СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Российский патент 2012 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано при измерении расстояния до места короткого замыкания в высоковольтных линиях.

В известном способе, реализованном в устройстве [Фиксирующий индикатор сопротивления ФИС / А.И.Айзенфельд, В.Н.Аронсон, В.Г.Гловацкий. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 64 с.: ил.- (Б-ка электромонтера; Вып.595)], производится измерение входного напряжения и тока петли короткого замыкания и делением реактивной составляющей напряжения на ток определяют расстояние до места короткого замыкания. Для снижения погрешности от наличия токов нагрузки производится вычитание из тока аварийного режима тока нагрузки доаварийного режима. Источником погрешности при этом оказывается неравенство токов неповрежденных отпаек фидера в аварийном и доаварийном режимах.

Недостатком способа является наличие погрешности, обусловленной токами нагрузки. Источником погрешности также является необходимость измерения тока, изменяющегося в достаточно широких пределах (0-1000 А), что технически связано с наличием достаточной нелинейности преобразования трансформатора тока при больших значениях тока.

Задача изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что с измерением расстояния до места короткого замыкания в высоковольтных электрических сетях, включающим измерение минимального значения вектора напряжения аварийного режима и определение отношения реактивной составляющей напряжения к току, согласно изобретению одновременно измеряют минимальные междуфазные векторные значения напряжений линии в различных точках и с использованием известных значений комплексных сопротивлений между этими точками определяют максимальные векторные значения разности фазных токов на этих участках, используя которые находят максимальную разность фазных токов поврежденного участка, расположенного в ближайшей окрестности точки короткого замыкания; определяют расстояние до точки короткого замыкания от ближайшей к ней точки измерения напряжения где протекает полученный ток.

Вариант устройства, реализующий предлагаемый способ, изображен на фиг.1а, где основой является известное устройство (Фиксатор направления короткого замыкания. Патент №2328752, Рос. Федерация, МПК H02G 7/16; G01R 31/00, №2005128914; заявл. 15.09.2005; опубл. 10.07.2008. Бюл. №19. Гаджибабаев Г.Р., Гайдаров P.M.) передачи информации об участке междуфазного короткого замыкания.

ФИНКЗ состоит из приемного (ПрУ1), устанавливаемого на подстанции, и передающих (ПУ2, ПУ3, ПУ4) устройств, устанавливаемых на опорах высоковольтной линии Л5. ПУ и ПрУ соединяются с фазами линии через высоковольтные резисторы (ВВС) 4-6 мОм. В рабочем режиме линии через них ПУ получает питание. При коротком замыкании в точке К1 магнитное поле тока короткого замыкания охватывает ПУ3 и он, срабатывая, после отключения линии за счет накопленной энергии посылает в линию импульсы постоянного напряжения за заданный интервал времени, отсчитываемый от момента короткого замыкания, и по этому признаку ПрУ1 различает сработавшие ПУ.

В отличие от ФИНКЗ в предлагаемом устройстве срабатывают по факту снижения междуфазного напряжения ниже уставки все ПУ отключенного фидера и при этом согласно фиг.1а магнитное поле тока короткого замыкания охватывает только ПУ3 и его выходное напряжение U₂ согласно фиг.2 имеет положительный знак, а напряжения U₁, U₃ остальных передающих устройств имеют отрицательный знак.

В передающих устройствах в момент снижения междуфазного напряжения ниже уставки измеряются и запоминаются минимальные значения междуфазных напряжений в виде ортогональных значений, измеренных через четверть периода промышленного тока (векторные значения).

При коротком замыкании фаз А и В в точке К1 и при неуспешном автоматическом повторном включении линии (АПВ) в момент t₁ открывается канал приемного устройства с напряжением логической 1 U₄ и на интервалах t₃-t₂ и t₄-t₃ ПУ2 посылает в линию сигналы постоянного напряжения U₁ и длительности указанных интервалов времени находятся в линейной зависимости от значений ортогональных составляющих. Аналогично передаются в линию сигналы U₂ и U₃ в интервалы открытия соответствующих каналов приемного устройства с напряжениями U₅ и U₆.

Измерение соответствующих ортогональных составляющих напряжения на подстанции производится приемным устройством.

Принципиальная схема участка линии согласно фиг.1а приведена на фиг.1б, где по измеренным минимальным значениям векторов напряжений U _AB1, U _AB2, U _AB3 и значениям комплексных сопротивлений участков линии Z₁, Z₂, Z₃ определяют максимальные значения разностей токов фаз по выражениям

I _AB1=I _A1-I _B1=(U _AB1-U _AB2)/Z₁

I _AB3=I _A3-I _B3=(U _AB2-U _AB3)/Z₃

I _AB2=I _А2-I _B2=(I _A1-I _B1)-(I _A3-I _B3).

Далее, по известным значениям тока I _AB2, напряжения U _AB2, удельному реактивному сопротивлению x_уд участка линии с сопротивлением Z₂ определяют расстояние L от точки измерения напряжения U _AB2 до места короткого замыкания по известной формуле

L=U_AB2*sinφ₂/(I_AB2*х_уд)=z₂*sinφ₂/x_уд (км),

где - действующее значение комплексного напряжения U _AB2=А_AB2+jB_AB2 с действительной и мнимой частями A_AB2 и В_AB2 (они являются ортогональными составляющими, измеренными передающим устройством ПУ2);

- действующее значение комплексного тока I _AB2=I _A2-I _B2=(C_A2 +jD_A2)-(C_B2 +jD_B2)=(C_A2-C_B2)+(D_A2-jD_B2)=C_AB2 +jD_AB2 с действительной и мнимой частями C_AB2 и D_AB2; φ₂ - аргумент комплексного сопротивления Z₂+R_п, определяемый как разность начальных фаз напряжения ψ_u и тока ψ_i, т.е. φ₂=ψ_u-ψ_i, где

ψ_u=arctg В_AB2/А_AB2, ψ_i=arctg D_AB2/С_AB2

Как и в прототипе активное сопротивление R_п в точке короткого замыкания не вносит погрешности при измерении расстояния.

Вышеприведенные расчеты показывают, что при отсутствии ответвлений между точками измерения междуфазных напряжений ошибка определения расстояния до точки короткого замыкания отсутствует при наличии нагрузочных токов неповрежденных отпаек, в то время как в прототипе они обуславливают достаточно большие погрешности.

Источником снижения погрешности также является отсутствие необходимости измерения тока.

Вариант передающего устройства, реализующий предлагаемый способ, приведен на фиг.3.

Оно состоит из высоковольтных сопротивлений ВВС6-ВВС8, выпрямителя В9, источника информационного сигнала ИИС10, накопительной емкости С11, ключей К12-К21, логических элементов НЕ22-НЕ24, аналоговых сумматоров СУМ25-СУМ28, преобразователей переменного напряжения в постоянное ПР29-ПР33, компараторов КП34-КП36, логических элементов ИЛИ37, ИЛИ38, логических элементов И39, И40, ждущих мультивибраторов ЖМ41-ЖМ43, дифференцирующих устройств ДУ44, ДУ45, запоминающих устройств ЗУ46, ЗУ47, преобразователя напряжения в длительность импульсов ПНДИ48.

Принцип работы передающего устройства заключается в следующем.

К трем фазам Л5 с фазными напряжениями U_A, U_B, U_C подключаются ВВС6, ВВС7, ВВС8, образующие делители напряжения с СУМ25, СУМ26, СУМ27, на выходах которых выделяются сигналы линейных напряжений высоковольтной линии (ключ К12 открыт). Эти синусоидальные сигналы преобразуются на выходах ПР29, ПР30, ПР31 в постоянные напряжения, пропорциональные линейным напряжениям U_AB, U_BC, U_CA. Согласно схеме в КП34 и КП35 производится сравнение сигналов U_AB, U_BC и U_BC, U_CA соответственно. Наличие на выходах компараторов КП34 и КП35 сигналов логических 1 означает соблюдение соотношений U_AB>U_BC и U_BC>U_CA и поэтому наименьшим междуфазным напряжением оказывается U_CA. Аналогично, при соблюдении соотношений U_AB<U_BC и U_BC<U_CA на выходах компараторов получим логические 0 и наименьшим оказывается напряжение U_AB. При наличии на выходе КП34 логической 1, а на выходе КП35 логического 0 наименьшим оказывается напряжение U_BC. При указанных соотношениях соответственно появляются логические 1 на выходах И39, НЕ24 (через ИЛИ37) и И40 (через НЕ23). Выходные сигналы указанных элементов поступают на входы управления ключей К14, К15 и К16, на информационные входы которых поступают сигналы линейных напряжений U_AB, U_BC, U_CA с выходов СУМ27, СУМ25, СУМ26 соответственно. Выходы указанных ключей подсоединены к входам СУМ28 и, согласно вышеописанному, на его выходе выделяется минимальное междуфазное напряжение в виде синусоидального сигнала при коротком замыкании в линии. Далее это синусоидальное напряжение преобразуется в постоянное на выходе ПР32, поступающее на вход КП36. По факту снижения междуфазного напряжения ниже уставки (u_уст) КП36, на выходе последней появляется сигнал логической 1, открывающий К17 и на его выходе повторяется выходное напряжение СУМ28. Элемент ПР33 преобразует переменное выходное напряжение К17 в постоянное и по переднему фронту его появления на выходе ДУ44 появляется кратковременный импульс, открывающий К18 и поэтому происходит запись в ЗУ46 практически мгновенного значения (первой ортогональной составляющей) аварийного напряжения. Одновременно запускается выходным импульсом ДУ44 элемент ЖМ41, который через четверть периода промышленного тока на выходе ДУ45 формирует кратковременный импульс и через К19 в ЗУ47 происходит запись второй ортогональной составляющей. Выходной импульс ДУ44 также запускает ЖМ42 и ЖМ43, которые через фиксированные интервалы (для ПУ2 t₂ и t₄ на фиг.2) от момента короткого замыкания открывают К21 и К20 соответственно и записанные ортогональные составляющие поступают на вход ИЛИ38 и далее на вход ПНДИ48. В ПУ2 интервалы t₃-t₂ оказываются пропорциональными первой, а t₄-t₃ - второй ортогональной составляющей благодаря модуляции интервала времени в элементе ПНДИ48. Аналогичные преобразования происходят в ПУ3 и ПУ4. Выходной сигнал логической 1 ПНДИ48 закрывает К12 и открывает К13. В нормальном режиме работы линии, когда положения указанных ключей обратные, через В9 заряжаются емкости ИИС10 (до напряжения 200-400 В, передаваемого в линию) и С11 (питает схему в режиме передачи сигнала). При открытом К13 в вышеуказанные интервалы происходит передача постоянного напряжения в линию через ВВС8, принимаемая ПрУ1 на подстанции (такой метод передачи сигнала опробован в вышеуказанном устройстве ФИНКЗ).

На фиг.3 отдельно выделен блок выделения минимального междуфазного напряжения (БВММН49).

Вариант приемного устройства, реализующий предлагаемый способ приведен на фиг.4.

Оно состоит из ВВС50-ВВС52, БВММН53, ПР54, НЕ55, ЖМ56-ЖМ60, фильтра низкой частоты ФНЧ61, ДУ62, ДУ63, К64-К71, ЗУ72, ЗУ73, И74-И76, преобразователей длительности в напряжение ПДН77-ПДН79, триггеров Тг80-Тг82, исполнительных элементов ИЭ83-ИЭ90.

Принцип работы приемного устройства заключается в следующем.

Элементы ВВС50-ВВС52 подключаются к Л5 и их вторые выводы - к входным выводам БВММН53 (имеет идентичную схему с БВММН49 на фиг.3) аналогично, как и в передающем устройстве. К выходу БВММН50 (выход К17 на фиг.3) подключены элементы ПР54, ЖМ56, ДУ62, ДУ63, К64, К65, ЗУ72, ЗУ73, функционирующие аналогичным элементам фиг.3, и в результате происходит запись ортогональных составляющих напряжения Л5 на подстанции, отображаемые ИЭ83 и ИЭ84.

С другого выхода БВММН53 (см. выход КП35 на фиг.3) сигнал поступает на вход НЕ55 и при отключении линии междуфазное напряжение исчезает и на его входе появляется сигнал логического нуля, а с выхода поступает логическая 1 на вход ЖМ57 и на его выходе появляется сигнал логической 1 в момент t₁. В момент t₆ на его выходе появляется сигнал логического 0 и от спада заднего фронта импульса срабатывают ЖМ58. Согласно фиг.3 за интервал t₆-t₁ сигнал U₄ равен логической 1. На интервалах t₃-t₂ и t₅-t₄ на выходе ФНЧ61 выделяется постоянное напряжение логической 1 U₁ с выхода ПУ2, поступающее на выход И74, т.к. на обоих входах его имеются логические 1. На выходе ПДН77 далее выделяются сигналы ортогональных составляющих ПУ2, поступающие на информационные входы К66 и К67. От переднего фронта выходного напряжения ФНЧ61 (момент t₂ на фиг.2) на верхнем выходе Тг80 устанавливается логическая 1, поступающая на вход управления К66. В момент t₄ передним фронтом импульса на нижнем выходе Тг80 устанавливается логическая 1, поступающая на вход управления К67. Таким образом сигналы, пропорциональные ортогональным составляющим ПУ2 через К66 и К67 регистрируются ИЭ85 и ИЭ86. В момент t₆ от заднего фронта выходного импульса ЖМ58 срабатывает ЖМ59 и далее происходит запись ортогональных составляющих ПУ3 в ИЭ87 и ИЭ88 аналогично записи ортогональных составляющих ПУ2. Также идет запись ортогональных составляющих ПУ4 в ИЭ89 и ИЭ90.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Технический результат: повышение точности измерения расстояния до места короткого замыкания в разветвленных высоковольтных линиях. Сущность: производятся одновременные измерения ортогональных составляющих минимальных междуфазных напряжений в различных точках разветвленной высоковольтной линии при междуфазном коротком замыкании, одновременно измеряют минимальные междуфазные векторные значения. С использованием известных значений комплексных сопротивлений между этими точками определяют максимальные векторные значения разности фазных токов на этих участках. Используя их, находят максимальную разность фазных токов поврежденного участка, расположенного в ближайшей окрестности точки короткого замыкания. Определяют расстояние до точки короткого замыкания от ближайшей к ней точки измерения напряжения, где протекает полученный ток. При таком расчете учитываются токи нагрузок неповрежденных фаз и точность расчета расстояния повышается. При этом не требуется измерение токов и отпадает необходимость использования трансформаторов тока, работающих в нелинейных режимах при больших токах короткого замыкания. 4 ил.

Способ измерения расстояния до места короткого замыкания в высоковольтных электрических сетях, заключающийся в измерении минимального значения вектора напряжения аварийного режима и определении отношения реактивной составляющей напряжения к току, отличающийся тем, что одновременно измеряют минимальные междуфазные векторные значения напряжений линии в различных точках и с использованием известных значений комплексных сопротивлений между этими точками определяют максимальные векторные значения разности фазных токов на этих участках, используя которые, находят максимальную разность фазных токов поврежденного участка, расположенного в ближайшей окрестности точки короткого замыкания; определяют расстояние до точки короткого замыкания от ближайшей к ней точки измерения напряжения, где протекает полученный ток.