СПОСОБ АДАПТИВНОГО ОДНОФАЗНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОВТОРНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2014 года по МПК H02H3/06 

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для осуществления адаптивного однофазного автоматического повторного включения (АОАПВ) воздушных линий электропередачи (ВЛЭП) переменного тока высокого напряжения, не оснащенных шунтирующими реакторами или отключенными в паузе ОАПВ.

Известен способ АОАПВ ВЛЭП переменного тока /Процессы при однофазном автоматическом повторном включении линий высоких напряжений / Под ред. М.Л. Левинштейна. - М.: Энергоатомиздат, 1991/, при котором факт самогашения дуги подпитки (вторичной дуги) после отключения линейных выключателей поврежденной фазы устанавливают, анализируя действующее значение восстанавливающегося напряжения на отключенной фазе. В режиме горения дуги подпитки напряжение на отключенной фазе в подавляющем большинстве аварийных случаев меньше, чем после погасания дуги. Однако при значительном перетоке мощности по ВЛЭП (при значительном угле δ) и коротком замыкании на конце, противоположном месту измерения фазного напряжения на линии, последнее в режиме горения дуги подпитки (т.е. замыкания на «землю») может быть соизмеримым или даже превышать восстанавливающееся напряжение после самогашения дуги подпитки, что обусловлено значительной продольной ЭДС, наводимой в отключенной фазе ЛЭП токами в неповрежденных фазах. Это приводит к невозможности надежного установления факта самогашения дуги подпитки и последующего быстрого повторного включения линейных выключателей поврежденной (отключенной) фазы.

Известен также способ АОАПВ ВЛЭП переменного тока /D.S. Fitton, R.W. Dunn, R.K. Aggarwal at. all. Design and Implementation of an Adaptive Single Pole Autoreclosure Technique for Transmission Lines using Artificial Neural Networks // IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.11, No. 2, April 1996/, принятый в качестве прототипа, в котором для установления факта гашения дуги подпитки используют разложение измеренного напряжения на отключенной фазе по амплитудно-частотному спектру в пяти диапазонах: 0-20, 30-70, 80-120, 130-170 и 170-220 Гц. Амплитуды сигналов во всех частотных диапазонах, непрерывно вычисляемые во время бестоковой паузы ОАПВ с помощью оконного/скользящего преобразования Фурье, подают на предварительно обученную искусственную нейронную сеть, которая благодаря математической обработке аплитудно-частотного спектра напряжения распознает факт гашения дуги подпитки и выдает команду, разрешающую повторное включение отключенной фазы.

Недостатком такого способа является трудоемкость вычисления амплитудного спектра сигнала в пяти частотных диапазонах, а также сложность обучения нейронной сети на обучающей выборке образов амплитудно-частотного спектра, которая должна охватывать все возможные режимы, отличающиеся значением передаваемой мощности по неповрежденным фазам, местом повреждения и т.д.

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание более простого и менее трудоемкого с точки зрения реализации способа АОАПВ воздушных линий электропередачи переменного тока.

Это достигается тем, что в известном способе АОАПВ, заключающемся в измерении посредством электромагнитного трансформатора действующего напряжения на отключенном фазном проводе ВЛЭП, спустя два периода промышленной частоты после подачи команды на отключение линейных выключателей поврежденной фазы, непрерывно на скользящем временном отрезке, равном одному периоду промышленной частоты, вычисляют среднее значение напряжения (u_cp) на отключенном проводе, а также, применяя прямое дискретное преобразование Фурье /Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. 2-е изд. - Спб: Питер, 2006/, амплитуду промышленной составляющей напряжения (u_~). Далее определяют соотношение среднего значения к амплитуде напряжения промышленной частоты: K=u_cp/u_~. Сигнал K(kh) (где k - номер измерительного отсчета, h - шаг дискретизации по времени) подают на линейный цифровой фильтр нижних частот 1-го… 2-го порядка /Крылов В.В., Корсаков С.Я. Основы теории цепей для системотехников: Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Высшая шк., 1990/ с частотой среза, в 3-4 раза меньшей промышленной. В момент времени, когда модуль сигнала K* на выходе линейного цифрового фильтра превысит пороговое значение K*>0,5, фиксируют время гашения (t_гаш), устанавливают факт гашения дуги подпитки и подают разрешающую команду на включение линейных выключателей отключенной фазы.

На фиг.1 приведена одна из возможных схем электропередачи, реализующая предлагаемый способ АОАПВ; на фиг.2 - расчетные осциллограммы (сверху-вниз): напряжение на отключенной фазе на выводах вторичной обмотки измерительного ЭМТН (u_и); напряжение основной гармоники/промышленной частоты (u_~) и среднее значение (u_cp), вычисленные с помощью оконного прямого дискретного преобразования Фурье: отношение K=u_cp/u_~ (т.е. сигнал - K) и сигнал K*, представляющий обработанный линейным цифровым фильтром нижних частот сигнал K.

В схеме электропередачи (фиг.1) шины условно отправной (1) и приемной (2) электрических систем соединены фазными проводами 3, 4, 5 через линейные выключатели (6). Линейные выключатели поврежденной фазы, на которой имеет место короткое замыкание на землю, отключены (на фиг.1 отключенные выключатели затемнены). По концам линии установлены электромагнитные измерительные трансформаторы напряжения (ЭМТН) (7), со вторичных обмоток которых измеренное напряжение (u_и) поступает на вход системы АОАПВ.

Способ осуществляется следующим образом.

После подачи команды на отключение линейных выключателей поврежденной фазы на ней с задержкой, равной 2-м периодам промышленной частоты, посредством электромагнитных измерительных трансформаторов напряжения и аварийных цифровых регистраторов (самописцев) измеряют напряжение (u_и) в конце линии. По мере поступления измерительных данных в систему АОАПВ на скользящем временном отрезке (во временном окне), равном периоду промышленной частоты, непрерывно вычисляют среднее значение напряжения (u_cp) и амплитуду напряжения (u_~) основной гармонической составляющей промышленной частоты. Вычисление напряжений u_~ и u_cp выполняют посредством применения прямого дискретного преобразования Фурье. Индикатором самогашения вторичной дуги выступает постоянная составляющая напряжения, кратковременно возникающая на отключенной (поврежденной) фазе после самоустранения замыкания. На вторичной стороне измерительного ЭМТН длительность существования постоянной компоненты в измеряемом напряжении (u_и) ограничивается временем насыщения магнитопровода трансформатора, составляющим лишь несколько периодов промышленной частоты.

На основе получаемых расчетных данных (u_cp и u_~) непрерывно вычисляют отношение среднего измеренного напряжения к амплитуде основной гармонической составляющей: K=u_cp/u_~. Сигнал K(kh) обрабатывают линейным цифровым фильтром нижних частот (ЛЦФНЧ) с частотой среза в 3-4 раза, меньшей промышленной. Когда на выходе ЛЦФНЧ сигнал K*(kh) достигнет по модулю уставки, т.е. выполнится условие K*(kh)>0.5, отмечают факт гашения дуги подпитки на основе появления постоянной составляющей в напряжении отключенной фазы и фиксируют время t_гаш=(kh). После установления факта гашения с временной задержкой Δt_деион≅200 мс, обеспечивающей надежную деионизацию ствола вторичной дуги, подают команду на повторное включение линейных выключателей отключенной фазы.

Таким образом, предлагаемый способ адаптивного ОАПВ имеет простой алгоритм обработки измеренного напряжения на отключенной фазе, заключающийся в вычислении его среднего значения, амплитуды напряжения промышленной частоты и несложной фильтрации низших частот в сигнале, равном отношению среднего значения к амплитуде напряжения промышленной частоты. Простой алгоритм обработки измерительного напряжения облегчает реализацию метода в устройстве и повышает его надежность.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - упрощение алгоритма обработки напряжения на отключенной фазе, снижение трудоемкости реализации способа и повышение надежности. Согласно способу напряжение на отключенном фазном проводе воздушной линии электропередачи измеряется посредством электромагнитного (измерительного) трансформатора. Спустя два периода промышленной частоты после подачи команды на отключение линейных выключателей поврежденной фазы на скользящем временном отрезке, равном одному периоду промышленной частоты, вычисляют среднее значение измеренного напряжения (u_cp) и амплитуду его промышленной составляющей (u_~). Определяют соотношение среднего значения к амплитуде напряжения промышленной частоты K=u_cp/u_~ и обрабатывают сигнал К линейным цифровым фильтром нижних частот с частотой среза в 3-4 раза меньше промышленной. В момент времени, когда модуль сигнала K* на выходе линейного цифрового фильтра превысит пороговое значение, фиксируют время гашения (t_гаш), устанавливают факт гашения дуги подпитки и выдают разрешающую команду на повторное включение линейных выключателей отключенной фазы. 2 ил.

Способ адаптивного однофазного автоматического повторного включения линий электропередачи переменного тока, заключающийся в измерении посредством измерительного электромагнитного трансформатора действующего напряжения на отключенном фазном проводе воздушной линии электропередачи, отличающийся тем, что спустя два периода промышленной частоты после подачи команды на отключение линейных выключателей поврежденной фазы непрерывно на скользящем временном отрезке, равном одному периоду промышленной частоты, вычисляют среднее значение измеренного напряжения (u_cp), а также, применяя прямое дискретное преобразование Фурье, амплитуду промышленной составляющей напряжения (u_~); определяют соотношение среднего значения к амплитуде напряжения промышленной частоты K=u_cp/u_~, сигнал K(kh) (где k - номер измерительного отсчета, h - шаг дискретизации по времени) подают на вход линейного цифрового фильтра нижних частот 1-го… 2-го порядка с частотой среза в 3-4 раза меньше промышленной; в момент времени, когда модуль сигнала K^∗ на выходе линейного цифрового фильтра превысит пороговое значение K^∗>0,5, фиксируют время гашения (t_гаш), устанавливают факт гашения дуги подпитки и подают разрешающую команду на повторное включение линейных выключателей отключенной фазы.