СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ В ЛИНИЯХ НЕЙТРАЛИ, СОЕДИНЯЮЩИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПОДСТАНЦИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2013 года по МПК G01R31/08 

Область техники

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места повреждения (ОМП) в линиях нейтралей, соединяющих средние точки преобразовательных подстанций электропередач постоянного тока (ППТ) высокого напряжения.

Уровень техники

В последнее время из-за ужесточения нормирования длительности протекания постоянного тока несимметрии ППТ по земле, связанного с необходимостью защиты от коррозии подземных (подводных) трубопроводов, в схемах ППТ применяют так называемый металлический возврат постоянного тока.

Для этого «средние» точки преобразовательных подстанций биполярных ППТ соединяют воздушными линиями (нейтраль), с проводами, обычно подвешенными на тех же опорах, на которых подвешиваются провода полюсов линии. Причем, для повышения надежности передачи используют две параллельные линии, так, как это сделано, например, на ППТ Kii Channel [1] (см. фиг.1).

В схеме ППТ с двумя параллельными воздушными линиями в нейтралях возможны грозовые перекрытия изоляции этих линий, сопровождающиеся ответвлением постоянного тока несимметрии нагрузок полюсов ППТ в землю с замыканием ответвившегося тока через заземление преобразовательной подстанции (см. фиг.2). Опасность такого процесса связана с возможностью длительного горения дуги постоянного тока и повреждением изоляции и проводов.

Релейная защита линии постоянного тока должна при этом подавать сигнал на коммутационные аппараты, установленные в линиях нейтралей для отключения поврежденного провода. После чего требуется определить место повреждения на нейтралях.

Известен способ определения замыкания на землю в параллельных проводах [2], однако он требует применения постороннего источника питания и сложных перекоммутаций проводов.

Известен также способ [3], принятый нами за прототип, в котором определение места повреждения на параллельных связях переменного тока производят путем определения разности тока каждой фазы, полученного с одного конца линии и тока этой же фазы, полученного с другого конца, сравнения этой разности с уставкой и определения поврежденной фазы и места повреждения.

Недостатком способа [3] при применении его на линиях нейтралей ППТ является низкая достоверность определения места повреждения. Связано это с другим характером распределения токов в линиях нейтралей ППТ и с влиянием переходного сопротивления в месте к.з., поскольку величина этого сопротивления неизвестна.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является повышение достоверности дистанционного определения места повреждения в линиях нейтральных проводов ППТ при коротких замыканиях на землю.

Указанная цель достигается фиксацией текущих мгновенных значений токов по концам участков нейтралей ППТ, выделением в них постоянных составляющих и вычислением расстояния до места повреждения с учетом активных сопротивлений проводов нейтрали.

Сущность заявляемого способа состоит в том, что для определения места повреждения, вызванного коротким замыканием на землю, нейтрального провода учитывается распределение токов в линиях нейтралей ППТ по соотношению активных сопротивлений участков нейтрального провода и определяется расстояние до места повреждения на основе учета погонных активных сопротивлений нейтральных проводов.

Для реализации заявляемой сущности изобретения после появления постоянного тока в заземляющем проводе средней точки преобразовательной подстанции, фиксируют текущие мгновенные значения аварийных токов по концам каждого нейтрального провода, выделяют в них постоянные составляющие и вычисляют расстояние до места повреждения с учетом активных сопротивлений проводов нейтралей по формуле (I):

$$l_x=\frac{r_1\cdot i_{11}-r_2\cdot i_{21}}{r_0\cdot \left(i_{22}-i_{21}\right)},(1)$$

где r₁ - активное сопротивление неповрежденного нейтрального провода,

r₂ - активное сопротивление поврежденного нейтрального провода,

r₀ - погонное активное сопротивление нейтральных проводов,

i₁₁ - постоянная составляющая тока в начале неповрежденного нейтрального провода,

i₂₁ - постоянная составляющая тока в начале поврежденного нейтрального провода,

i₂₂ - постоянная составляющая тока в конце поврежденного нейтрального провода.

Осуществление изобретения

Сущность заявляемого изобретения поясняется фигурами 2, 3, 4.

На фиг.2 изображена схема биполярной передачи постоянного тока высоковольтной воздушной линии (ВЛ) с двумя нейтральными линиями. На схеме приведены преобразователи 1-4 полуцепей ППТ, линейные реакторы 5-8, полюсные провода 9, 10 ВЛ, провода нейтралей 11, 12, трансформаторы тока 13-16 в линиях нейтралей по концам, датчик 17 тока в цепи заземления 18 средней точки одной из преобразовательных подстанций, датчик 19 напряжения нейтрали.

При коротком замыкании на одном из нейтральных проводов часть тока линии нейтрали, например 12, ответвляется и через заземление 20 опоры и заземление 18 средней точки преобразовательной подстанции возвращается в схему нейтралей ППТ.

На фиг.3 изображены микропроцессорные блоки обработки сигналов аварийного процесса 21-24. При аварии появляется постоянный ток в заземлении 18 нейтрали, который с датчика 17 поступает на вход блока 21 предварительной обработки сигнала i₃. В блоке 21 анализируют ток i₃ и, при превышении им заданного уровня, подают сигнал на запуск блока 22 обработки сигналов i₁₁, i₁₂, i₂₁, i₂₂ в течение заданного времени Т. Полученные в блоке 22 значения постоянных составляющих токов i₁₁, i₁₂, i₂₁, i₂₂ передаются в блок 23 вычисления расстояния до места повреждения, результат вычисления выводится на экран (табло) 24. Последовательность действий контролируется процессором 25.

В качестве примера реализации способа приводим осциллограммы, полученные на цифровой модели проектируемой ППТ ЛАЭС-2 - ПС Выборгская, в которой предполагается использовать описанную выше схему линий нейтрали (фиг.4).

Цифровая модель ППТ ЛАЭС-2 - ПС Выборгская (в среде ЕМТР) отражает линию постоянного тока с 12-фазными преобразователями по схеме фиг.2. При к.з. на расстоянии 50 км от инверторной ПС осциллограммы токов линии нейтрали соответствуют приведенным на фиг.4.

Постоянные составляющие токов, определенные расчетом составили:

i₁₁=-882,1 A, i₁₂=-882,1 A, i₂₁=-916,3 А, i₂₂=-833 А, i₃=83 А.

Расчет расстояния до места к.з. с учетом параметров проводов нейтрали приводит к результату: l_x=50,2 км

Источники информации

1. Hasegawa Т. et.al. «System design of the Kii Channel HVDC link», CIGRE, 14-103, 1996

2. «Method for detecting ground-fault point in trolley power transmission line», JP 2000284016 (A), 2000

3. «Method and device for locating fault point», JP 3107776 (A), 1991

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места повреждения (ОМП) в линиях нейтралей, соединяющих средние точки преобразовательных подстанций электропередач постоянного тока (ППТ) высокого напряжения. Технический результат: повышение достоверности дистанционного определения места повреждения в линиях нейтральных проводов ППТ при коротких замыканиях на землю. Сущность: фиксируют по концам каждой линии нейтрали (11, 12) текущие мгновенные значения аварийных токов, выделяют в них постоянные составляющие и вычисляют расстояние до места повреждения по соотношению активных сопротивлений участков нейтрального провода согласно формуле:

$$l_x=\frac{r_1\cdot i_{11}-r_2\cdot i_{21}}{r_0\cdot (i_{22}-i_{21})}$$

где r₁ - активное сопротивление неповрежденного нейтрального провода, r₂ - активное сопротивление поврежденного нейтрального провода, r₀ - погонное активное сопротивление нейтральных проводов, r₁₁ - постоянная составляющая тока в начале неповрежденного нейтрального провода, r₂₁ - постоянная составляющая тока в начале поврежденного нейтрального провода, r₂₂ - постоянная составляющая тока в конце поврежденного нейтрального провода. 4 ил.

Способ определения места повреждения на параллельных линиях нейтрали электропередачи постоянного тока, соединяющих средние точки преобразовательных подстанций, причем средняя точка одной из подстанций присоединена к защитному заземлению, заключающийся в том, что фиксируют по концам каждой линии нейтрали текущие мгновенные значения аварийных токов, выделяют в них постоянные составляющие и вычисляют расстояние до места повреждения по формуле
$$l_x=\frac{r_1\cdot i_{11}-r_2\cdot i_{21}}{r_0\cdot (i_{22}-i_{21})},$$
где r₁ - активное сопротивление неповрежденного нейтрального провода,
r₂ - активное сопротивление поврежденного нейтрального провода,
r₀ - погонное активное сопротивление нейтральных проводов,
i₁₁ - постоянная составляющая тока в начале неповрежденного нейтрального провода,
i₂₁ - постоянная составляющая тока в начале поврежденного нейтрального провода,
i₂₂ - постоянная составляющая тока в конце поврежденного нейтрального провода.