Разработка комплексного подхода к диагностированию места повреждения воздушной линии электропередачи при однофазных замыканиях на землю на основе алгоритма обработки данных цифровых подстанций

Abstract

Актуальность. Аварийность электротехнического комплекса отходящих линий электропередачи связана с возникновением повреждений линейной изоляции и возникающими при этом переходными процессами, характеризующимися наличием высших гармонических составляющих токов и напряжения, которые снижают надёжность и энергоэффективность работы электрооборудования нефтегазовых предприятий: ухудшают механические характеристики и КПД электродвигателей, ускоряют старение их изоляции, нарушают функционирование систем управления и противоаварийной автоматики, диагностических систем реального времени и других электронных устройств. Одной из причин высокой аварийности, отключений и аварийных ремонтов в электротехнических комплексах отходящих линий электропередачи нефтегазовых предприятий является возникновение однофазных замыканий на землю. Известно, что на достоверность способов определения места возникновения однофазного замыкания на землю оказывают влияние большое количество изменяющихся факторов: параметры режима работы линии электропередачи, её конструктивные и электрические параметры, вид повреждения, величина переходного сопротивления, сопротивление грунта и прочие. Введение в алгоритмы определения места повреждения линии электропередачи усреднённых значений ряда перечисленных факторов независимо от изменения влажности грунта и воздуха, его температуры и прочего обуславливает погрешность способов определения места повреждения до 30 %. Таким образом, актуальны исследования, направленные на разработку способа определения места повреждения воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю на основе алгоритма обработки данных цифровых подстанций с учётом параметров опор и природно-климатических факторов. Цель: повышение надёжности электрических сетей и обеспечение электроэнергией потребителей требуемого качества за счёт применения цифровой системы поиска места повреждения в электротехническом комплексе отходящих линий электропередачи. Методы: математическое описание линии электропередачи с учётом её конструктивных особенностей и природно-климатических факторов на основе метода зеркальных изображений; математическое описание установившихся и переходных режимов работы линии электропередачи с учётом собственных и взаимных параметров проводов; анализ Фурье токов и напряжений линии электропередачи; апробация разработанного способа определения места однофазного замыкания на землю в электрической сети энергетической компании Тюменской области. Результаты. Разработан способ определения места однофазного замыкания на землю воздушных линий электропередачи в электрических сетях с изолированной нейтралью, отличающийся тем, что сначала по соответствиям между величинами напряжений обратной последовательности фазных напряжений на вводе трансформаторных подстанций идентифицируют повреждённое ответвление воздушной линии электропередачи и затем вдоль него определяют расстояние до места возникновения однофазного замыкания на землю на основе резонансных частот линии с учётом её конструктивных особенностей и природно-климатических факторов

Relevance. Emergency of electric complex of outgoing transmission lines is associated with the occurrence of damage to the line isolation and the resulting transients, marked by the presence of higher harmonic components of currents and voltage, which reduce the reliability and energy efficiency of electrical equipment of oil and gas companies: degrade the mechanical characteristics and efficiency of electric motors, accelerate aging of their isolation, disrupt the operation of control systems and emergency automatics, fault diagnostics systems. One of the reasons of high-level emergency situations, outages and emergency repairs in electric complexes of outgoing transmission lines of oil and gas companies is appearance of phase-to-ground faults. A large number of changing factors are known to influence the reliability of phase-to-ground fault location methods: parameters of transmission line operating mode, its structural and electrical parameters, fault type, transient resistance value, ground resistance and others. Inclusion in the transmission line fault location algorithms of averaged values of a number of the factors listed above independent of changes of humidity of soil and air, its temperature and other factors causes an error of methods of fault location up to 30 %. Accordingly, the research to develop a fault location method for overhead transmission lines with isolated neutral points during phase-to-ground faults based on a digital substation data processing algorithm, accounting for tower parameters and natural-climatic factors, is relevant. Objective: improving the reliability of power grids and providing consumers with power of the required standard by applying a digital fault location system to the outgoing transmission lines electrical complex. Methods: mathematical analysis of a power transmission line, taking into account its design features and natural-climatic factors on the basis of the method of mirror images; mathematical analysis of steady-state and transient modes of transmission line operation considering self and mutual parameters terms of wires; transmission line currents and voltages Fourier analysis; validation of developed method of phase-to-ground fault location in power grid of Tyumen region energy company. Results. The authors have developed the phase-to-ground faults location method for transmission lines in power grids with isolated neutral points, which differs in the following - first the faulty overhead line feeder branch is identified by correspondences between the negative sequence voltage values of the phase voltages at the transformer substation inputs, and then the distance to the location of the singlephase ground fault is determined along the branch line based on the resonant frequencies of the line taking into account its design features and natural-climatic factors