СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ Российский патент 2014 года по МПК G01R31/08 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к определению расстояния до места короткого замыкания фазы на землю.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последние годы проводились исследования и разработки способов определения местонахождения места замыкания в заземленных высокоимпедансных электрических сетях, особенно в компенсированных сетях, использующих фазоры основной частоты, с целью нахождения технического решения для практической оценки расстояния до места короткого замыкания,

Документ:

- Дж. Алтонен, А. Валроос, «Прогресс в определении расстояния до места короткого замыкания в незаземленных высокоимпедансных распределительных электрических сетях, основанный на импедансе основной частоты», CIRED 2007, Вена, раскрывает способ определения местонахождения места замыкания в незаземленных электрических сетях.

Документы:

- Дж. Алтонен, А. Валроос, «Прогресс в в определении расстояния до места короткого замыкания в компенсированных средневольтных сетях», CIRED 2011, Франкфурт;

- С. Ханнинен, М. Лехтонен, «Вычисление расстояния до места замыкания с сигналами основной частоты, основанное на измерениях в питающей подстанции», VTT Reaearch Notes 2153, Эспу 2002, и

- П. Шегнер, Г. Эберл, «Вычисление расстояния до места замыкания в компенсированных средневольтных сетях посредством определения стационарных значений», PSCC, Севилья 2002; раскрывают способы, использующие изменения в измеренных напряжениях и токах во время замыкания. Изменения во время замыкания могут возникать из-за изменения, например, импеданса компенсационной катушки. Обычно это говорит о замыкании или размыкании параллельного резистора компенсационной катушки или об изменении степени компенсации компенсационной катушки. Обычно указанное изменение может представлять собой любое изменение полной комплексной проводимости нулевого провода на землю электрической сети снаружи измеряемой электрической линии во время замыкания. Также измеряемые изменения напряжения и тока могут быть вызваны, например, устройством подпитки тока, соединенным с нейтральной точкой системы.

Общим в этих способах известного уровня техники, имеющих применение в компенсированных сетях, то это то, что они определяют расстояние d до точки замыкания и активное сопротивление замыкания R_F из системы уравнений, состоящей из двух уравнений, основанных на эквивалентном контуре, действительном для однофазного короткого замыкания на землю.

- одно уравнение справедливо на момент времени до изменения в течение замыкания, а другое уравнение справедливо на момент времени после изменения в течение замыкания или

- одно уравнение представляет вещественную часть уравнения для однофазного короткого замыкания на землю и описывает изменение в течение замыкания, а другое уравнение представляет мнимую часть уравнения для однофазного короткого замыкания на землю и описывает изменение в течение замыкания.

Обычно необходимо измерять ток в фазе, напряжение земля-фаза, остаточный ток и остаточное напряжение. Симметричные составляющие положительной и отрицательной последовательности для аварийной фазы могут быть получены в результате таких измерений с помощью хорошо известных уравнений.

Обычно величина импеданса линии требуется в качестве заданных параметров: активное сопротивление R₁ положительной последовательности, реактивное сопротивление X₁ положительной последовательности, активное сопротивление R₀ нулевой последовательности и реактивное сопротивление X₀ нулевой последовательности.

Кроме того, во всех этих вышеупомянутых алгоритмах определения места замыкания в известном уровне техники также требуется полная комплексная проводимость шунта линии $${\overline{Y}}_0=G_0+j*B_0$$ , состоящая из активной проводимости G₀ и реактивной проводимости B₀. Эти заданные параметры используются для оценки тока короткого замыкания в точке замыкания и падения напряжения на импедансе нулевой последовательности между точками измерения и замыкания. Также необходим заданный параметр q - коэффициент распределения тока нулевой последовательности линии, для вычисления составляющей тока заряда части нулевой последовательности, которая вызывает падение напряжения на импедансе нулевой последовательности между точками измерения и замыкания.

Типично продольные параметры положительной последовательности линии (R₁, X₁) известны и доступны из СУР (Системы Управления Распределением), но точные значения положительной последовательности линии (R₀, Х₀) являются более или менее приближениями, основанными на общей теории линии. Эти параметры при необходимости могут быть также измерены с помощью специального оборудования.

Начальное значение параметра $${\overline{Y}}_0=G_0+j*B_0$$ может быть получено из СУР, но для достижения приемлемой практической точности оно должно измеряться и постоянно обновляться с целью соответствия текущему состоянию прерывания линии. Такая процедура измерения и обновления может базироваться, например, на технологии подпитки тока, которая предполагает использование с этой целью специального оборудования. Обнаружено, что влияние точности заданного параметра $${\overline{Y}}_0=G_0+j*B_0$$ на оценку расстояния до места замыкания весьма существенно. Это особенно справедливо для случая, когда требование для активного сопротивления зоны наблюдения значения местоположения короткого замыкания на землю дополнено от непрерывного замыкания до низкоомного замыкания. На основе результатов, приведенных в документе Дж. Алтонен, А. Валроос, «Прогресс в определении расстояния до места короткого замыкания в компенсированных средневольтных сетях», CIRED 2011, Франкфурт, уже ошибка в 5% для $${\overline{Y}}_0$$ достаточна для снижения достоверности значений активного сопротивления в диапазоне нескольких сотен Ом. Это происходит из-за того, что параметр $${\overline{Y}}_0$$ используется в способах определения места замыкания при вычислении тока замыкания в точке замыкания и падения напряжения на импедансе нулевой последовательности между точками измерения и замыкания. Корректность этих терминов крайне необходима для общей процедуры вычисления расстояния до места замыкания. Требование точности параметра $${\overline{Y}}_0$$ может превысить практически достижимую точность, например, данных СУР или приближенных значений, приведенных в теоретической литературе.

Значение параметра q - коэффициента распределения тока нулевой последовательности линии может также быть заданным параметром, но обычно задается величиной, равной 0,5, на основе допущения равномерно распределенной полной комплексной проводимости шунта линии. Если действительное распределение отличается, то использованное допущение вызывает ошибку при вычислении расстояния до места замыкания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для преодоления указанных выше недостатков или, по крайней мере, их снижения. Цели изобретения достигаются посредством способа и устройства, которые описаны в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты воплощения данного изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение основано на идее определения расстояния до места короткого замыкания от точки измерения посредством использования четырех уравнений, получаемых из эквивалентного контура для короткого замыкания на землю в трехфазной электрической линии.

Преимуществом способа и устройства, согласно настоящему изобретению, является то, что они позволяют определить расстояние до места короткого замыкания без использования заданных параметров $${\overline{Y}}_0$$ и q, хотя их влияние включено в определение расстояния. Это означает, что нет необходимости в определении и задании параметров $${\overline{Y}}_0$$ и q. Благодаря этому преимуществу настоящее изобретение позволяет найти точное местоположение замыкания, например, в компенсированных сетях при значениях активного сопротивления в диапазоне нескольких сот Ом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже настоящее изобретение будет описано более подробно на примерах предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на приложенные чертежи, где:

Фиг.1 - блок-схема электрической сети, согласно варианту воплощения;

Фиг.2 - эквивалентный контур, согласно варианту воплощения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Применение настоящего изобретения не ограничивается какой-либо конкретной системой и может быть осуществлено в различных трехфазных электрических системах для определения расстояния до места короткого замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии электрической сети. Электрическая линия может представлять собой, например, фидер или воздушную линию или кабель или их комбинацию. Система электроснабжения, в которой может применяться данное изобретение, может быть, например, линией электропередачи или распределительной сетью, или их составной частью, и может содержать несколько фидеров или секций. Более того, использование данного изобретения не ограничивается системами, в которых используются основные частоты 50 Гц или 60 Гц, либо какой-либо конкретный уровень напряжения.

Фиг.1 - это упрощенная блок-схема, которая представляет собой пример электрической сети, в которой может использоваться настоящее изобретение. На блок-схеме показаны только те элементы, которые необходимы для понимания сущности изобретения. В качестве примера может служить средневольтная (например, 20 кВ) распределительная сеть, запитываемая через подстанцию, содержащую трансформатор 10 и общую шину 20. Показанная сеть также содержит выходы электрической линии, т.е. фидеры, один из которых 30 показан отдельно. Другие возможные фидеры наряду с другими частями сети, кроме линии 30, считаются «фоновыми сетями». На блок-схеме также показаны блок защитного реле (R) 40 в начале линии 30 и точка F короткого замыкания на землю. Блок (R) защитного реле 40 может быть размещен в подстанции. Необходимо отметить, что в сети может быть любое число фидеров или других элементов сети. Также может быть несколько питающих подстанций. Кроме того, данное изобретение можно применять, например, с коммутационной станцией без трансформатора 10. Сеть представляет собой трехфазную сеть, хотя с целью большей ясности все фазы не показаны на блок-схеме. В показанной на Фиг.1 системе работоспособность данного изобретения обеспечивается, например, в блоке реле 40. Также возможно, например, что только некоторые измерения выполняются в месте расположения блока 40, и результаты затем передаются на другой блок или блоки (не показаны на фигурах), расположенные в других местах, для дальнейшей обработки. Другими словами, блок 40 может представлять собой только измерительный блок, а работоспособность данного изобретения или его части может обеспечиваться в другом блоке или блоках.

Значения тока и напряжения, которые необходимы в последующих вариантах воплощения, могут быть достигнуты посредством проведения подходящих измерений, включая, например, датчики тока и напряжения (не показаны на фигурах). В большинстве существующих систем защиты эти значения легко доступны и, таким образом, при осуществлении различных вариантов воплощения не обязательно требуются какие-либо дополнительные измерительные средства. Нулевая последовательность напряжения электрической сети может быть определена измерением фазовых напряжений, например, в блоке реле 40 или в другом месте. Нулевая последовательность напряжения электрической сети также может быть определена измерением посредством открытой обмотки соединенных треугольником, например, трансформаторов напряжения. Напряжение фазы на землю аварийной фазы электрической линии 30 может быть определено подходящими датчиками напряжения, например, в точке измерения, такой как блок реле 40. Нулевая последовательность тока, положительная последовательность тока, отрицательная последовательность тока электрической сети 30 могут быть определены посредством подходящими датчиками тока, например, в точке измерения, такой как блок реле 40. Каким образом получают эти и другие значения тока и напряжения получают, зависит от конкретной электрической системы. Точка F короткого замыкания на землю в трехфазной электрической линии 30 и соответствующая аварийная фаза могут быть обнаружены посредством блока реле 40, связанного с электрической системой. Конкретные способы обнаружения замыкания фазы на землю и соответствующей аварийной фазы не имеют никакого отношения к основной идее настоящего изобретения.

В соответствии с настоящим изобретением, расстояние до точки F короткого замыкания от точки измерения, такой как блок реле 40, может быть определено, когда во время короткого замыкания фазы на землю полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии 30 изменяется от первого значения до второго отличного от первого значения. Это изменение в течение замыкания может быть получено посредством, например, изменения импеданса компенсационной катушки. Обычно это означает, что включение и отключение параллельного резистора компенсационной катушки или изменение степени компенсации компенсационной катушки. Но указанное изменение может быть любым изменением полной комплексной проводимости нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии 30 во время короткого замыкания. Кроме того, изменение, измеряемое в виде напряжения и тока, может быть вызвано, например, устройством подпитки тока, соединенным с нейтральной точкой системы. Поэтому настоящее изобретение не ограничивается компенсированными сетями с катушкой Петерсена.

Согласно варианту воплощения определение расстояния до точки F короткого замыкания от точки измерения, такой как блок реле 40, включает определение во время короткого замыкания фазы на землю в точке F в трехфазной электрической линии 30, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии 30 имеет следующее первое значение:

- значение напряжения нулевой последовательности электрической сети,

- значение напряжения фазы на землю аварийной фазы электрической линии в точке измерения,

- значение тока нулевой последовательности электрической линии в точке измерения,

- значение тока положительной последовательности электрической линии в точке измерения, и

- значение тока отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения.

Кроме того, определение расстояния до точки F короткого замыкания от точки измерения во время короткого замыкания фазы на землю в точке F в трехфазной электрической линии 30, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии 30 имеет следующее второе значение:

- значение напряжения нулевой последовательности электрической сети,

- значение напряжения фазы на землю аварийной фазы электрической линии в точке измерения,

- значение тока нулевой последовательности электрической линии в точке измерения,

- значение тока положительной последовательности электрической линии в точке измерения, и

- значение тока отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения.

После определения вышеуказанных значений расстояние до точки F короткого замыкания от точки измерения 40 может быть определено на основе определенных значений напряжения и тока.

Токи положительной последовательности и отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения предпочтительно нормализуют по фазе в соответствии с аварийной фазой на основе известной теории симметричных составляющих:

Аварийная фаза L1: $${\underset{\_}{\text{I}}}_{\text{2L1}}={\underset{\_}{I}}_2$$ $${\underset{\_}{\text{I}}}_{\text{1L1}}={\underset{\_}{I}}_1$$ Аварийная фаза L2: $${\underset{\_}{\text{I}}}_{\text{2L2}}=\underset{\_}{a}\cdot I_2$$ $${\underset{\_}{\text{I}}}_{\text{1L2}}={\underset{\_}{a}}^2\cdot I_1$$ Аварийная фаза L3: $${\underset{\_}{\text{I}}}_{\text{2L3}}={\underset{\_}{a}}^2\cdot I_2$$ $${\underset{\_}{\text{I}}}_{\text{1L3}}=\underset{\_}{a}\cdot I_1$$

Где

$${\underset{\_}{I}}_1=компоненттокаположительнойпоследовательности=\left({\underset{\_}{I}}_{L1}+\underset{\_}{a}\cdot {\underset{\_}{I}}_{L2}+{\underset{\_}{a}}^2\cdot {\underset{\_}{I}}_{L3}\right)/3$$

$${\underset{\_}{I}}_2=компоненттокаотрицательнойпоследовательности=\left({\underset{\_}{I}}_{L1}+{\underset{\_}{a}}^2\cdot {\underset{\_}{I}}_{L2}+\underset{\_}{a}\cdot {\underset{\_}{I}}_{L3}\right)/3$$

$$\underset{\_}{a}=1\angle {120}^o$$ ,

$${\underset{\_}{a}}^2=1\angle {240}^o$$

В соответствии с вариантом воплощения расстояние d до точки замыкания определяют с использованием уравнений, получаемых из эквивалентного контура для короткого замыкания на землю в трехфазной электрической линии.

Первое уравнение предпочтительно соотносит действительную часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет следующее первое значение.

Второе уравнение предпочтительно соотносит мнимую часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет следующее первое значение.

Третье уравнение предпочтительно соотносит действительную часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет следующее второе значение.

Наконец, четвертое уравнение предпочтительно соотносит мнимую часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет следующее второе значение.

На Фиг.2 приведена принципиальная эквивалентная схема короткого замыкания фазы на землю в электрической линии, согласно данному варианту воплощения. Необходимо отметить, что эквивалентная схема по Фиг.2 представляет собой просто пример одного из возможных эквивалентных схем короткого замыкания фазы на землю в электрической линии. Таким образом, форма эквивалентной схемы может отличаться от показанной на Фиг.2. На Фиг.2 использованы следующие обозначения:

d = расстояние до точки замыкания на единицу (d=0…1)

$${\overline{Z}}_1=R_1+j*X_1$$ = импеданс положительной последовательности электрической линии

R₁ = активное сопротивление положительной последовательности электрической линии

X₁ = реактивное сопротивление положительной последовательности электрической линии

$${\overline{Z}}_{1Ld}$$ = импеданс положительной последовательности нагрузки

$${\overline{Z}}_2=R_2+j*X_2$$ = импеданс отрицательной последовательности электрической линии

R₂ = активное сопротивление отрицательной последовательности электрической линии

Х₂ = активное сопротивление отрицательной последовательности электрической линии

$${\overline{Z}}_{2Ld}$$ = импеданс нулевой последовательности нагрузки

$${\overline{Z}}_0=R_0+j*X_0$$ = импеданс нулевой последовательности электрической линии

R₀ = активное сопротивление нулевой последовательности электрической линии

X₀ = реактивное сопротивление нулевой последовательности электрической линии

$${\overline{Y}}_0=G_0+j*B_0$$ = полная комплексная проводимость фазы на землю электрической линии на фазу

G₀ = активная проводимость фазы на землю электрической линии на фазу

B₀ = реактивная проводимость фазы на землю электрической линии на фазу

$${\overline{Z}}_F=R_F+j*X_F$$ = импеданс короткого замыкания

R_F = активное сопротивление короткого замыкания

X_F = реактивное сопротивление короткого замыкания

$${\overline{I}}_1$$ = ток положительной последовательности, измеренный в точке измерения

$${\overline{I}}_2$$ = ток отрицательной последовательности, измеренный в точке измерения

$${\overline{I}}_0$$ = ток нулевой последовательности, измеренный в точке измерения

$${\overline{I}}_{01}$$ = часть зарядного тока нулевой последовательности электрической линии, текущий через импеданс $$d\cdot {\overline{Z}}_0$$

q = коэффициент распределения для тока нулевой последовательности электрической линии

$${\overline{I}}_F$$ = аварийная составляющая тока в аварийной точке (фактический аварийный ток равен $$3\cdot {\overline{I}}_F$$ )

$${\overline{U}}_1$$ = напряжение положительной последовательности, измеренной в точке измерения

$${\overline{U}}_2$$ = напряжение отрицательной последовательности, измеренной в точке измерения

$${\overline{U}}_0$$ = напряжение нулевой последовательности электрической линии.

На основе эквивалентной схемы по Фиг.2 можно написать уравнение: $${\overline{U}}_{ph}=d\cdot {\overline{Z}}_0\cdot \left({\overline{I}}_0-{\overline{U}}_0\cdot {\overline{Y}}_0\cdot q\right)+d\cdot {\overline{Z}}_1\cdot {\overline{I}}_1+d\cdot {\overline{Z}}_2\cdot {\overline{I}}_2+3\cdot R_F\cdot \left({\overline{I}}_0-{\overline{U}}_0\cdot {\overline{Y}}_0\right)Уравнение1$$

где

$${\overline{U}}_{ph}={\overline{U}}_0+{\overline{U}}_1+{\overline{U}}_2$$ = напряжение фазы на землю аварийной фазы в точке измерения

Для электрических проводников можно допустить, что импеданс отрицательной последовательности равен импедансу положительной последовательности, т.е. $${\overline{Z}}_2={\overline{Z}}_1$$ .

В эквивалентной схеме по Фиг.2 ток, протекающий через импеданс нулевой последовательности $$d\cdot {\overline{Z}}_0$$ от точки измерения до точки короткого замыкания, состоит из двух частей: часть, которая может быть измерена, представляет собой ток $${\overline{I}}_0$$ нулевой последовательности. Неизмеряемая часть благодаря полной комплексной проводимости самой электрической линии от точки измерения до точки короткого замыкания и ее значение может быть оценено. Обычно оценка основана на аппроксимации, что эта часть тока пропорциональна расстоянию до точки замыкания d с параметром q. Параметр q используется в качестве коэффициента распределения для тока подпитки электрической линии. Параметр q отражает то, как емкости, которые на практике могут и не иметь места, распределены по электрической линии. Допуская, что емкости распределены равномерно, что на практике может и не иметь места, тогда q=0,5.

Решая уравнение 1, могут быть получены следующие четыре уравнения:

$$\begin{array}{c}real\left({\overline{U}}_{ph\_t1}\right)=real\left(d\cdot {\overline{Z}}_0\cdot \left({\overline{I}}_{0\_t1}-{\overline{U}}_{0\_t1}\cdot {\overline{Y}}_0\cdot q\right)\right)+real\left(d\cdot {\overline{Z}}_1\cdot {\overline{I}}_{1\_t1}\right)+\\ real\left(d\cdot {\overline{Z}}_2\cdot {\overline{I}}_{2\_t1}\right)+real\left(3\cdot R_F\cdot \left({\overline{I}}_{0\_t1}-{\overline{U}}_{0\_t1}\cdot {\overline{Y}}_0\right)\right)\end{array}Уравнение2$$

$$\begin{array}{c}imag\left({\overline{U}}_{ph\_t1}\right)=imag\left(d\cdot {\overline{Z}}_0\cdot \left({\overline{I}}_{0\_t1}-{\overline{U}}_{0\_t1}\cdot {\overline{Y}}_0\cdot q\right)\right)+imag\left(d\cdot {\overline{Z}}_1\cdot {\overline{I}}_{1\_t1}\right)+\\ imag\left(d\cdot {\overline{Z}}_2\cdot {\overline{I}}_{2\_t1}\right)+imag\left(3\cdot R_F\cdot \left({\overline{I}}_{0\_t1}-{\overline{U}}_{0\_t1}\cdot {\overline{Y}}_0\right)\right)\end{array}Уравнение3$$ $$\begin{array}{c}real\left({\overline{U}}_{ph\_t2}\right)=real\left(d\cdot {\overline{Z}}_0\cdot \left({\overline{I}}_{0\_t2}-{\overline{U}}_{0\_t2}\cdot {\overline{Y}}_0\cdot q\right)\right)+real\left(d\cdot {\overline{Z}}_1\cdot {\overline{I}}_{1\_t2}\right)+\\ real\left(d\cdot {\overline{Z}}_2\cdot {\overline{I}}_{2\_t2}\right)+real\left(3\cdot R_F\cdot \left({\overline{I}}_{0\_t2}-{\overline{U}}_{0\_t2}\cdot {\overline{Y}}_0\right)\right)\end{array}Уравнение4$$

$$\begin{array}{c}imag\left({\overline{U}}_{ph\_t2}\right)=imag\left(d\cdot {\overline{Z}}_0\cdot \left({\overline{I}}_{0\_t2}-{\overline{U}}_{0\_t2}\cdot {\overline{Y}}_0\cdot q\right)\right)+imag\left(d\cdot {\overline{Z}}_1\cdot {\overline{I}}_{1\_t2}\right)+\\ imag\left(d\cdot {\overline{Z}}_2\cdot {\overline{I}}_{2\_t2}\right)+imag\left(3\cdot R_F\cdot \left({\overline{I}}_{0\_t2}-{\overline{U}}_{0\_t2}\cdot {\overline{Y}}_0\right)\right)\end{array}Уравнение5$$

где $${\overline{U}}_{ph\_t1}$$ = напряжение фазы на землю аварийной фазы в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение

$${\overline{U}}_{0\_t1}$$ = напряжение нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение

$${\overline{U}}_{0\_t2}$$ = напряжение нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение

$${\overline{I}}_{0\_t1}$$ = ток нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение

$${\overline{I}}_{0\_t2}$$ = ток нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение

$${\overline{I}}_{1\_t1}$$ = ток положительной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение

$${\overline{I}}_{1\_t2}$$ = ток положительной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение

$${\overline{I}}_{2\_t1}$$ = ток отрицательной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение

$${\overline{I}}_{2\_t2}$$ = ток отрицательной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение.

Предпочтительно полная комплексная проводимость может быть представлена в следующей форме:

$${\overline{Y}}_0=k*B_0+j*B_0$$

где k представляет собой отношение вещественной части к мнимой части $${\overline{Y}}_0$$ .

$$k=\frac{real\left({\overline{Y}}_0\right)}{imag\left({\overline{Y}}_0\right)}=\frac{k\cdot B_0}{B_0}$$

На практике отношение преимущественно находится в диапазоне 0,01…0,1, если используются следующие обозначения:

$$A=real\left({\overline{U}}_{ph\_t1}\right)$$ $$N=real\left({\overline{U}}_{ph\_t2}\right)$$ $$B=imag\left({\overline{U}}_{ph\_t1}\right)$$ $$P=imag\left({\overline{U}}_{ph\_t2}\right)$$ $$C=real\left({\overline{I}}_{1\_t1}\right)$$ $$Q=real\left({\overline{I}}_{1\_t2}\right)$$ $$E=imag\left({\overline{I}}_{1\_t1}\right)$$ $$R=imag\left({\overline{I}}_{1\_t2}\right)$$ $$F=real\left({\overline{I}}_{2\_t1}\right)$$ $$S=real\left({\overline{I}}_{2\_t2}\right)$$ $$G=imag\left({\overline{I}}_{2\_t1}\right)$$ $$T=imag\left({\overline{I}}_{2\_t2}\right)$$ $$H=real\left({\overline{I}}_{0\_t1}\right)$$ $$U=real\left({\overline{I}}_{0\_t2}\right)$$ $$K=imag\left({\overline{I}}_{0\_t1}\right)$$ $$V=imag\left({\overline{I}}_{0\_t2}\right)$$ $$L=real\left({\overline{U}}_{0\_t1}\right)$$ $$W=real\left({\overline{U}}_{0\_t2}\right)$$ $$M=imag\left({\overline{U}}_{0\_t1}\right)$$ $$Z=imag\left({\overline{U}}_{0\_t2}\right)$$

при этом расстояние d до замыкания может быть определено из следующего уравнения, полученного из уравнений с Уравнения 2 по Уравнение 5:

В соответствии с вариантом воплощения определяют и получают активное сопротивление короткого замыкания R_F из следующих уравнений, полученного из уравнений с Уравнения 2 по Уравнение 5:

Преимуществом способа и устройства, согласно данному изобретению, является то, что определение расстояния до короткого замыкания производится без параметра $${\overline{Y}}_0$$ , содержащего проводимость G₀ и чувствительность В₀, хотя их воздействие все еще включено в процесс определение расстояния до короткого замыкания.

Кроме того, способ и устройство, согласно данному изобретению, оценивает требование аппроксимации того, как полная комплексная проводимость $${\overline{Y}}_0$$ фазы на землю электрической линии распределена по электрической линии (заданный параметр) q, что можно рассматривать как еще одно важное преимущество.

Кроме того, способ и устройство, согласно данному изобретению, обеспечивают оценку полной комплексной проводимости $${\overline{Y}}_0$$ электрической линии наряду с расстоянием до короткого замыкания и активным сопротивлением посредством вычисления k (отношение вещественной части к мнимой части $${\overline{Y}}_0$$ ) и чувствительности В₀ аналогичным образом из уравнений с Уравнения 2 по Уравнение 5.

Способ и устройство, согласно данному изобретению, позволяют получить точное месторасположение с меньшим числом заданных параметров, например, в компенсированных сетях при значениях активного сопротивления короткого замыкания в диапазоне нескольких сот Ом.

Устройство, согласно любому варианту воплощения данного изобретения, или их комбинации могут быть выполнены в едином блоке или в двух или более блоках, которые выполнены с возможностью обеспечить работоспособность этих различных вариантов воплощения. Здесь термин 'блок' в общем случае относится к физическому или логическому объекту, такому как физическое устройство или его часть или к программному алгоритму. Один или более указанных блоков могут размещаться, например, в реле защиты 40.

Устройство, согласно любому варианту воплощения данного изобретения, может быть осуществлено, например, посредством компьютера или соответствующего оборудования с подходящим программным обеспечением для обработки цифрового сигнала. Указанный компьютер или соответствующее оборудование для обработки цифрового сигнала предпочтительно содержит, по крайней мере, рабочую память (ОЗУ), обеспечивая область хранения данных для осуществления арифметических операций и центральное вычислительное устройство (ЦПУ), такое как процессор общего назначения для обработки цифрового сигнала. ЦПУ может содержать несколько регистров, арифметический логический блок и блок управления. Блок управления управляется последовательностью программных инструкций, переданных на ЦПУ с ОЗУ. Блок управления может содержать микрокоманды для основных операций. Исполнение микрокоманд может различаться в зависимости от конструкции ЦПУ. Программные инструкции могут быть закодированы с помощью языка программирования, который может представлять собой язык программирования высокого уровня, такой как С. Java, и т.п. или язык программирования низкого уровня, такой как assembler. Компьютер может также иметь операционную систему, которая может обеспечивать системные служебные функции для компьютерной программы, содержащей программные инструкции. Компьютер или другие устройства, осуществляющие настоящее изобретение, предпочтительно также содержит подходящие средства для приема, например, данные измерений и/или управления, причем указанные средства, таким образом, обеспечивают, например, контроль значений тока и напряжения и средства для выхода, например, результатов вычислений и/или данных для управления. Также возможно использование специализированных интегрированных схемы или схем или соответствующих компонентов и устройств для обеспечения работоспособности в соответствии с любым вариантом воплощения данного изобретения.

Настоящее изобретение может быть выполнено на существующих элементах системы, таких как разные реле защиты, приспособление реле или в общем случае ИЭУ (интеллектуальное электронное устройство) или путем использования отдельных специализированных элементов или устройств в распределенном или компактном виде. Существующие защитные устройства для электрических систем, такие как реле защиты, а также ИЭУ, обычно содержат процессоры и память, которые можно использовать для осуществления функций в соответствии с вариантами воплощения данного изобретения. Поэтому все модификации и формы, необходимые для осуществления варианта воплощения данного изобретения, например, в существующих устройствах могут быть осуществлены в виде программных процедур, которые в свою очередь могут быть выполнены в виде обновленных или добавленных программных процедур. Если работоспособность данного изобретения осуществляется путем применения программного обеспечения, то указанное программное обеспечение может представлять собой программный продукт, содержащий компьютерные программные коды, которые при его исполнении в компьютере вынуждают его или соответствующее устройство исполнять функции в соответствии с настоящим изобретением, описанным выше. Указанный компьютерный программный код может храниться или в общем случае записан на читаемом компьютером носителе, таком как подходящие средства памяти, например, флеш-память или дисковая память, с которых он загружается в блок или блоки, исполняющие компьютерный программный код. Кроме того, указанный программный код, осуществляющий данное изобретение, может загружаться в блок или блоки, исполняющие компьютерный программный код, например, по подходящей информационной сети, и он может обновлять или заменять возможно существующий программный код.

Для специалиста в данной области очевидно, что по мере развития технологии, изобретательская идея может быть воплощена различными путями. Настоящее изобретение и его варианты воплощения не ограничены примерами, описанными выше, и могут изменяться в объеме формулы изобретения.

Изобретение относится к контролю электрических сетей. Сущность: устройство содержит средство для определения во время короткого замыкания фазы на землю в точке (F) в трехфазной электрической линии (30) значений тока и напряжения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет первое значение, средство для определения значений тока и напряжения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет второе значение, отличное от первого значения, и средство (40) для определения расстояния до места короткого замыкания фазы на землю в точке (F) от точки измерения на основе определенных значений тока и напряжения. Средство (40) использует четыре уравнения, соответствующие эквивалентному контуру для короткого замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии. Технический результат: повышение точности. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения расстояния до места короткого замыкания в трехфазной электрической сети, включающий:
определение во время короткого замыкания фазы на землю в точке (F) в трехфазной электрической линии (30) значения напряжения нулевой последовательности электрической сети и значений напряжения фазы на землю аварийной фазы, значения тока нулевой последовательности и тока отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет следующее первое значение;
определение во время короткого замыкания фазы на землю в точке (F) в трехфазной электрической линии (30) значения напряжения нулевой последовательности электрической сети и значений напряжения фазы на землю аварийной фазы, значения тока нулевой последовательности и тока отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет второе значение, отличающееся от первого значения; и
определение расстояния до места короткого замыкания фазы на землю в точке (F) от точки измерения (40) на основе определенных значений тока и напряжения, отличающийся тем, что расстояние определяют с помощью четырех уравнений, при этом
первое уравнение соотносит действительную часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет первое значение.
второе уравнение соотносит мнимую часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет следующее первое значение;
третье уравнение соотносит действительную часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети (30) вне электрической линии имеет второе значение; и
четвертое уравнение соотносит мнимую часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет второе значение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первое уравнение имеет вид:

где $${\overline{U}}_{ph\_t1}$$ = напряжение фазы на землю аварийной фазы в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение
$${\overline{U}}_{ph\_t2}$$ = напряжение фазы на землю аварийной фазы в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение
d = расстояние от точки измерения до точки замыкания
$${\overline{Z}}_0$$ = импеданс нулевой последовательности электрической линии
$${\overline{Z}}_1$$ = импеданс положительной последовательности электрической линии
$${\overline{Z}}_2$$ = импеданс отрицательной последовательности электрической линии
R_F = активное сопротивление короткого замыкания
$${\overline{Y}}_0$$ = полная комплексная проводимость фазы на землю электрической линии на фазу
$${\overline{U}}_{0\_t1}$$ = напряжение нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение
$${\overline{U}}_{0\_t2}$$ = напряжение нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение
$${\overline{I}}_{0\_t1}$$ = ток нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение
$${\overline{I}}_{0\_t2}$$ = ток нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение
$${\overline{I}}_{1\_t1}$$ = ток положительной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение
$${\overline{I}}_{1\_t2}$$ = ток положительной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение
$${\overline{I}}_{2\_t1}$$ = ток отрицательной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение
$${\overline{I}}_{2\_t2}$$ = ток отрицательной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение
q = коэффициент распределения для тока нулевой последовательности электрической линии.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что изменяют полную комплексную проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) с первого значения на второе значение путем замыкания или размыкания параллельного резистора компенсационной катушки или путем изменения степени компенсации компенсационной катушки.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что определение активного сопротивления короткого замыкания осуществляют посредством указанных четырех уравнений, соответствующих эквивалентному контуру для короткого замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что определение активного сопротивления короткого замыкания осуществляют посредством указанных четырех уравнений, соответствующих эквивалентному контуру для короткого замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии.

6. Устройство для определения расстояния до места короткого замыкания в трехфазной электрической сети, содержащее:
средство (40) для определения во время короткого замыкания фазы на землю в точке (F) в трехфазной электрической линии (30) значения напряжения нулевой последовательности электрической сети и значений напряжения фазы на землю аварийной фазы, значения тока нулевой последовательности и тока отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет первое значение;
средство (40) для определения во время короткого замыкания фазы на землю в точке (F) в трехфазной электрической линии (30) значения напряжения нулевой последовательности электрической сети и значений напряжения фазы на землю аварийной фазы, значения тока нулевой последовательности и тока отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет второе значение, отличающееся от первого значения; и
средство (40) для определения расстояния до места короткого замыкания фазы на землю в точке (F) от точки измерения (40) на основе определенных значений тока и напряжения, отличающееся тем, что средство (40) для определения расстояния выполняют с возможностью использования им четырех уравнений, соответствующих эквивалентному контуру для короткого замыкания (F) фазы на землю в трехфазной электрической линии, где
первое уравнение соотносит действительную часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет первое значение.
второе уравнение соотносит мнимую часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение;
третье уравнение соотносит действительную часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети (30) вне электрической линии имеет второе значение; и
четвертое уравнение соотносит мнимую часть напряжения фазы на землю аварийной фазы в точке измерения с напряжением нулевой последовательности электрической сети и током нулевой последовательности, током положительной последовательности и током отрицательной последовательности электрической линии в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет второе значение.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что первое уравнение имеет вид:

где $${\overline{U}}_{ph\_t1}$$ = напряжение фазы на землю аварийной фазы в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение
$${\overline{U}}_{ph\_t2}$$ = напряжение фазы на землю аварийной фазы в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение
d = расстояние от точки измерения до точки замыкания
$${\overline{Z}}_0$$ = импеданс нулевой последовательности электрической линии
$${\overline{Z}}_1$$ = импеданс положительной последовательности электрической линии
$${\overline{Z}}_2$$ = импеданс отрицательной последовательности электрической линии
R_F = активное сопротивление короткого замыкания
$${\overline{Y}}_0$$ = полная комплексная проводимость фазы на землю электрической линии на фазу
$${\overline{U}}_{0\_t1}$$ = напряжение нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение
$${\overline{U}}_{0\_t2}$$ = напряжение нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение
$${\overline{I}}_{0\_t1}$$ = ток нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение
$${\overline{I}}_{0\_t2}$$ = ток нулевой последовательности электрической сети, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение
$${\overline{I}}_{1\_t1}$$ = ток положительной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение
$${\overline{I}}_{1\_t2}$$ = ток положительной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение
$${\overline{I}}_{2\_t1}$$ = ток отрицательной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет первое значение
$${\overline{I}}_{2\_t2}$$ = ток отрицательной последовательности электрической сети в точке измерения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии имеет второе значение
q = коэффициент распределения для тока нулевой последовательности электрической линии.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что устройство содержит средство для изменения полной комплексной проводимости нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) с первого значения на второе значение путем замыкания или размыкания параллельного резистора компенсационной катушки или изменения степени компенсации компенсационной катушки.

9. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что устройство содержит средство (40) для определения активного сопротивления короткого замыкания с помощью указанных уравнений, соответствующих эквивалентному контуру для короткого замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии.

10. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что устройство содержит реле защиты.