрядника, позволило получить статистику перенапряжений, определить ресурс предложенного устройства, а также возможность произвезти замену элементов, не допуская их выхода из строя, что способствует повышению надежности линий передач за счет использования функций релейной защиты и автоматики коммутационного модуля и модуля релейных защит.

Предложение относится к области электротехники, а именно, к устройствам защиты от перенапряжений, контроля изоляции, диагностики и управления линий передач классов напряжения (6+750) кВ соответственно с изолированной, компенсированной частично или заземленной нейтралью.

Устройство предназначено для контроля линейной изоляции, защиты от перенапряжений с помощью ограничителя перенапряжений (ОПН), зашунтированного управляемым разрядником (УР), контроля срабатывания и ресурса ОПН и УР, определение места повреждения (ОМП) провода, линейной изоляции, ОПН и УР. Устройство предназначено для комплексной проверки состояния линейной изоляции, защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений, контроля обрыва и короткого замыкания (КЗ) провода, а также управления режимом передачи при возникновении КЗ.

Известны реклоузеры вакуумные например, производства ОАО «Таврида Электрик», предназначенные для коммутации воздушных линий электропередачи преимущественно среднего класса напряжений.

Известен реклоузер (патент RU 2142187 C1, МПК: H02B 13/00, опубликован 27.11.1999) [1], включающий в себя вакуумный выключатель, контактные выводы которого выполнены в виде токовых вводов реклоузера, трансформаторы тока проходного типа, укрепленные на токовых вводах. Все перечисленные составляющие имеют прозрачную сплошную твердую изоляцию и располагаются в защитном металлическом корпусе. Токовые вводы соединяются с изолированными проводами посредством цанговых зажимов и защищаются от воздействия окружающей среды резиновой изоляцией. Нижняя часть корпуса выполнена из пуленепробиваемого стекла (прозрачного) типа LEXAN

Недостатками устройства являются недостаточная защита от перенапряжений, отсутствие контроля изоляции и диагностики входящих в его состав устройств, применение лишь в линиях передачи с изолированной нейтралью до 35 кВ.

Наиболее близким решением (прототипом) к предлагаемому техническому решению является «Устройство защиты, измерения, диагностики линий передач» (патент RU 124850 U1, МПК: H02H 9/06, опубликован 10.02.2013) [2], в котором устройство защиты, измерения, диагностики линий передач, содержащее установленный между заземленной опорой и проводом блок линейного изолятора и установленный на опоре микропроцессорный терминал с блоком питания, выполненные с возможностью размещения на проводе датчиков тока и напряжения, связанных с входами микропроцессорного терминала. Микропроцессорный терминал выполнен с дополнительным входом, связанным синхроимпульсами от системы GPS, а его вход и выход выполнены с возможностью связи с входом установленного на диспетчерском пункте удаленного процессора посредством Ethernet, блок линейного изолятора выполнен с датчиком тока и блоком грозозащиты, содержащим параллельно соединенные ограничитель перенапряжений с датчиком тока и управляемый разрядник с датчиком тока. Ограничитель перенапряжений содержит соединенные последовательно диски нелинейных сопротивлений. Выводы дисков ограничителя перенапряжений соединены с управляющими электродами управляемых разрядников, а выходы каждого из упомянутых датчиков соединены с входами микропроцессорного терминала.

Недостатками указанного устройства являются отсутствие функции отключения участка линии передачи при возникновении на нем КЗ.

Технической задачей предлагаемого технического решения является создание устройства, обеспечивающего повышенную защищенность линий передач при возникновении КЗ или обрыва провода.

Технический результат заявленного технического решения заключается в повышении надежности линий передач за счет использования функций релейной защиты и автоматики коммутационного модуля и модуля релейных защит.

Поставленная задача решается благодаря тому что, устройство защиты, измерения, диагностики и управления линий передач, содержащее установленный между заземленной опорой и проводом блок линейного изолятора и установленный на опоре микропроцессорный терминал с блоком питания, выполненные с возможностью размещения на проводе датчиков тока и напряжения, связанных с входами микропроцессорного терминала. Микропроцессорный терминал выполнен с дополнительным входом, связанным синхроимпульсами от системы GPS, а его вход и выход выполнены с возможностью связи с входом установленного на диспетчерском пункте удаленного процессора посредством Ethernet, блок линейного изолятора выполнен с датчиком тока и блоком грозозащиты, содержащим параллельно соединенные ограничитель перенапряжений с датчиком тока и управляемый разрядник с датчиком тока. Ограничитель перенапряжений содержит соединенные последовательно диски нелинейных сопротивлений. Выводы дисков ограничителя перенапряжений соединены с управляющими электродами управляемых разрядников, а выходы каждого из упомянутых датчиков соединены с входами микропроцессорного терминала. Представленное устройство снабжено коммутационным модулем и модулем релейных защит. Коммутационный модуль выполнен в виде вакуумного выключателя, который размещен на проводе и соединен с выходом модуля релейных защит. Одним выводом модуль релейных защит соединен с микропроцессорным терминалом, а двумя другими выводами соединен с датчиками, тока и напряжения установленными на проводе.

- В предложенном устройстве защиты, измерения, диагностики и управления линий передач, датчик тока, установленный на проводе, датчик тока блока линейного изолятора, датчик тока ограничителя перенапряжений и датчик тока управляемого разрядника, выполнены в виде катушек Роговского.

- В предложенном устройстве датчик напряжения установленный на проводе выполнен в виде металлопленочных конденсаторов.

Микропроцессорный терминал снабжен счетчиком электроэнергии и показателем качества электроэнергии. Выходы терминала, связанные с процессором диспетчерского пункта, выполнены с возможностью включения в основную радиальную центральную измерительную систему (ЦИС).

Заявленное техническое решение поясняется рисунком (фиг.), где изображена схема устройства для одной фазы линии передачи.

В состав устройства входит:

1. Заземленная опора линии передачи;

2. Провод;

3. Блок линейного изолятора;

4. Ограничитель перенапряжений;

5. Управляемый разрядник;

6. Датчик тока, установленный на проводе;

7. Датчик напряжения, установленный на проводе;

8. Датчик тока блока линейного изолятора;

9. Датчик тока ограничителя напряжений;

10. Датчик тока управляемого разрядника;

11. Блок питания;

12. Микропроцессорный терминал.

13. Коммутационный модуль;

14. Модуль релейных защит.

В устройство входит заземленная опора линии передачи 1, на которой закреплен провод 2, между заземленной опорой линии передачи 1 и проводом 2 установлены параллельно соединенные блок линейного изолятора 3 и блок грозозащиты, представленный в виде параллельно соединенных ограничителя перенапряжений 4 и управляемого разрядника 5. Ограничитель перенапряжений 4 содержит соединенные последовательно диски нелинейных сопротивлений, при этом вывод ограничителя перенапряжений соединен с управляющим электродом управляемого разрядника 5. Датчик тока 6 и датчик напряжения 7 установлены на проводе 2. На блоке линейного изолятора 3 установлен датчик тока блока линейного изолятора 8, на ограничителе перенапряжений 4 закреплен датчик тока ограничителя перенапряжений 9, на управляемом разряднике 5 зафиксирован датчик тока управляемого разрядника 10. Блок питания 11 подключен к микропроцессорному терминалу 12, установленному на заземленной опоре линии передачи 1. Датчики тока, установленный на проводе 6, блока линейного изолятора 8, ограничителя перенапряжений 9, управляемого разрядника 10, и датчик напряжения установленный на проводе 7 соединены с входами микропроцессорного терминала 12. Микропроцессорный терминал 12. В рассечку провода 2 включен коммутационный модуль 13, а на заземленной опоре линии передачи 1 закреплен модуль релейных защит 14.

Устройство защиты, измерения, диагностики и управления линий передач работает следующим образом:

При нормальной работе линий передач ток и напряжение в проводе не превышают нормативного значения соответствующих уставок от датчиков, тока 6 и напряжения 7, установленных на проводе. Если ток датчика тока установленного на проводе 6 снижается до нуля или близкого к нему значения, а напряжение датчика напряжения установленного на проводе 7 равно или близко к исходному значению, устройство через микропроцессорный терминал 12 выдает сигнал об обрыве провода.

Если ток в датчике тока установленного на проводе 6 превысил нормативное значение уставки, а напряжение от датчика напряжения, установленного на проводе 7, снизилось до нуля или близкого к нему значения, то возникает режим КЗ провода на данной опоре или пролете линии передачи.

При превышении нормативного значения уставки тока от датчика тока установленного на проводе 6 модуль релейной защиты 14 выдает сигнал на отключение коммутационного модуля 13. Через интервал времени, определяемый значением нормативной уставки АПВ (автоматическое повторное включение), осуществляется повторное включение коммутационного модуля 13 (цикл повторяется до трех раз).

В случае, если ток от датчика тока установленного на проводе 6 превысил нормативное значение уставки, то считается, что КЗ носит устойчивый характер и коммутационный модуль 13 отключает участок линии передачи, а микропроцессорный терминал 12 на основании сигналов с датчиков, тока 6 и напряжения 7, установленных на проводе, выдает сообщение на диспетчерский пульт.

Если ток в блоке линейного изолятора 3 от датчика тока блока линейного изолятора 8 превысил нормативный ток уставки (утечки), то микропроцессорным терминалом 12 фиксируется повреждение линейной изоляции на определенной опоре и передается сообщение на удаленный диспетчерский пункт. Если завышенный ток от датчика тока блока линейного изолятора 8 поступает с разных опор линии передачи, что соответствует изменению атмосферных условий окружающей среды (коронирование при дожде, гололеде и др.), то это позволяет диспетчеру снизить мощность на линии передачи, не допуская ее перегрузки и отключения потребителей.

Появление тока в датчике тока ограничителя перенапряжений 9 выше нормативного значения уставки ограничителя перенапряжений 4 (обычно свыше 10 мА) фиксируется счетчиком срабатывания коммутационных перенапряжений с одновременной регистрацией электронным осциллографом в составе микропроцессорного терминала 12.

Появление тока управляемого разрядника 5 через датчик тока управляемого разрядника 10 фиксируется микропроцессорным терминалом 12 и модулем релейных защит 14, причем выходной сигнал последнего отключает коммутационный модуль 13 с последующим циклом АПВ. Число срабатываний и характер токов в цепи ограничителя перенапряжений 4 и управляемого разрядника 5 позволяет, получить статистику перенапряжений, определить ресурс предложенного устройства и производить замену элементов, не допуская их выхода из строя.

Сигналы от датчиков тока, блока линейного изолятора 8, ограничителя перенапряжений 9 и управляемого разрядника 10, носят статистический характер и не приводят к срабатыванию модуля релейной защиты 14 и коммутационного модуля 13.

Сигналы от датчиков, тока 6 и напряжения 7, установленных на проводе передаются через Ethernet на удаленный диспетчерский пункт и сравниваются относительно метки времени, поступающей по каналу GPS. Минимальная задержка сигналов от датчиков, тока 6 и напряжения 7, установленных на проводе относительно метки позволяет определить место повреждения провода с точностью до опоры, что выгодно отличает метод определения повреждения сравнительно с известными способами локации. Сигналы от датчиков тока 6 и напряжения 7, установленных на проводе могут дублироваться световыми и звуковыми сигналами от микропроцессорного терминала 12, что позволяет ремонтному персоналу определить место повреждения с вертолета или транспортного средства в случае отказа канала Ethernet.

В результате использования предложенного устройства было достигнута возможность при изменении атмосферных условий окружающей среды (коронирование при дожде, гололеде и др.) снижения мощности линий передач, не допуская ее перегрузки и отключения потребителей. При возникновении КЗ на участке линии передачи или обрыва провода, когда учет числа срабатываний АПВ и характерных токов в цепи ограничителя перенапряжений и управляемого разрядника, позволило получить статистику перенапряжений, определить ресурс предложенного устройства, а также возможность произвести замену элементов, не допуская их выхода из строя, что способствует повышению надежности линий передач за счет использования функций релейной защиты и автоматики коммутационного модуля и модуля релейных защит.

Исходя из вышеизложенного делаем заключение, что поставленная техническая задача по созданию устройства, снабженного коммутационным модулем и модулем релейных защит, обеспечивающих определениие места повреждения при возникновении КЗ или обрыва провода на участке линии передачи и срабатываие функций отключения участка линии передачи для устранения повреждения, а следовательно и обеспечение повышенной защищенности линий передач выполнено.

Заявленное техническое решение «Устройство защиты, измерения, диагностики и управления линий передач» может быть использовано на линиях передачи (6÷750) кВ.

Источники информации принятые во внимание при составлении заявки:

[1]. Патент 2142187 C1, МПК: H02B 13/00, опубликован 27.11.1999;

[2]. Патент RU 124850 U1, МПК: H02H 9/06, опубликован 10.02.2013.

1. Устройство защиты, измерения, диагностики и управления линий передач, содержащее установленный между заземленной опорой и проводом блок линейного изолятора и установленный на опоре микропроцессорный терминал с блоком питания, выполненные с возможностью размещения на проводе датчиков тока и напряжения, связанными с входами микропроцессорного терминала, при этом микропроцессорный терминал выполнен с дополнительным входом, связанным синхроимпульсами от системы GPS, а его вход и выход выполнены с возможностью связи с входом установленного на диспетчерском пункте удаленного процессора посредством Ethernet, блок линейного изолятора с датчиком тока и блоком грозозащиты, содержащим параллельно соединенные ограничитель перенапряжений с датчиком тока и управляемый разрядник с датчиком тока, причем ограничитель перенапряжений содержит соединенные последовательно диски нелинейных сопротивлений, при этом выводы дисков ограничителя перенапряжений соединены с управляющими электродами управляемых разрядников, а выходы каждого из упомянутых датчиков соединены с входами микропроцессорного терминала, отличающееся тем, что устройство снабжено коммутационным модулем и модулем релейных защит, причем коммутационный модуль выполнен в виде вакуумного выключателя, который размещен на проводе и соединен с выходом модуля релейных защит, при этом одним выводом модуль релейных защит соединен с микропроцессорным терминалом, а двумя другими выводами модуль релейных защит соединен с датчиками тока и напряжения, установленными на проводе.

2. Устройство защиты, измерения, диагностики и управления линий передач по п. 1, отличающееся тем, что датчик тока, установленный на проводе, датчик тока блока линейного изолятора, датчик тока ограничителя перенапряжений и датчик тока управляемого разрядника выполнены в виде катушек Роговского.

3. Устройство защиты, измерения, диагностики и управления линий передач по п. 1, отличающееся тем, что датчик напряжения, установленный на проводе, выполнен в виде металлопленочных конденсаторов.