СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЯ 6( 10 ) - 35 кВ С ИЗОЛИРОВАННОЙ ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Российский патент 2007 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при эксплуатации трехфазных электрических сетей с изолированной или компенсированной нейтралью для оперативного определения места их повреждения, без отключения потребителей.

Известен способ определения до места замыкания фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью (а.с. СССР №1559318), согласно которому при включении через компенсирующее устройство между землей и проверяемой фазой источника непромышленной частоты устанавливают резонанс напряжений на контуре, состоящем из емкости проводов сети с дополнительной регулируемой индуктивностью при нормальной работе сети, получают стабилизированный ток непромышленной частоты, протекающий по замкнутому на землю проводу, фиксируют величину напряжения между точкой присоединения резонансной индуктивности к электросети и землей, измеряют величину угла между измеренным напряжением и известным напряжением источника непромышленной частоты, а расстояние до места замыкания фазы на землю определяют по формуле, исходя из значений величины резонансной индуктивности выделенного контура, индуктивности одного километра линии, напряжения между точкой присоединения резонансной индуктивности к электрической сети и землей, угла между измеренным напряжением и напряжением источника непромышленной частоты. Недостатком известного способа является сложность его осуществления, требующая, в частности, наличия источника непромышленной частоты, дополнительной регулируемой индуктивности и установления резонансного режима с последующим замером параметров. Кроме того, это требует достаточно длительного времени, что делает данный способ малоэффективным.

Известен способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью (Патент РФ №2248583), согласно которому передвигаются под ЛЭП вдоль ее ветвей и проводят измерения в качестве аварийного сигнала напряженности электрического и магнитного полей, преобразуют их в пропорциональные им гармонические составляющие сигналов напряжения и тока, а место замыкания на землю определяют по смене знака угла сдвига фаз между гармоническими составляющими сигналов напряжения и тока выделенной i-й гармоники. Недостатком данного способа является его трудоемкость и недостаточная точность, кроме того, его нельзя провести аппаратными средствами на подстанции, а необходим выезд бригады на линию.

Известен способ определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи [патент РФ №2186404], в котором осуществляется следующая последовательность операций: определяют первую фазу линии электропередачи с поврежденной изоляцией, замкнувшуюся на землю; отключают линию электропередачи от источника питания; перемыкают между собой накоротко провода первой фазы с поврежденной изоляцией и второй фазы с неповрежденной изоляцией в конце линии электропередачи на известном расстоянии L от источника питания при помощи перемычки; размыкают питающий конец провода третьей фазы с неповрежденной изоляцией с помощью, например, коммутационного аппарата; соединяют с землей провод третьей фазы с неповрежденной изоляцией в начале и конце линии электропередачи перемычками; подключают к земле нулевую точку или вывод второй фазы с неповрежденной изоляцией источника питания с помощью коммутационного аппарата; подключают первую фазу с поврежденной изоляцией и вторую фазу с неповрежденной изоляцией к источнику питания; измеряют напряжение U₁₂ на выводах источника питания между первой фазой с поврежденной изоляцией и второй фазой с неповрежденной изоляцией, а также значения токов I₁ и I₂ этих фаз; определяют расстояние l_k до места однофазного замыкания по формуле

где L - расстояние от источника питания до противоположного конца линии.

Основным недостатком данного способа является необходимость отключения поврежденной линии от источника питания, что неизбежно вызовет сбой в работе потребителей. Кроме того, данный способ дает погрешности, обусловленные тем, что в токах I₁ и I₂ сохраняются составляющие, обусловленные однофазными нагрузками, подключенными между первой фазой с поврежденной изоляцией и второй фазой с неповрежденной изоляцией, а также из-за наличия поперечной емкостной проводимости между первой и второй фазами, а также между второй фазой и землей.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения удаленности однофазного замыкания в трехфазных линиях электропередач с изолированной или компенсированной нейтралью [патент РФ №2249226], который выбран за прототип. Способ-прототип осуществляют следующим образом: определяют первую фазу линии электропередачи с поврежденной изоляцией, замкнувшуюся на землю, известным образом, например с помощью трех вольтметров; отключают линию электропередачи от источника питания известным образом, например с помощью трехфазного выключателя или разъединителя; замыкают на землю фазы 2 и 3 с неповрежденной изоляцией в начале и конце линии электропередачи с помощью перемычек; включают в начале линии электропередачи между первой фазой с поврежденной изоляцией и землей источник однофазного переменного напряжения; измеряют напряжение между первой фазой с поврежденной изоляцией и землей в начале линии электропередачи, ток в первой фазе и фазовый угол между этими напряжениями и током; устанавливают значения постоянных коэффициентов в зависимости от удельных параметров и длины линии электропередачи по формулам:

определяют расстояние до места однофазного замыкания на землю по формуле

Основным недостатком способа-прототипа является то, что для определения места повреждения производят отключение от источника питания не только фазы с поврежденной изоляцией, но и неповрежденных фаз, и всех потребителей. Между тем известно (см. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 2003, с.316), что защиты от однофазных замыканий на землю должны быть выполнены в виде селективной защиты, действующей на сигнал, так как в течение определенного промежутка времени потребитель не ощущает повреждения на линии и, если сократить время устранения такого повреждения, то отключения потребителей можно избежать, что является очень важным для всех потребителей, а для потребителей с непрерывным производственным циклом, (например, химпроизводство) в особенности.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно создание способа, позволяющего, находясь на подстанции, быстро и точно определять с помощью анализа параметров переходного процесса аварийного режима места повреждения, с тем, чтобы ремонтная бригада была направлена точно к месту повреждения и при этом отключения потребителей от питания не производилось.

Поставленная задача решается способом, согласно которому устанавливают значения постоянных параметров линии электропередачи, выявляют поврежденную линию, производят съем параметров переходного процесса на поврежденной линии и на основании постоянных и измеренных параметров вычисляют расстояние от подстанции до места повреждения, в котором в отличие от прототипа в качестве постоянных параметров контролируемой линии запоминают погонную индуктивность линии, в качестве параметров переходного процесса измеряют мгновенное значение напряжения в момент повреждения, мгновенное значение тока в момент повреждения, напряжение на нейтрали, амплитудные значения тока на поврежденной линии последовательно во времени, а расстояние от подстанции до места повреждения определяют из соотношения:

где L₀ - погонная индуктивность поврежденной линии - величина постоянная, зависящая от материала линии;

u - мгновенное значение напряжения;

i - мгновенное значение тока в момент повреждения;

U - напряжение на нейтрали;

I_m1, I_m2 - максимальные следующие друг за другом амплитудные значения тока на поврежденной линии.

Поставленная задача решается тем, что определение расстояния до места повреждения осуществляют с помощью персонального компьютера.

Зависимость расстояния до места повреждения была определена расчетным путем из следующих соображений.

Индуктивное сопротивление линии

где ω - угловая частота, с^-1;

L=(L_НЛ+L_К) - индуктивность линии, равная сумме индуктивностей неповрежденных линий L_НЛ и индуктивности от начала поврежденной линии до места повреждения L_K, Гн;

U - напряжение на нейтрали, В;

I_m1 - максимальное амплитудное значение тока.

Отношение следующих друг за другом максимальных амплитудных значений тока на поврежденной линии

где R - активное сопротивление линии, Ом.

Логарифмируем левую и правую часть выражения

отсюда

Выражаем R

Вместо ωL подставляем формулу для индуктивного сопротивления линии

Для разряда емкостей при повреждении линии составляется схема замещения поврежденной фазы (фиг.2), в которой индуктивности поврежденной фазы неповрежденных линий заменены эквивалентной L_НЛ, емкости между фазой и землей заменены эквивалентной С, индуктивность от начала поврежденной линии до места повреждения L_K, для правой части, по второму закону Кирхгофа составляем дифференциальное уравнение:

Откуда

Если подставить выражение для погонной индуктивности

и ранее выведенное значение для R:

получим конечную формулу

Из уровня техники не известны решения, позволяющие аппаратными средствами, без выезда на линию и применения дополнительных приспособлений, определять расстояние до места повреждения. Это обусловливает соответствие заявляемого способа критерию «новизна».

Заявляемый способ не вытекает с очевидностью из уровня техники, поскольку традиционно считалось, что расстояние до места однофазного замыкания на землю в сетях 6-35 кВ по записям тока и напряжения аварийного режима определять невозможно, т.к. величина тока замыкания на землю любой из фаз на любой из линий сети, отходящих от источника питания, не зависит от расположения места замыкания по длине линии и определяется суммарной длиной всех включенных линий сети (см. Кузнецов А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. - М.: Энергоатомиздат, 1989 г., с.94). Заявляемый способ опровергает это утверждение, что позволяет считать его соответствующим критерию «изобретательский уровень»

Опытная проверка заявляемого устройства в реальных условиях показала, что с момента поступления первого сигнала о наличии повреждения до выезда ремонтников на место с учетом организационных мероприятий проходит не более 10-15 минут, из них определение расстояния до места повреждения занимает не более нескольких секунд. При этом используются контрольно-измерительные приборы, изготовленные на основе серийно выпускаемой элементной базы, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерии, «промышленная применимость».

На фиг.1 изображена схема устройства для реализации заявляемого способа, на фиг.2 - схема замещения для иллюстрации расчетов.

Устройство для реализации способа определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10) - 35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью состоит из датчиков тока фазы А, фазы В и фазы С, выходы которых соединены с входом фильтра тока нулевой последовательности 1, датчика напряжения, выход которого соединен с входом фильтра цепи напряжения 2. Выход фильтра тока нулевой последовательности 1 соединен с входом фильтра цепи тока 3, первый выход которого соединен с входом инвертора 4, а второй выход - с входом компаратора 5. Выход фильтра цепи напряжения 2 соединен с первым входом сумматора 6, а выход инвертора 4 - с его вторым входом, выход сумматора 6 соединен с первым входом анализатора 7, в качестве которого может быть использована ЭВМ, второй вход которой соединен с выходом компаратора 5.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При исправной сети сигнала на датчиках нет, устройство находится с ждущем режиме. При возникновении замыкания фазы на землю с датчиков на преобразователи 1 и 2 поступают сигналы, отличные от 0. Далее устройство производит обработку поступившей информации с целью определения расстояния до места повреждения по вышеприведенной зависимости.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при эксплуатации трехфазных электрических сетей с изолированной или компенсированной нейтралью для оперативного определения места их повреждения без отключения потребителей. Технический результат: быстрое и точное определение места повреждения без отключения потребителей. Сущность: устанавливают значение постоянного параметра - погонной индуктивности линии. Выявляют поврежденную линию. Производят съем параметров переходного процесса на поврежденной линии: мгновенное значение напряжения в момент повреждения, мгновенное значение тока в момент повреждения, напряжение на нейтрали, амплитудные значения тока на поврежденной линии последовательно во времени. На основании постоянного и измеренных параметров вычисляют расстояние от подстанции до места повреждения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10) - 35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью, согласно которому устанавливают значения постоянных параметров линии электропередачи, выявляют поврежденную линию, производят съем параметров переходного процесса на поврежденной линии и на основании постоянных и измеренных параметров вычисляют расстояние от подстанции до места повреждения, отличающийся тем, что в качестве постоянного параметра запоминают погонную индуктивность линии, в качестве параметров переходного процесса измеряют мгновенное значение напряжения в момент повреждения, мгновенное значение тока в момент повреждения, напряжение на нейтрали, амплитудные значения тока на поврежденной линии последовательно во времени, а расстояние от подстанции до места повреждения определяют из соотношения

где L₀ - погонная индуктивность поврежденной линии;

u - мгновенное значение напряжения;

i - мгновенное значение тока в момент повреждения;

U - напряжение на нейтрали;

I_m1, I_m2 - максимальные следующие друг за другом амплитудные значения тока на поврежденной линии.