СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2013 года по МПК G01R31/08 

Область техники

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть применено для определения места повреждения (ОМП) при коротком замыкании (КЗ) на линии электропередачи переменного тока, содержащей датчики напряжения и тока, установленные по концам линии.

Уровень техники

Известен способ [1] ОМП при коротких замыканиях на линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения, содержащей фильтры высших гармонических составляющих напряжения, заключающийся в регистрации формы кривой напряжения поврежденного полюса передачи, выделении из нее информативной части аварийной составляющей, определении ее спектральной характеристики и выделении в ней частоты f₀ с наибольшей амплитудой напряжения, соответствующей колебательному процессу разряда линии через место повреждения, при этом дополнительно определяют затухание α₀ колебательного процесса для переходной составляющей напряжения частоты f₀ и, учитывая величину эквивалентной индуктивности преобразователя L_П и параметры фильтров высших гармонических составляющих, определяют расстояние как вещественную часть величины:

где

- комплексный коэффициент;

- комплексный коэффициент;

- комплексный коэффициент;

P=-α₀+j·2·π·f₀ - оператор;

- операторное выражение проводимости схемы замещения фильтров высших гармоник;

- скорость электромагнитной волны в контуре «провод-земля» на частоте f₀, км/с;

C₀, L₀, r₀ - погонные параметры линии в контуре «провод-земля» на частоте f₀;

L_П - индуктивность цепи преобразователя;

- затухание колебательного процесса разряда линии;

A₁, A₂ - следующие друг за другом амплитуды переходной составляющей напряжения;

Δt - интервал времени между амплитудами A₁ и A₂.

Указанный способ позволяет определить расстояние до места повреждения в воздушной линии постоянного тока. Недостатком этого способа является увеличение погрешности ОМП при наличии значительного переходного сопротивления (как правило, активного), существенно увеличивающего затухание свободной составляющей напряжения КЗ участка. Это связано с тем, что при увеличении активного сопротивления в цепи КЗ, увеличивается затухание и вещественная составляющая корня характеристического уравнения схемы замещения линии становится соизмеримой по величине с мнимой составляющей этого корня, отражающей частоту колебаний. Между тем, величиной переходного сопротивления может оказаться не только наиболее вероятное сопротивление заземления опоры ВЛ (случай перекрытия на опору), но и сопротивление, возникающее в цепи тока КЗ, при перекрытии на деревья вдоль трассы ВЛ. Если величина сопротивления заземления опоры ВЛ, как известно, нормируется ПУЭ (в пределах 10-30 Ом), то сопротивление дерева величина неопределенная и может в принципе оказаться выше этих значений.

Сущность изобретения

Целью изобретения является повышение достоверности определения расстояния до места повреждения в линии переменного тока.

Сущность предлагаемого способа ОМП состоит в учете влияния на определяемое расстояние до места повреждения величины переходного сопротивления в месте КЗ на линии переменного тока.

Предлагаемый способ определения места повреждения при коротких замыканиях на линии электропередачи переменного тока высокого напряжения, содержащей датчики напряжения и тока, установленные по концам линии, заключается в регистрации формы кривых напряжения и тока в течение процесса отключения поврежденной фазы линии выключателями, выделении из зарегистрированной формы тока фазы линии момента прерывания аварийного тока, выделении из зарегистрированной формы фазного напряжения свободной составляющей разряда короткозамкнутого участка линии, анализе спектральной характеристики указанной свободной составляющей, определении затухания огибающей свободной составляющей напряжения (α_изм), выделении в спектральной составляющей частоты f₀ с наибольшей амплитудой напряжения, определении величины переходного сопротивления в месте КЗ для повышения точности определения места повреждения в связи с чем определяют предварительное значение короткозамкнутого участка l' (расстояние до места КЗ) с учетом погонных параметров линии для частоты f₀ по формуле:

где

- комплексный коэффициент;

- комплексный коэффициент;

C=1;

p=-α_изм+j·2·π·f₀ - оператор;

C₀, L₀, r₀ - погонные параметры линии на поврежденном участке для частоты f₀;

- затухание колебательного процесса разряда линии;

A₁, A₂ - следующие друг за другом амплитуды переходной составляющей напряжения;

Δt - интервал времени между амплитудами A₁ и A₂;

после чего определяют значение переходного сопротивления в месте к.з. по формуле:

где - соответственно полные индуктивность и активное сопротивление короткозамкнутого участка линии длиной l' для частоты f₀,

после чего вычисляют расстояние до места повреждения на линии с учетом переходного сопротивления R_П по формуле:

где

- комплексный коэффициент;

- комплексный коэффициент;

С=1+p·C_Д·R_П - комплексный коэффициент;

p=-α_изм+j·2·π·f₀ - оператор;

C_д - емкость датчика;

R_П - переходное сопротивление.

Осуществление изобретения

Осуществление способа ОМП поясняется на фиг.1, где представлено устройство ОМП в схеме линии переменного тока, снабженной датчиками напряжения и тока, установленными по концам линии.

На фиг.1 обозначены: 1 - трехфазная линия переменного тока, 2 - датчики напряжения (емкостные делители, конденсаторы связи), 3 - датчики (трансформаторы) тока, 4 - система переменного тока, 5 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 6 - запоминающее устройство (ЗУ), 7 - микропроцессорный блок, 8 - панель (дисплей) оператора, 9 - выключатель.

Выход емкостного делителя напряжения каждой фазы линии 2 присоединяется к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 5, к которому подключается и выход трансформатора тока 3. Выход АЦП 5 подключен к блоку запоминающего устройства 6, выход которого соединен с блоком микропроцессорного устройства 7. Блоки 6, 7, 8 объединены через шины адреса и управления в вычислительный комплекс.

Устройство, реализующее предлагаемый способ ОМП, работает следующим образом.

Сигналы, пропорциональные напряжению и току в фазах линии 1, снимаемые с делителя 2 и трансформатора 3 соответственно, подаются на вход АЦП 5, с выхода которого поступают в ЗУ 6.

В случае аварии (короткого замыкания) на линии по факту превышения сигнала тока с датчика 3 нормальных значений микропроцессор 7, в котором анализируют значения тока фаз линии, запускает программу регистрации формы кривых напряжения и тока в течение заданного промежутка времени (Т). В соответствии с программой работы блок 7 по истечении времени Т прерывает считывание сигналов, поступающих на вход АЦП 5, фиксирует момент прерывания аварийного тока (t_п) в сигнале датчика тока 3 и производит выделение информативной части аварийной составляющей сигнала напряжения с датчика 2, следующей за моментом прерывания тока (t_п) в аварийной фазе. Дальнейший расчет спектральной характеристики сигнала напряжения и выявления в ней частотной составляющей f₀ и затухания α_изм производят аналогично способу [1]. Затем в блоке 7 выявляют соответствующие частоте f₀ табулированные значения скорости распространения волновой составляющей, погонные линейные параметры C₀, L₀, r₀ и по формуле (1) вычисляют предварительное расстояние до места повреждения (l'), определяют по формуле (2) значение переходного сопротивления в месте короткого замыкания R_п и по формуле (3) вычисляют искомое расстояние до места повреждения, результат выводится на панель оператора 8.

Для реализации такого способа по нашим оценкам требуется дискретность считывания АЦП порядка 5-10 мкс, что позволит определить расстояние до места повреждения даже для близких к подстанции КЗ (в пределах 3-4 км) с хорошей точностью.

Предлагаемый способ ОМП был опробован на основе информации, которая извлекалась из имеющихся в НИИПТ осциллограмм аварийных процессов на линиях переменного тока 330 кВ, примыкающих к ПС Выборгская, полученных при дискретности записи 1 мс (осциллограф БАРС).

При коротком замыкании линии (Л-421) на расстоянии 88 км от подстанции получены кривые токов в фазах линии и кривая напряжения поврежденной фазы А, приведенные на фиг.2. Частота f₀ с наибольшей амплитудой составляет приблизительно 800 Гц. Погонные параметры для этой линии составляют С₀=0,01086 мкФ/км, L₀=1,045 мГн/км, r₀=0,1 Ом/км. Затухание для информативной части кривой аварийного напряжения (на фиг.2 по времени следует после прерывания тока фазы линии), определенное по формуле

составило α₀=-215 рад/с.

Подставив в (1) p=-215+j*2*π*800, получим l'=92,047-j*2,583. Подставив вещественную часть l' в (2), получим величину переходного сопротивления: R_П=17,3 Ом. Учитывая величину переходного сопротивления в (3), получим lx=92,025+j*2,583, то есть расстояние до места повреждения составило 92,025 км. Поправка из-за учета R_П невелика - 0,022 км. Но это объясняется тем, что переходное сопротивление соответствует нормируемой величине сопротивления заземления опоры.

Во втором примере, при коротком замыкании линии (Л-473) на расстоянии 110 км от подстанции получены кривые токов в фазах линии и кривая напряжения поврежденной фазы А, приведенные на фиг.3. Частота f₀ с наибольшей амплитудой составляет приблизительно 655 Гц. Погонные параметры линии составляют С₀=0,01086 мкФ/км, L₀=1,045 мГн/км, r₀=0,1 Ом/км. Затухание для кривой аварийного напряжения на фиг.3, определенное аналогично предыдущему, составило α₀=-161,8 рад/с.

Подставив в (1) p=-161,8+j*2*π*655, получим l'=115,089-j*2,441. Подставив вещественную часть (1) в (2), получим величину переходного сопротивления: R_П=13,4 Ом. Как и в предыдущем случае это соответствует сопротивлению заземления опоры. Учитывая величину переходного сопротивления в (3), получим lx=115,07+j*3,32. Несмотря на то что, дискретность записи данных рассмотренной осциллограммы (1 мс) существенно превышает желаемую (5-10 мкс), расстояние до места повреждения, определенное с помощью предлагаемого алгоритма (115,07 км), оказалось близким к определенному существующими на ПС Выборгская средствами (110 км); погрешность составила 4,6%.

Таким образом, показана работоспособность способа на примерах реальных осциллограмм и, понятно, что для достижения большей точности ОМП желательно уменьшение дискретности АЦП против той, что обеспечивает использованная система осциллографирования (БАРС).

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU №1777104 A1, кл. G01R 31/08

Использование: в электроэнергетике для определения места короткого замыкания на линии электропередачи переменного тока. Технический результат: повышение достоверности определения расстояния до места повреждения в линии электропередачи. Сущность: способ заключается в регистрации формы кривых напряжения и тока в течение процесса отключения поврежденной фазы линии выключателями, выделении из зарегистрированной формы тока фазы линии момента прерывания аварийного тока, выделении из зарегистрированной формы фазного напряжения свободной составляющей разряда короткозамкнутого участка линии, анализе спектральной характеристики указанной свободной составляющей, определении затухания огибающей свободной составляющей напряжения, выделении в спектральной составляющей частоты f₀ с наибольшей амплитудой напряжения, определении предварительного значения длины короткозамкнутого участка с учетом погонных параметров линии для частоты f₀, определении значения переходного сопротивления в месте короткого замыкания и определении расстояния до места повреждения на линии как вещественной части величины, рассчитанной по формуле:

где A, B, C - комплексные коэффициенты, зависящие от погонных параметров линии и оператора вида p=-α_изм+j·2·π·f₀. 3 ил.

Способ определения места повреждения при коротких замыканиях на землю в воздушной линии переменного тока, заключающийся в регистрации формы кривых напряжения и тока в течение процесса отключения поврежденной фазы линии выключателями, выделении из зарегистрированной формы тока фазы линии момента прерывания аварийного тока, выделении из зарегистрированной формы фазного напряжения после момента прерывания тока свободной составляющей разряда короткозамкнутого участка линии, анализе спектральной характеристики указанной свободной составляющей, определении затухания огибающей свободной составляющей напряжения, выделении в спектральной составляющей частоты f₀ с наибольшей амплитудой напряжения, определении предварительного значения длины короткозамкнутого участка l' с учетом погонных параметров линии для частоты f₀ по формуле:

где - комплексный коэффициент;
комплексный коэффициент;
C=1;
p=-α_изм+j·2·π·f₀ - оператор;
С_д - емкость датчика напряжения;
l' - длина короткозамкнутого участка линии;
C₀, L₀, r₀ - погонные параметры линии на поврежденном участке;
- затухание колебательного процесса разряда линии;
A₁, A₂ - следующие друг за другом амплитуды переходной составляющей напряжения;
Δt - интервал времени между амплитудами A₁ и А₂, определении значения переходного сопротивления в месте к.з. по формуле:

где , - соответственно полные индуктивность и активное сопротивление короткозамкнутого участка линии длиной l,
и определении уточненного расстояния до места повреждения на линии как вещественной части величины, рассчитанной по формуле:

где - комплексный коэффициент;
- комплексный коэффициент;
С=1+p·C_д·R_П - комплексный коэффициент;
p=-α_изм+j·2·π·f₀ - оператор;
C_д - емкость датчика;
R_П - переходное сопротивление.