Частотные характеристики сети в режиме замыкания на землю.
Частотные характеристики сети в режиме однофазного замыкания на различных линиях можно получить с использованием комплексов программ моделирования электромагнитных переходных (стационарных) процессов [3-5]. Для этого при замыкании на каждой отходящей ветви необходимо форсировать в точку подключения линии (шины питающего трансформатора) некоторый ток (например, единичный), изменяемый по частоте в широком диапазоне, и фиксировать амплитуду напряжения в этой точке.
Индуктивность линий передачи, особенно кабельных, имеет заметную зависимость от частоты, поэтому модели линий должны быть частотно-зависимыми. Так, в диапазоне от 1 до 10 кГц, который типичен для частот свободных колебаний f2, фазная индуктивность кабелей 6-10 кВ изменяется приблизительно на 20%. Для примера на рис. 4 изображена характерная зависимость индуктивности кабеля от частоты (индуктивность отнесена к индуктивности на частоте 50 Гц).
Для радиальной схемы с пятью линиями (рис. 5, a) протяженностью 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 и 4 км на рис. 5, б построены частотные характеристики напряжения на шинах понижающей подстанции (полученные с применением [3]) при изменении расстояния до места однофазного замыкания на присоединении длиной 4 км. Поврежденная линия представлялась в виде двух последовательно включенных линий с варьируемыми длинами и неизменной суммарной длиной. Модели линий, принятые в расчетах, не учитывали частотную зависимость первичных параметров и принимались постоянными для частоты 5 кГц.
Из рис. 5, б видно незначительное изменение частотыf1 и заметное f2 при варьировании расстояния до места замыкания. На основе частотных характеристик U = ψ(f2) строятся частотные отклики расстояния до места замыкания 1з, к = φк(f2), к = 1, ..., n (n - число отходящих линий). На рис. 6 изображена такая зависимость, построенная на основе рис. 5.
Выделение свободных частот.
В переходном процессе однофазного замыкания присутствуют обе отмеченные свободные компоненты, а также дополнительный спектр частот, связанный с волновыми процессами в сети. Спектр высших частот автоматически отсекается при использовании для фиксации аварийных режимов цифровых самописцев с соответствующим временем дискретизации. Для целей регистрации переходного процесса, определения частоты f2 и последующей обработки можно использовать систему мониторинга [6, 7], построенную на многоканальном АЦП, работающем в составе персональной ЭВМ.
В зарегистрированной осциллограмме напряжения на шинах пункта питания (представленной в цифровом форме) выделяют интервал времени ∆t = t2- t1 = hN (N - число точек, h - шаг дискретизации), соответствующий моменту дугового замыкания, который не превышает, как правило, 1 мс.
Рис. 5. Участок радиальной кабельной сети (a) и частотные характеристики сети (б) при 033 на линии длиной 4 км
Подвергая этот участок осциллограммы спектральному анализу (прямому дискретному преобразованию Фурье) [8],
(5)
выделяем необходимую частоту собственных колебаний f2.
Рис. 6. Зависимость расстояния до места замыкания от частоты βι
Рис. 7. Осциллограмма напряжения поврежденной фазы при ОДЗ
Частота f не может быть выделена ошибочно из полного спектра, поскольку для каждой ветви (и, следовательно, цепочки отходящих питающих линий) существует свой частотный диапазон.
Выделение ветви от источника питания до некоторой точки замыкания осуществляется на основе известных методов детектирования поврежденных линий. Для этих целей, например, могут использоваться методы и устройства, описанные в [9 или докладе В. Н. Майбороды и В. К. Обабкова “Внедрение устройств полного подавления дуговых замыканий на землю в сети с.н. 6 кВ Тюменской ТЭЦ-1 на основе резонансного заземления нейтрали” на научно-технической конференции “Режимы заземления нейтрали сетей 3-6-1035 кВ”, проходившей в 2000 г. в Новосибирске].
На рис. 7 показана осциллограмма перемежающегося дугового замыкания (полученная с помощью системы мониторинга [6, 7]) в некомпенсированной кабельной сети 10 кВ с током замыкания А, а на рис. 8 фрагмент осциллограммы, соответствующий моменту повторного пробоя (интервал времени 7,7 - 9,5 мс) и его частотный спектр.
На рис. 8, б хорошо видна частота f2, равная 8,5 кГц. На основе этого значения для известной поврежденной ветви (последовательной цепочки отходящих питающих линий от понижающей подстанции до точки замыкания), топологии сети и параметров линий расстояние до места повреждения может быть оценено по зависимости, аналогичной показанной на рис. 6.
Рис. 8. Напряжение при повторном пробое (а ) и его частотный спектр (б)
При незначительном изменении суммарной нагрузки сети зависимость lз,к = φк(f2) меняется очень слабо, особенно при удаленных замыканиях, однако при значительном изменении нагрузки требуется некоторая корректировка зависимостей, т.е. необходим набор характеристик 13,к = φк(f) для различных значений нагрузок.