СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2000 года по МПК G01R31/08 

Область техники
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для дистанционного определения расстояния до места повреждения - короткого замыкания - на землю линии электропередачи, выведенной из работы, например, при плавке гололеда постоянным током.

Предшествующий уровень техники
Известен локационный способ определения расстояния до места повреждения любого вида: замыкание, обрыв, обрыв с замыканием, в том числе с замыканием через большое переходное сопротивление [1]. Согласно способу [1] измеряют интервалы времени между посылкой в линию специально генерируемого зондирующего импульса и приходом отраженного импульса от места повреждения и, используя известную скорость пробега импульса вдоль линии электропередачи, определяют расстояние до места повреждения.

Недостатком способа [1] является низкая достоверность результатов при наличии гололедообразований на линии, что связано с увеличением затухания зондирующих импульсов на проводах, покрытых гололедом, и отражениями импульсов от неоднородностей, создаваемых гололедными муфтами.

Известен способ определения расстояния до места замыкания на землю линии электропередачи, включающий подсоединение источника постоянного тока между поврежденной линией и землей и определение активного сопротивления линии до места замыкания на землю [2]. Согласно способу [2] источник постоянного напряжения и переходное сопротивление замыкания на землю, образующие последовательную цепь, включают в диагональ уравновешенного моста, плечи которого образуют фазные провода, соединяемые на дальнем конце линии электропередачи и два переменных резистора. По значениям сопротивлений переменных резисторов, соответствующим уравновешенному состоянию моста, рассчитывают относительное расстояние от концов линии электропередачи до места замыкания. Переходное сопротивление замыкания на землю, поскольку оно включено в диагональ уравновешенного моста, на определение искомого расстояния практически не влияет.

Недостаток способа [2] заключается в том, что его нельзя применить при таком виде повреждения, как замыкание на землю с обрывом провода, которое характерно, например, при плавке гололеда постоянным током на линии электропередачи.

Известен выбранный в качестве прототипа способ определения расстояния до места замыкания на землю линии электропередачи, заключающийся в том, что определяют реактивное сопротивление X петли замыкания на землю и находят искомое расстояние L как отношение X к погонному реактивному сопротивлению Y линии [3].

Согласно способу [3] реактивное сопротивление X определяют по фиксируемым в момент возникновения повреждения параметрам аварийного режима линии электропередачи. Переходное сопротивление в месте замыкания входит в петлю короткого замыкания, но поскольку оно имеет активный характер, то практически не оказывает влияния на определяемое расстояние.

Недостатком способа [3] является его непригодность для определения расстояния до места замыкания, возникшего на выведенной из работы линии электропередачи, например, во время плавки гололеда на линии постоянным током. В этом случае ток короткого замыкания ограничен активным сопротивлением линии и активным переходным сопротивлением замыкания, которые не поддаются разделению указанным способом.

Задача изобретения - создание способа определения расстояния до места замыкания на землю линии электропередачи, которая выведена из работы, например, при плавке гололеда на линии постоянным током, независимо от наличия обрыва линии или гололедной муфты на ней.

Раскрытие существа изобретения
Предметом изобретения является способ определения расстояния до места замыкания на землю линии электропередачи, заключающийся в том, что определяют реактивное сопротивление X петли замыкания на землю и находят искомое расстояние L как отношение X к погонному реактивному сопротивлению Y линии, отличающийся, согласно изобретению, тем, что дополнительно определяют комплексное сопротивление Z петли замыкания на землю и активное сопротивление R_d петли постоянному току, а реактивное сопротивление X определяют путем последовательного расчета его приближенных значений X_n и X_n+1 по формуле

до тех пор пока разность X_n+1 и X_n не станет меньше требуемой точности расчета, где r_f - приращение погонного активного сопротивления линии провод-земля по отношению к его значению на постоянном токе.

Изобретение имеет развитие, которое состоит в том, что подключают между линией и землей выпрямитель, а сопротивления Z и R_d рассчитывают по выходным токам, напряжениям выпрямителя на частоте основной гармоники пульсаций и на постоянной составляющей соответственно.

Это позволяет уменьшить объем дополнительного оборудования, необходимого для определения расстояния до места замыкания,
Изобретение имеет следующее развитие, которое состоит в том, что значения выходного напряжения выпрямителя на частоте основной гармоники пульсаций, выходного постоянного напряжения и выходного постоянного тока выпрямителя определяют путем расчета по измеренным значениям питающих выпрямитель напряжения и тока.

Это позволяет уменьшить объем измерительного оборудования для определения сопротивлений Z и R_d петли замыкания.

Осуществление изобретения
Осуществление предлагаемого способа поясняется чертежом, на котором приведена схема измерений параметров поврежденной линии электропередачи при реализации предлагаемого способа с учетом его развития.

На чертеже обозначено: 1 - выпрямитель; 2 - поврежденная линия или фаза линии электропередачи; 3 - место замыкания линии 2 на землю; 4 - заземляющее устройство, к которому подключен один из выходных выводов выпрямителя 1; 5 - регистрирующий прибор, обеспечивающий измерение электрических параметров и фиксацию (запоминание) измеренных значений; 6 - компьютер, обеспечивающий выполнение необходимых для реализации предлагаемого способа вычислений; 7 - первичный измерительный преобразователь пульсаций выпрямленного тока; 8 - измерительный трансформатор напряжения; 9 - измерительный трансформатор тока; 10 - энергосистема; 11 - силовой трансформатор; 12 - полосовой фильтр основной гармоники.

Кроме того, на чертеже обозначено:
U_л и I_ф - питающие выпрямитель напряжение и ток, соответственно измеренные прибором 5 с помощью измерительных трансформаторов 8 и 9;
U_d и I_d - постоянные составляющие выпрямленных напряжения и тока соответственно;
U_df и I_df - составляющие основной гармоники выпрямленных напряжения и тока соответственно.

Предлагаемый способ реализуется с учетом его развития следующим образом.

После обнаружения замыкания на землю одной из фаз выведенной из работы линии электропередачи между повременной фазой линии 2 и заземляющим устройством 4 включают выпрямитель 1. (В случае обнаружения замыкания линии в процессе плавки гололеда постоянным током целесообразно в качестве выпрямителя 1 использовать силовую выпрямительную установку для плавки гололеда.)
Сопротивления провода линии 2, переходное сопротивление замыкания в месте 3, сопротивление земли между местом 3 замыкания и заземляющим устройством 4 образуют петлю замыкания, подключенную к выходу выпрямителя 1, используя тот факт, что сопротивления всех составляющих петли замыкания, кроме провода линии, практически имеют чисто активный характер, искомое расстояние L определяют как отношение реактивного сопротивления петли X к известному погонному реактивному сопротивлению Y линии на частоте f.

Необходимое для определения расстояния L значение реактивного сопротивления X петли замыкания представляет собой геометрическую разность комплексного сопротивления Z и активного сопротивления R_f петли замыкания на частоте f:

Активное сопротивление R_f превышает сопротивление R_d на величину, зависящую от расстояния L до места замыкания на землю, и представляет собой сумму
R_f=R_d+r_f•L,
где r_f - приращение погонного активного сопротивления линии провод-земля на частоте f по отношению к его значению на постоянном токе, вызванное эффектом вытеснения тока в земле и в проводе переменным магнитным полем. Значение r_f может быть предварительно получено экспериментально или рассчитано, согласно [4], по формуле r_f= π²f•10^-4 Ом/км.
Для осуществления предлагаемого способа определяют активное сопротивление R_d, представляющее собой отношение напряжения U_d к току I_d, и комплексное сопротивление Z, представляющее собой отношение напряжения U_df к току I_df. Затем, используя полученные значения R_d и Z, находят приближенные значения реактивного сопротивления X_n+1 путем итерационного расчета по рекуррентной формуле

Расчет продолжают до тех пор, пока разность значений X_n+1 и X_n на последней и предпоследней итерациях не станет меньше требуемой точности расчета. Начальное приближение X₀ может быть принято, например, равным нулю.

Сопротивление Z определяется, согласно развитию предлагаемого способа, на частоте основной гармоники пульсации на выходе выпрямителя 1. Например, в случае выполнения выпрямителя 1, по схеме трехфазного моста, основной гармоникой пульсаций будет шестая гармоника частоты питания выпрямителя.

Использование, согласно развитию предлагаемого способа, выпрямителя с определением по его выходным параметрам как активного сопротивления R_d постоянному току, так и комплексного сопротивления Z, позволяет уменьшить объем оборудования, необходимого для осуществления способа.

Ток основной гармоники I_df, протекающий наряду с постоянной составляющей тока I_d, по петле замыкания, измеряется прибором 5, подключенным через измерительный преобразователь 7 тока, установленный в выходной цепи выпрямителя 1, и полосовой фильтр 12. Основная гармоника выпрямленного напряжения U_df также наряду с постоянным напряжением U_d присутствует на выходе выпрямителя 1 и может быть выделена и измерена соответствующим оборудованием.

Для уменьшения объема измерительного оборудования, требуемого при определении Z и R_d, значения U_df, U_d и I_d могут быть найдены, согласно дальнейшему развитию предлагаемого способа, путем расчета по значениям питающего выпрямитель 1 напряжения U_л и тока I_ф, измеряемым прибором 5 с помощью трансформаторов 8 и 9.

Расчет основной гармоники напряжения U_df, так же как и постоянных составляющих напряжения U_d и тока I_d, по измеренным значениям U_л и I_ф может быть выполнен программно компьютером 6 с помощью известной, например из [5], аналитической модели выпрямителя.

Предлагаемый способ позволяет определить расстояние до места замыкания на землю выведенной из работы линии электропередачи, независимо от наличия обрыва линии. Он особенно эффективен, с учетом предложенного развития, при отыскании повреждений на линии электропередачи в ходе выполнения плавки гололеда постоянным током с использованием высоковольтной выпрямительной установки.

Проверка способа выполнена на двух ЛЭП 330 кВ и 500 кВ Северокавказского региона.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР N 1688205, МПК G 01 R 31/08,1988.

2. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. Энергоиздат, 1982, стр.25-27.

3. Арцишевский Я.Л. Определение мест повреждения линий электропередачи с изолированной нейтралью. Высшая школа, 1989, стр. 63-67.

4. Марголин Н.Ф. Токи в земле. Госэнергоиздат, 1947, стр. 136-153, п.25 "Сопротивление воздушной линии провод-земля".

5. Поссе А.В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. Энергия, 1973, стр. 18-40.

Изобретение может быть использовано для дистанционного определения расстояния до места повреждения - короткого замыкания - на землю на линии электропередачи, выведенной из работы, например, при плавке гололеда постоянным током на воздушной линии электропередачи. Способ заключается в определении реактивного сопротивления X петли замыкания на землю на частоте f и расчете искомого расстояния L как отношения X к патентному реактивному сопротивлению Y линии на частоте f. Согласно предлагаемому способу дополнительно определяют комплексное сопротивление Z петли замыкания на землю на частоте f и активное сопротивление R_d петли постоянному току, а реактивное сопротивление Х определяют путем расчета по рекуррентной формуле:

где r_f - приращение погонного активного сопротивления линии провод-земля на частоте f по отношению к его значению на постоянном токе. Технический результат заключается в возможности определить расстояние до места замыкания на землю независимо от наличия обрыва линии. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения расстояния до места замыкания на землю линии электропередачи, заключающийся в том, что определяют реактивное сопротивление Х петли замыкания на землю и находят искомое расстояние L как отношение Х к погонному реактивному сопротивлению Y линии, отличающийся тем, что дополнительно определяют комплексное сопротивление Z петли замыкания на землю и активное сопротивление R_d петли постоянному току, а реактивное сопротивление Х определяют путем последовательного расчета его приближенных значений X_n и X_n+1 по формуле

где r_f - приращение погонного активного сопротивления линии провод-земля на частоте f по отношению к его значению на постоянном токе,
до тех пор, пока разность X_n и X_n+1 не станет меньше требуемой точности расчета. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подключают между линией и землей выпрямитель, а сопротивление Z и R_d рассчитывают по выходному току и напряжению выпрямителя на частоте основной гармоники пульсаций и на постоянной составляющей соответственно. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что значения выходного напряжения выпрямителя на частоте основной гармоники пульсаций, выходного постоянного напряжения и выходного постоянного тока выпрямителя определяют путем расчета по измеренным значениям питающих выпрямитель напряжения и тока.