Устройство определения участка трёхпроводной воздушной линии электропередачи с обрывом фазного провода

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться в распределительных электрических сетях напряжением 6-10-20 кВ с изолированной, компенсированной или резистивно заземленной нейтралями.

Известны аналоги изобретений, позволяющие определить место повреждений трехпроводных воздушных линий напряжением 6-10-20 кВ.

Известна геоинформационная система определения места повреждения воздушных линий [Геоинформационная система ОМП ВЛ и КЛ 6-35 кВ [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://relematika.ru/produkty/6-35_kv/geoinformatsionnaya_sistema_omp_vl_i_kl_6_35_kv_gis_omp/ (дата обращения 12.01.2019)], содержащая индикаторы повреждения воздушных линий с радиоканалом, трансмиттеры с солнечной панелью, устройство шунтирования замыкания для определения однофазного замыкания на землю и программный продукт топографического определения места повреждения.

Недостатком данной системы является то, что данная система реагируют только на однофазные замыкания на землю и короткие замыкания, а также требует установки дополнительного оборудования.

Известна система мониторинга работы кабельных и воздушных линий КОМОРСАН [Панков, О.В. Система мониторинга работы кабельных и воздушных линий КОМОРСАН / О.В. Панков. - Технические и программные средства систем автоматизации. - 2018. - №6(107). - С. 20-24], содержащая программное обеспечение, интеллектуальные разъединители, выключатели и индикаторы короткого замыкания с дистанционной передачей информации в централизованную систему.

Недостатком данной системы является необходимость установки дополнительного оборудования.

Известен способ определения места обрыва провода [Федотов, А.И. Определение места обрыва и однофазных замыканий на землю в распределительных сетях по параметрам режима на стороне 0,4 кВ понижающих подстанций / А.И. Фетодов, Г.В. Вагапов, Н.В. Роженцова, Р.Э. Абдуллазянов / Промышленная энергетика - №4. - 2016. - С. 34-40], который предлагает использовать данные о качестве электроэнергии со счетчиков электроэнергии, входящих в автоматизированную информационно-измерительную систему коммерческого учета электроэнергии, или интеллектуальных сенсоров с собственными каналами связи. Авторы данного способа предлагают в качестве критерия определения участка воздушной линии с обрывом провода использовать напряжение обратной последовательности.

Недостатком данного способа является отсутствие технических средств автоматического определения поврежденного участка воздушной линии.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство защиты от обрывов проводов воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью [RU 2633803 С1, Кл. Н02Н 5/10 опубл. 19.10.2017 Бюл. №29], которое содержит микропроцессорный счетчик электроэнергии, установленный на вводах низкого напряжения силового трансформатора и имеющий функцию определения обрыва провода трехпроводной воздушной линии напряжением 6-10 кВ в электрической сети с изолированной нейтралью.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности определения участка повреждения для разветвленной воздушной линии.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы электрических сетей напряжением 6-10-20 кВ (далее 10 кВ), уменьшение времени поиска повреждения и улучшение условий электробезопасности при обрыве фазного провода трехпроводной воздушной линии.

Технический результат достигается тем, что устройство определения участка трехпроводной воздушной линии электропередачи с обрывом фазного провода, состоящей из пяти обособленных участков, содержащее три микропроцессорных счетчика электроэнергии с функциями определения обрыва фазного провода трехпроводной воздушной линии электропередачи и передачи аварийного сигнала по GSM-каналу на устройство сбора данных диспетчерского пункта электрических сетей, установленные на стороне низшего напряжения трех трансформаторных подстанций, дополнительно содержит логический блок и информационное табло с семью информационными полями, а логический блок содержит три логических элемента НЕ, шесть логических элементов И и один логический элемент ИЛИ, причем три логических выхода устройства сбора данных соединены со входами трех логических элементов НЕ, три входа первого логического элемента И соединены с тремя выходами устройства сбора данных, три входа второго логического элемента И соединены с выходом первого логического элемента НЕ и со вторым и третьим выходами устройства сбора данных, три входа третьего логического элемента И соединены с выходами первого и второго логических элементов НЕ и с третьим выходом устройства сбора данных, три входа четвертого логического элемента И соединены с первым выходом устройства сбора данных и выходами второго и третьего логических элементов НЕ, три входа пятого логического элемента И соединены с выходами первого и третьего логических элементов НЕ и вторым выходом устройства сбора данных, три входа шестого логического элемента И соединены с выходами трех логических элементов НЕ, пять входов логического элемента ИЛИ соединены с выходами первых пяти логических элементов И, семь входов информационного табло соединены с выходом логического элемента ИЛИ и выходами шести логических элементов И.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена электрическая сеть 10/0,38 кВ с устройством определения участка трехпроводной воздушной линии электропередачи с обрывом фазного провода, а на фиг. 2 показана функциональная схема устройства определения участка трехпроводной воздушной линии электропередачи с обрывом фазного провода.

Электрическая сеть напряжением 10 кВ/0,38 кВ состоит из трехпроводной воздушной линии электропередачи, разбитой на участки 1-5, в конце 3, 4 и 5 участков подключены три трансформаторные подстанции 6-8. На стороне низшего напряжения трансформаторных подстанций 6-8 установлены три микропроцессорных счетчика электроэнергии 9-11 с функциями определения обрыва фазного провода трехфазной воздушной линии электропередачи (защиты) и передачи аварийного сигнала по GSM-каналу на диспетчерский пункт 12 электрических сетей.

Функциональная схема устройства состоит из трех микропроцессорных счетчиков электроэнергии 9-11 и установленных на диспетчерском пункте 12 устройства сбора данных 13 с тремя логическими выходами 14-16, трех логических элементов НЕ 17-19, шести логических элементов И 20-25, одного логического элемента ИЛИ 26 и информационного табло 27 с семью информационными полями состояния трехпроводной воздушной линии ОФ, Л1, Л2, Л3, Л4, Л5 и HP. Логические элементы 17-26 образуют логический блок устройства.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы воздушной линии защиты микропроцессорных счетчиков 9-11 не формируют и не передают аварийный сигнал по GSM-каналу на устройство сбора данных 13 и на его логических выходах 14-16 присутствует логический ноль. При обрыве фазного провода воздушной линии защиты микропроцессорных счетчиков 9-11 выявляют это повреждение и по GSM-каналу передают аварийный сигнал на устройство сбора данных 13, при этом на его логических выходах 14-16 появляются логические единицы.

Рассмотрим работу устройства при разных вариантах обрыва фазного провода воздушной линии.

При обрыве провода, например, на участке 4 срабатывает защита микропроцессорного счетчика 9, который по GSM-каналу передает в виде дозвона аварийный сигнал на устройство сбора данных 13, в результате чего на логическом выходе 14 появляется логическая единица. Микропроцессорные счетчики 10 и 11 обрыв провода на участке 4 воздушной линии не чувствуют, аварийные сигналы не формируют, дозвоны отсутствуют, поэтому на логических выходах 15 и 16 логический нуль сохраняется.

В случае обрыва провода на участке 1 защиты всех микропроцессорных счетчиков 9-11 срабатывают и передают по GSM-каналам аварийные сигналы в виде дозвона на устройство сбора данных 13, на всех логических выходах 14-16 которого появляются логические единицы.

Подобным образом при обрывах на других участках воздушной линии срабатывают защиты микропроцессорных счетчиков 9-11 и происходит изменение сигналов на логических выходах 14-16 устройства сбора данных 13. В колонках 2-4 таблицы показана информация о срабатывании защит микропроцессорных счетчиках 9-11. Срабатывание защит микропроцессорных счетчиков 9-11 отмечено знаком «+», а отсутствие срабатывания - знаком «-». Например, при обрыве провода на участке 1 повреждение должны почувствовать и сработать защиты всех трех микропроцессорных счетчиков 9-11 - поэтому во 2-й строке таблицы для всех счетчиков стоят три знака «+». При обрыве провода на участке 4 повреждение почувствует только защита микропроцессорного счетчика 9 - соответственно в строке стоят один знак «+» и два знака «-». При нормальном режиме работы ВЛ-10 кВ (HP) защиты микропроцессорных счетчиков 9-11 действовать не будут, поэтому в соответствующей строке стоят три знака «-».

Подобным образом можно определить повреждение на любом участке ВЛ-10 кВ. В случае, если ВЛ имеет большее разветвление, то в конце каждого участка на стороне низшего напряжения трансформаторной подстанции необходимо установить подобные счетчики. Алгоритм выявления участка с оборванным проводом остается тот же.

На вход логической части поступают три логических сигнала Х₁, Х₂ и Х₃. С помощью логических элементов НЕ 17-19 получаются еще три инверсные логических сигнала , и . Эти шесть логических сигналов позволяют определить поврежденный участок ВЛ-10 кВ. Для этого используются логические элементы И 20-25. Логические функции определения поврежденного участка представлены в последней колонке таблицы. Рассмотрим некоторые из них.

Для определения обрыва на участке трехпроводной воздушной линии 1 на вход логического элемента И 20 нужно подать три логических сигнала Х₁, Х₂ и Х₃. В случае срабатывания защит во всех трех микропроцессорных счетчиках неинверсные сигналы Х₁, Х₂ и Х₃ изменятся с логического нуля на логическую единицу, а выходной сигнал F₁ логического элемента И 20 станет равным логической единице.

Для выявления обрыва на участке 3 на вход логического элемента И 22 нужно подать два инверсных сигнала и и один неинверсный сигнал Х₃. Выходной сигнал F₃ станет равным логической единице при условии несрабатывания защит микропроцессорных счетчиков 9 и 10 (при этом инверсные сигналы и останутся равными логической единице) и срабатывании защиты микропроцессорного счетчика 11 (при этом неинверсный сигнал Х₃ на выходе устройства сбора данных изменится с логического нуля на логическую единицу).

Для определения нормального режима HP работы ВЛ-10 кВ на входы логического элемента И 25 нужно подать три инверсных логических сигнала , и , которые при отсутствии обрыва провода ВЛ-10 кВ и несрабатывании защит всех микропроцессорных счетчиков 9-11 будут сохраняться равными логической единице, следовательно, и выходной сигнал F_HP будет равен логической единице.

Подобным образом производится выявление обрыва провода ВЛ-10 кВ на любом ее участке.

Для формирования общего сигнала об обрыве фазного провода (ОФ) ВЛ-10 кВ используется логический элемент ИЛИ 26, входы которого соединены с выходами логических элементов И 20-24. При обрыве провода на любом участке ВЛ-10 кВ на одном или нескольких выходах логических элементов И 20-24 появится одна или несколько логических единиц. При этом выходной сигнал F_ОФ логического элемента ИЛИ 26 станет равным логической единице.

Информационное табло 27 имеет семь взаимосвязанных логических входов и семь информационных полей ОФ, Л1, Л2, Л3, Л4, Л5 и HP, которые включаются, когда на соответствующем входе появляется логическая единица. При нормальном режиме работы информация отображается на поле HP, остальные поля отключены. При обрыве фазного провода на каком-либо участке ВЛ-10 кВ логическая единица появляется только на выходе соответствующего логического элемента И, при этом включаются одно из информационных полей Л1-Л5 и поле ОФ, несущее информацию о возникновении аварийного режима в ВЛ, а поле HP отключается. Например, при возникновении обрыва провода на участке 4, питающем трансформаторную подстанцию 9, включатся информационные поля Л4, ОФ и отключится поле HP. При этом диспетчер предприятия электрических сетей получит информацию о возникновении обрыва на ВЛ-10 кВ и номере поврежденного участка воздушной линии.