СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2014 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и предназначено для реализации в устройствах определения места повреждения разветвленных линий электропередач (ЛЭП).

Известен «Способ определения места повреждения распределительных сетей» [Патент РФ №2368912, МПК G01R 31/08, опубл. БИ №27 от 27.09.2009], по которому в исследуемую линию генерируют зондирующие импульсы, принимают отраженные сигналы и место повреждения точно и однозначно определяют по отсутствию отраженного импульса с информационным признаком, индивидуализирующим, по крайней мере, конкретное ответвление, в котором согласно предложению в качестве зондирующих импульсов используют дискретно-кодированные сигналы, а в качестве информационного признака, индивидуализирующего конкретное ответвление или фазу ответвления, используют согласованную фильтрацию дискретно-зондированного сигнала на концах линии.

Недостатком способа является большое затухание зондирующих сигналов и соответственно невозможность использования на длинных линиях с многими ответвлениями.

Известны волновые способы определения места повреждения линии электропередач [Например, Г.М. Шалыт Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоатомиздат, 1982. стр.18-22].

Они основаны на измерении времени между моментами достижения концов линии фронтами электромагнитных волн, возникающих в месте повреждения.

Однако непосредственно использовать эти способы на разветвленной линии электропередачи невозможно. На таких линиях имеет место неоднозначность ответвления, на котором произошло повреждение.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является «Способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной линии электропередач, способ определения места междуфазного короткого замыкания в разветвленной воздушной линии электропередач и устройство контроля тока и напряжения для их осуществления» [Патент РФ №2372624, МПК G01R 31/08, опубл. 10.11.2009]. Способ определения однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП с изолированной нейтралью, заключается в том, что фиксируют время прихода переднего фронта импульса, в начале ЛЭП и в конце каждого ответвления устанавливают на проводах высоковольтной ЛЭП устройства контроля тока и напряжения, число которых на единицу больше числа контролируемых веток, в качестве импульсов используют скачок фазного напряжения, одновременно всеми устройствами регистрируют время прохождения скачка фазного напряжения в единой шкале времени, синхронизированной от спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования, передают зарегистрированные времена в диспетчерский центр для их автоматической обработки, где для зафиксированных времен от каждой пары устройств контроля тока и напряжения разностно-дальномерным способом определяют поврежденную ветку, а для зафиксированных времен от пары устройств контроля тока и напряжения, одно из которых находится на поврежденной ветке, разностно-дальномерным способом определяют место повреждения на этой ветке.

Недостатком способа-прототипа является низкая точность определения места повреждения разветвленной линии электропередачи.

Низкая точность определения места повреждения способа-прототипа связана с зависимостью точности расчета расстояния до повреждения от скорости распространения импульса электромагнитных волн по ЛЭП.

Скорость распространения импульса электромагнитных волн по ЛЭП определяется реактивными параметрами линии (индуктивность и емкость) и не является постоянной. В частности, емкость ЛЭП зависит от температурного и влажностного состояния атмосферы, сопротивления Земли и др. и изменяется не только при смене времен года, но и при перемене погодных условий. Так, диапазоны изменения скорости распространения электромагнитных волн по различным волновым каналам (фаза-фаза, фазы-земля и др.) приведены, например, в [Микуцкий Г.В., Скитальцев B.C. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. Учебник для учащихся энергетических и энергостроительных техникумов. Изд. 2-е., переработ. и доп.- М.: «Энергия», 1977. стр.68].

Поэтому способ определения места повреждения разветвленной линии электропередачи, в котором при расчетах не используется случайным образом изменяющаяся скорость распространения скачка напряжения, будет обладать большей точностью.

Задача изобретения - повышение точности способа определения места повреждения разветвленной линии электропередачи.

Поставленная задача реализуется способом определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП заключающимся в том, что фиксируют время прихода переднего фронта импульса, в начале ЛЭП и в конце каждого ответвления устанавливают на проводах высоковольтной ЛЭП устройства контроля тока и напряжения, число которых на единицу больше числа контролируемых веток, в качестве импульсов используют скачок фазного напряжения, одновременно всеми устройствами регистрируют время нахождения скачка фазного напряжения в единой шкале времени, синхронизированной от спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования, передают зарегистрированные времена в диспетчерский центр для их автоматической обработки, где для зафиксированных времен от каждой пары устройств контроля тока и напряжения разностно-дальномерным способом определяют поврежденную ветку, а для зафиксированных времен от пары устройств контроля тока и напряжения, одно из которых находится на поврежденной ветке, разностно-дальномерным способом определяют место повреждения на этой ветке. Согласно предлагаемому способу при определении места повреждения разностно-дальномерным способом не используют скорость распространения импульса (скачка напряжения) по ЛЭП, а используют зафиксированные времена прихода импульса к концам на поврежденных участках ЛЭП.

Предлагаемый способ определения места повреждения разветвленной линии электропередачи может быть реализован устройством, реализующим способ-прототип [Патент РФ №2372624, МПК G01R 31/08, опубл. 10.11.2009].

На фиг.1 представлена структурная схема разветвленной линии электропередачи, поясняющая определение места повреждения согласно предлагаемому способу.

Способ реализуется следующим образом.

При осуществлении способа определения места повреждения разветвленной линии электропередачи используется многосторонняя локация как в начале ЛЭП, так и в конце каждого ответвления. В момент повреждения ЛЭП возникает скачок напряжения и распространяются волны напряжения к концам линии. Эти волны напряжения регистрируются соответствующими устройствами контроля тока и напряжения, в состав которых входят приемники спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования. Устройства устанавливают в начале ЛЭП и в конце каждого ответвления. В устройствах осуществляется измерение времени распространения скачка напряжения от повреждения до каждого из концов ЛЭП, причем измерения производятся синхронизированно, в единой шкале времени. Параметры зарегистрированных сигналов (скачков) напряжения с использованием режима ретрансляции радиомодемов передаются в диспетчерский центр для последующей автоматической обработки.

Сначала на диспетчерском центре определяется поврежденное ответвление. Выбор поврежденного ответвления осуществляется разностно-дальномерным способом, аналогично способу-прототипу. При этом могут учитываться, например, следующие соображения. Из всех пар устройств контроля тока напряжения выбирается такая, к которой зарегистрированные времена распространения фронта скачка напряжения по ЛЭП являются наименьшим. Используя конструктивные особенности линии (длины ответвлений) и учитывая соотношение времен фиксации фронта напряжения, можно определить поврежденное присоединение.

В дальнейшем реализуется определение места повреждения по уточненным алгоритмам для выбранного ответвления ЛЭП. Для этого используются знания точных линейных координат ответвлений ЛЭП, а также регистрация на концах ответвлений времени прихода фронта скачка напряжения.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа определения места повреждения разветвленной линии электропередачи на примере ЛЭП (фиг.1). Пусть повреждение произошло на ответвлении (7) к подстанции (ПС) 2. Тогда, используя зарегистрированные времена фиксации фронта скачка напряжения T_j и T_i на ПС 1 и ПС 2 для i-го и j-го ответвлений (устройств контроля тока и напряжения), расстояние x от места повреждения до i-го устройства контроля тока и напряжения согласно способа-прототипа можно определить согласно выражения

$$x=\frac{L_i+L_j+P_{ij}+\upsilon \left(T_i-T_j\right)}{2},(1)$$

где υ - скорость распространения скачка напряжения по ЛЭП; L_i - длина i-го ответвления; L_j - длина j-го ответвления; P_ij - расстояние между началом i-го и j-го ответвления по магистрали ЛЭП.

Для примера (фиг.1) выберем в качестве опорного участок ЛЭП между ПС 1 и ПС 3 (устройствами контроля тока и напряжения с индексами j и m). При этом вне зависимости от места повреждения на i-ом ответвлении к ПС 2 имеет место равенство

T_j·υ-T_m-υ=(L_j+P_ij)-(L_m+P_im),

где T_m - время фиксации фронта скачка напряжения устройством контроля тока и напряжения с индексом m (ПС 3); L_m - длина ответвления т к ПС 3; P_im - расстояние между началом i-го и m-го ответвления по магистрали.

После несложных преобразований получаем

$$\upsilon =\frac{L_j+P_{ij}-L_m-P_{im}}{T_j-T_m}.(2)$$

Подставляя (2) в (1), получаем соотношение для расчета расстояния х до места повреждения

$$x=\frac{\left(L_i+L_j+P_{ij}\right)\cdot \left(T_j-T_m\right)+\left(L_j+P_{ij}+L_m+P_{im}\right)\cdot \left(T_j-T_m\right)}{2\cdot \left(T_j-T_m\right)}$$

Дальнейшее повышение точности способа определения места повреждения разветвленной линии электропередачи целесообразно реализовать путем использования нескольких опорных участков. Для рассматриваемого примера (фиг.1) в вычислительные процедуры могут быть включены уравнения, связанные с ответвлением с индексом n (ПС 4).

Справедливы следующие равенства

(T_j-T_m)υ=L_j+P_ij-L_m-P_im;

(T_j-T_n)υ=L_j+P_ij-L_n-P_im

(T_m-T_n)υ=L_m+P_im-L_n-P_in;

и оценки скорости

$$\upsilon =\frac{L_j+P_{ij}-L_m-P_{im}}{\left(T_j-T_m\right)}$$ ;

$$\upsilon =\frac{L_j+P_{ij}-L_n-P_{in}}{\left(T_j-T_n\right)}$$ ;

$$\upsilon =\frac{L_m+P_{im}-L_n-P_{in}}{\left(T_m-T_n\right)}$$ .

В последующем для получения более точного значения скорости υ (и соответственно более точного определения места повреждения ЛЭП) оценки скорости по каждому из представленных равенств могут быть усреднены. Однако может быть реализован и более сложный алгоритм получения уточненного значения скорости, например, с использованием метода наименьших квадратов, или другие подходы, использующие избыточную информацию о значении параметра. При любом из указанных вариантов в последующем предполагается подстановка уточненного значения скорости υ в выражение (1).

Таким образом, предлагаемый способ определения места повреждения разветвленной линии электропередачи использует большее число измерений устройствами контроля тока и напряжения по сравнению со способом-прототипом, а также позволяет исключить из процедуры определения места повреждения неизвестный (случайный) фактор - скорость распространения фронта скачка напряжения по ЛЭП и поэтому обладает повышенной точностью.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и предназначено для реализации в устройствах определения места повреждения разветвленных линий электропередачи. Технический результат: повышение точности определения места повреждения. Сущность: в начале ЛЭП и в конце каждого ответвления устанавливают на проводах ЛЭП устройства контроля тока и напряжения, число которых на единицу больше числа контролируемых веток. Одновременно всеми устройствами регистрируют время прохождения скачка фазного напряжения в единой шкале времени, синхронизированной от спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования. Передают зарегистрированные времена в диспетчерский центр для их автоматической обработки. Для зафиксированных времен от каждой пары устройств контроля тока и напряжения разностно-дальномерным способом определяют поврежденную ветку. Для зафиксированных времен от пары устройств контроля тока и напряжения, одно из которых находится на поврежденной ветке, разностно-дальномерным способом определяют место повреждения на этой ветке. При определении места повреждения используют зафиксированные времена прихода импульса к концам ответвлений ЛЭП, а также длины ответвлений и расстояния между началами ответвлений. 1 ил.

Способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной ЛЭП, заключающийся в том, что фиксируют время прихода переднего фронта импульса, в начале ЛЭП и в конце каждого ответвления устанавливают на проводах высоковольтной ЛЭП устройства контроля тока и напряжения, число которых на единицу больше числа контролируемых веток, в качестве импульсов используют скачок фазного напряжения, одновременно всеми устройствами регистрируют время прохождения скачка фазного напряжения в единой шкале времени, синхронизированной от спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования, передают зарегистрированные времена в диспетчерский центр для их автоматической обработки, где для зафиксированных времен от каждой пары устройств контроля тока и напряжения разностно-дальномерным способом определяют поврежденную ветку и определяют место повреждения, отличающийся тем, что место повреждения определяют в соответствии с соотношением
$$x=\frac{\left(L_i+L_j+P_{ij}\right)\cdot \left(T_j-T_m\right)+\left(L_j+P_{ij}+L_m+P_{im}\right)\cdot \left(T_j-T_m\right)}{2\cdot \left(T_j-T_m\right)}$$ ,
где i - индекс поврежденного ответвления, а j и m - индексы неповрежденных ответвлений; L _i, L _j, L _m - соответственно длины i-го, j-го и m-го ответвлений; P _ij - расстояние между началом i-го и j-го ответвления по магистрали ЛЭП, а P _im - расстояние между началом i-го и m-го ответвления по магистрали ЛЭП; T _i, T _j и T _m - зарегистрированные времена фиксации фронта скачка напряжения на соответствующих устройствах контроля тока и напряжения для i-го, j-го и m-го ответвлений.