УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ НЕИСПРАВНОСТИ НА ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ НА ОСНОВЕ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК H02H7/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области передачи электроэнергии и, более конкретно, устройству и способу идентификации неисправности на линии передачи на основе напряжения, при возникновении однофазного повреждения на линии передачи.

Уровень техники

При использовании линии передачи обычно возникают два типа неисправностей, т.е. устойчивый отказ и неустойчивое повреждение, при которых около 90% неисправностей представляет собой однофазные повреждения и свыше 80% однофазных повреждений являются неустойчивыми повреждениями. Автоматическое повторное включение контактного выключателя (СВ) цепи обычно является эффективным способом поддержания стабильного и бесперебойного функционирования энергетической системы. Однако в случае автоматического повторного включения контактного выключателя цепи при наличии устойчивого отказа на линии передачи, существует риск, например, повреждения важных устройств, а также могут быть повреждены изоляторы, что поставит под угрозу бесперебойную работу системы и может нарушить стабильную подачу тока. Таким образом, способность отличать неустойчивые повреждения от устойчивых отказов на линии передачи является очень важным и востребованным фактором для потребителей.

В настоящее время были предложены некоторые варианты осуществления для распознавания этих двух типов неисправностей для предотвращения автоматического повторного замыкания контактного выключателя (СВ) цепи при наличии устойчивого отказа. Среди них нашел широкое распространение способ, использующий взаимное напряжение (т.е. напряжение емкостного соединения), базовый принцип которого описывается далее.

Фиг.1 иллюстрирует случай однофазного повреждения (разомкнута фаза A) на линии передачи. На фиг.1 показан пример размыкания фазы A на обоих концевых частях провода. При локализации фазового повреждения на линии передачи, на проводе разомкнутой фазы все еще сохраняется напряжение относительно земли, т.е. существует напряжение емкостного соединения, и индуктивное напряжение других двух неповрежденных фазовых проводов (например, фазы B и фазы C).

Установившееся напряжение U_y, вызванное емкостным соединением, может быть рассчитано по следующей формуле (1):

где b₀ и b₁ обозначают емкостную реактивную проводимость нулевой последовательности и емкостную проводимость прямой последовательности на единицу длины линии передачи соответственно;

$${\dot{U}}_A$$ обозначает вектор напряжения фазы A.

Индуктивное напряжение U_XL на разомкнутом проводе фазы A может быть рассчитано по следующей формуле (2):

где I_B и I_C обозначают значения тока, протекающего по неповрежденным фазовым проводам B и C соответственно; Z₀ и Z₁ обозначают полное сопротивление нулевой последовательности и полное сопротивление прямой последовательности защищенной линии передачи соответственно; Z_m является сопротивлением взаимоиндукции на единицу длины линии; L является длинной линии передачи; $${\dot{U}}_X$$ обозначает индуктивное напряжение на единицу длины линии.

Специалистам в данной области техники очевидно, что напряжение U_y емкостного соединения является напряжением фазы A относительно земли и зависит от длины линии и нагрузки. Индуктивное напряжение U_XL, которое возникает вдоль провода и пропорционально току нагрузки и длине линии. Далее, значения напряжения U_AMT и U_ANT на разомкнутом проводе фазы могут быть вычислены по следующим формулам (3) и (4) соответственно:

где θ обозначает коэффициент мощности и обозначение «T» означает неустойчивое повреждение.

Фиг.2a иллюстрирует эквивалентную схему наличия неустойчивого повреждения на клеммах отключенного фазового провода, и фиг.2b показывает векторную диаграмму напряжения при наличии неустойчивого повреждения на клеммах разомкнутого фазового провода.

Согласно вышеупомянутому принципу, способ распознавания, основанный на использовании взаимного напряжения (т.е. напряжение емкостного соединения), характеризуется тремя критериями, как указано ниже:

1) Критерий напряжения (если U_y≥k₁*U_MXL):

$$U\ge K_1{U}_{MXL}\left(5\right)$$ ,

где U обозначает значение напряжения, измеренное на концевой части разомкнутого фазового провода; K₁ является коэффициентом надежности; и U_MXL представляет собой индуктивное напряжение U_XL при максимальной нагрузке.

Данное неравенство (5) означает, что если величина измеренного напряжения U превышает или эквивалентно заранее заданному пороговому значению, то отказ может быть определен как неустойчивое повреждение.

2) Критерий компенсации напряжения (если k₁*U_MXL>U_y≥k₁*U_MXL/2).

Специалистам в данной области техники будет понятно из формулы (2), что индуктивное напряжение зависит от тока нагрузки и длины линии. При наличии длинной линии передачи и большой нагрузки, упомянутый ранее критерий 1 напряжения не будет удовлетворять требованиям, то есть критерий 1 не может распознать тип неисправности; следовательно, применяется уточненный критерий 2 - критерий компенсации, который описывается ниже:

где K₂ является коэффициентом надежности; и когда данное неравенство (6) выполняется в случае наличия длинной линии передачи с большой нагрузкой, отказ определяется как неустойчивое повреждение.

3) Комбинированный критерий напряжения (если k₁*U_MXL/2>U_y),

Комбинированный критерий 3 напряжения описан далее:

где K₃ является коэффициентом надежности; и если эти два неравенства выполняются одновременно, то отказ определяется как неустойчивое повреждение.

Согласно предшествующему уровню техники использования технологии повторного включения, существующие решения, включающие в себя вышеупомянутый способ, обычно демонстрирует хорошую способность отличать устойчивый отказ от неустойчивого повреждения в большинстве рабочих режимов, но при некоторых специфических условиях, таких как: отказ на короткой линии передачи, отказ с высоким переходным сопротивлением в месте короткого замыкания или неисправность при работе под большой нагрузкой, происходит ухудшение способности различать тип неисправности, и идентификация отказа будет осуществляться неточно, даже неверно. Это означает, что данный недостаток снижает надежность использования технологии адаптивного повторного включения, и потребители не могут быть вполне уверены в использовании стратегии адаптивного повторного включения для безопасного повторного включения контактных выключателей цепи (CBs).

Раскрытие изобретения

Для компенсации вышеупомянутых недостатков настоящее изобретение обеспечивает основанные на критерии напряжения, устройство и способ идентификации неисправности на линии передачи.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, обеспечивается способ идентификации неисправности на линии передачи, основанный на критерии напряжения. Данный способ содержит: измерение значений тока и напряжения в других неповрежденных фазовых проводах в реальном масштабе времени при возникновении однофазного повреждения; вычисление величин индуктивного напряжения и напряжения емкостного соединения с учетом измеренных величин тока и напряжения соответственно; сравнение величины напряжения емкостного соединения со значением индуктивного напряжения, умноженного на коэффициент, где результат умножения используется как саморегулирующее пороговое значение с учетом режима нагрузки линии передачи в реальном масштабе времени; идентификация типа неисправности на основании максимальной величины напряжения емкостного соединения и результата умножения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, в случае, если значение напряжения емкостного соединения превышает результат умножения, то измеряется напряжение на зажиме разомкнутого фазового провода, осуществляется выборка максимального значения результата умножения между величиной индуктивного напряжения, умноженной на второй коэффициент, и величиной напряжения емкостного соединения, умноженной на третий коэффициент, сравнивая напряжение на зажиме с максимальным значением; и производится идентификация отказа как неустойчивое повреждение, если напряжение на зажиме превышает максимальное значение, в противном случае, неисправность определяется как устойчивый отказ.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, в случае, если значение напряжения емкостного соединения не превышает результат умножения, то упомянутый способ дополнительно содержит следующие этапы: измерение напряжения на зажиме разомкнутого фазового провода; выборку максимального значения результата умножения между величиной индуктивного напряжения, умноженной на четвертый коэффициент, и величиной напряжения емкостного соединения, умноженной на пятый коэффициент, сравнение величины разности между напряжением на зажиме и половиной значения индуктивного напряжения с максимальным значением результата умножения, а так же суммой напряжения на зажиме и половиной значения индуктивного напряжения с максимальным значением результата умножения; и идентификацию отказа как неустойчивое повреждение, если значения разности и суммы превышают максимальное значение результата умножения; в противном случае, неисправность определяется как устойчивый отказ.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, в случае наличия повреждения фазы A, значение упомянутого индуктивного напряжения U_X рассчитывается согласно измеренным значениям тока I_B и I_C по следующей формуле:

где I_B и I_C являются значениями тока, протекающего по неповрежденным фазовым проводам фаз B и C соответственно, Z₀ и Z₁ является значениями полного сопротивления нулевой последовательности и полного сопротивления прямой последовательности защищенной линии передачи соответственно; и в случае наличия повреждения фазы B или фазы C, соответствующие значения тока, протекающего по неповрежденным фазовым проводам, измеряются, и эти величины используются для расчета индуктивного напряжения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, в случае наличия повреждения фазы A, упомянутое напряжение U_M емкостного соединения рассчитывается с учетом измеренных значений напряжения U_B и U_C по следующей формуле:

где U_B и U_C являются значениями напряжения неповрежденных фазовых проводов фаз B и C соответственно, b₀ и b₁ являются значениями емкостной реактивной проводимости нулевой последовательности и емкостной реактивной проводимости прямой последовательности на единицу длины линии передачи соответственно; и в случае повреждений фазы B или фазы C соответствующие значения напряжения неповрежденных фазовых проводов измеряются и используются при расчете величины напряжения емкостного соединения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, упомянутые коэффициенты устанавливаются с учетом длины и нагрузки линии передачи.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, упомянутые коэффициенты динамически корректируются с учетом длины и нагрузки линии передачи.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, упомянутый способ может отличать устойчивый отказ от неустойчивого повреждения в случае конверсии направления потока мощности на линии передачи.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, обеспечивается устройство для идентификации неисправности на линии передачи. Упомянутое устройство содержит: измерительное устройство, выполненное с возможностью измерять значения тока и напряжения других неповрежденных фазовых проводов в реальном масштабе времени при возникновении однофазного повреждения; и измерять напряжение U_f на зажиме разомкнутого фазового провода; вычислительное устройство, выполненное с возможностью рассчитывать величину индуктивного напряжения и напряжение емкостного соединения согласно измеренным значениям тока и напряжения соответственно; блок сравнения, выполненный с возможностью сравнивать значения напряжения емкостного соединения со значением индуктивного напряжения, умноженного на коэффициент, где результат умножения используется как саморегулирующее пороговое значение с учетом режима нагрузки линии передачи в реальном масштабе времени; и блок идентификации, выполненный с возможностью идентифицировать тип неисправности на основании максимального значения напряжения емкостного соединения и результата умножения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, блок сравнения дополнительно выполнен с возможностью выбирать максимальное значение результата умножения между значением индуктивного напряжения, умноженного на второй коэффициент, и значением напряжения емкостного соединения, умноженным на третий коэффициент, и сравнивать напряжение на зажиме с максимальной величиной; и блок идентификации дополнительно выполнен с возможностью идентифицировать отказ как неустойчивое повреждение, если значение напряжения емкостного соединения превышает результат умножения и напряжение на зажиме выше максимального, или неисправность определяется как устойчивый отказ, если значение напряжения емкостного соединения выше, чем результат умножения, и напряжение на зажиме меньше максимума.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, блок сравнения дополнительно выполнен с возможностью выбирать максимальное значение результата умножения между значением индуктивного напряжения, умноженного на четвертый коэффициент, и значением напряжения емкостного соединения, умноженным на пятый коэффициент; сравнивать величины разности между напряжением на зажиме и половиной значения индуктивного напряжения с максимальным значением результата умножения, а так же суммой напряжения на зажиме и половиной значения индуктивного напряжения с максимальным значением результата умножения; блок идентификации дополнительно выполнен с возможностью идентифицировать тип неисправности как неустойчивое повреждение, если результаты разности и суммы превышают максимальное значение результата умножения; в противном случае, неисправность определяется как устойчивый отказ.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, в случае наличия повреждения фазы A, упомянутое индуктивное напряжение U_X рассчитывается с учетом измеренных величин тока I_B и I_C по следующей формуле:

где I_B и I_C являются значениями тока, протекающего по неповрежденным фазовым проводам фаз B и C соответственно, Z₀ и Z₁ является значениями полного сопротивления нулевой последовательности и полного сопротивления прямой последовательности защищенной линии передачи соответственно; и в случае наличия повреждений фазы B или C измеряются соответствующие значения тока, протекающего по неповрежденным фазовым проводам, и эти величины используются для расчета индуктивного напряжения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, в случае наличия повреждения фазы A, упомянутое напряжение U_M емкостного соединения рассчитывается с учетом измеренных значений напряжения U_B и U_C по следующей формуле:

где U_B и U_C являются значениями напряжения неповрежденных фазовых проводов фаз В и С соответственно, b₀ и b₁ являются значениями емкостной реактивной проводимости нулевой последовательности и емкостной реактивной проводимости прямой последовательности на единицу длины линии передачи соответственно; и в случае повреждений фазы B или C соответствующие значения напряжения неповрежденных фазовых проводов измеряются и используются при расчете величины напряжения емкостного соединения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, упомянутые коэффициенты заданы с учетом длины и нагрузки линии передачи.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, упомянутые коэффициенты динамически корректируются с учетом длины и нагрузки линии передачи.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, упомянутое устройство может отличить устойчивый отказ от неустойчивого повреждения в случае конверсии направления потока мощности на линии передачи.

Вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает способ идентификации отказа на линии передачи и неисправность функционирования устройства, который надежно отличает временный отказ (т.е. неустойчивое повреждение) от устойчивого отказа в случае наличия однофазного повреждения. Такой способ и устройство для высокоточной идентификации неисправности может быть широко использовано при работе во всех режимах работы, особенно в случае наличия отказа с высоким сопротивлением или при работе под высокой нагрузкой и т.п. Вследствие этого, такой способ и устройство настоящего изобретения могут предотвратить повторное включение контактного выключателя цепи при наличии устойчивого отказа.

Краткое описание чертежей

Ниже следует подробное описание задачи изобретения на предпочтительных примерах его осуществления, проиллюстрированных прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 иллюстрирует наличие однофазного повреждения (разомкнутая фаза A) на линии передачи;

фиг.2a иллюстрирует эквивалентную схему наличия неустойчивого повреждения на клеммах разомкнутого фазового провода, и фиг.2b показывает векторную диаграмму напряжения при наличии неустойчивого повреждения на клеммах разомкнутого фазового провода;

фиг.3 показывает блок-схему алгоритма способа идентификации неисправности на линии передачи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 иллюстрирует смоделированную структуру системы передачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.5 показывает результаты моделирования ситуации при работе в условиях больших нагрузок с постоянным коротким замыканием фазы A на землю линии передачи системы; на которой фиг.5a иллюстрирует результат моделирования, полученный при использовании способа предыдущего уровня техники, и фиг.5b показывает результат моделирования реализации варианта осуществления настоящего изобретения с использованием способа саморегулируемого порогового напряжения;

фиг.6 показывает результаты моделирования ситуации при работе в условиях больших нагрузок с постоянным коротким замыканием фазы A на землю на длинной линии передачи системы; на которой фиг.6a иллюстрирует результат моделирования, полученный при использовании способа предыдущего уровня техники, и фиг.6b показывает результат моделирования реализации варианта осуществления настоящего изобретения с использованием способа саморегулируемого порогового напряжения;

фиг.7 иллюстрирует устройство для идентификации неисправности на линии передачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Здесь и далее приведено описание примеров вариантов осуществления настоящего изобретения совместно с прилагаемыми чертежами. С целью исключения двусмысленного толкования и краткости, в данной спецификации описаны не все признаки настоящих вариантов реализации.

Способ настоящего изобретения имеет своей целью гарантировано, с высокой точностью, распознавать временный отказ (т.е. неустойчивое повреждение) от устойчивого отказа в случае однофазного повреждения, в особенности при эксплуатации в любых рабочих условиях, таких как при работе с большим сопротивлением или большой нагрузкой и т.п. Более того, такой способ и устройство настоящего изобретения может предотвратить повторное включение автоматического выключателя при наличии устойчивого отказа. Далее будут проиллюстрированы варианты осуществления в случае наличия повреждения фазы A, квалифицированному специалисту следует иметь в виду, что настоящее изобретение может быть изменено для определения типа отказа (отличие устойчивого отказа от неустойчивого повреждения), в случае повреждения фазы B или фазы C.

На фиг.3 показана блок-схема алгоритма способа идентификации неисправности на линии передачи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг.3, способ идентификации неисправности на линии передачи, основанный на определении величины напряжения, содержит:

на этапе 302, в случае возникновения однофазового повреждения, осуществляется измерение величин тока и напряжения на других неповрежденных фазовых проводах в режиме реального времени. Например, в случае повреждения фазы A, осуществляется измерение величин тока I_B и I_C, а также величин напряжения U_B и U_C;

на этапе 304 осуществляется расчет значения индуктивного напряжения U_X и величины напряжения U_M емкостного соединения согласно измеренным значением тока и напряжения, соответственно.

Как пример, значение индуктивного напряжения U_X рассчитано согласно измеренным величинам тока I_B и I_C по следующей формуле:

где I_B и I_C являются значениями неповрежденных фазовых проводов, фазы B и C соответственно, после того как автоматический выключатель отключен, Z₀ и Z₁ обозначают соответственно величины полного сопротивления нулевой последовательности и полного сопротивления прямой последовательности защищенной линии передачи; и в случае повреждения фазы B или фазы C, соответствующие величины тока неповрежденных фазовых проводов, измерены и использованы для осуществления расчета величины индуктивного напряжения U_X. Для специалистов в данной области техники очевидно, что величины (тока I_B и I_C), главным образом, находятся во взаимосвязи со значением длины и величиной нагрузки линии передачи, следовательно, амплитудное значение индуктивного напряжения U_X зависит от длины и величины нагрузки линии передачи.

Величина напряжения U_M емкостного соединения рассчитана на основании измеренных значений напряжения U_B и U_C по формуле:

где U_B и U_C являются соответственно величинами напряжения неповрежденных фазовых проводов B и C, после того как автоматический выключатель отключен, b₀ и b₁ обозначают соответственно величины емкостной реактивной проводимости нулевой последовательности и емкостной реактивной проводимости прямой последовательности на единицу длины линии передачи; и в случае повреждения фазы B или фазы C, соответствующие величины напряжения неповрежденных фазовых проводов, измерены и использованы для осуществления расчета величины напряжения U_M емкостного соединения.

На этапе 306 осуществляется сравнение величины напряжения U_M емкостного соединения со значением индуктивного напряжения U_X, умноженного на коэффициент (например, коэффициент K₁ надежности, который определен с учетом длины и величины нагрузки линии передачи), где результат умножения использован в качестве пороговой величины саморегулирования на основании режима нагрузки линии передачи в реальном масштабе времени. То есть, будет ли значение амплитуды U_M(|U_M|) превышать величину умножения (K₁*|U_X|), т.е. выполняется следующее неравенство:

Настоящее изобретение обеспечивает способ идентификации неисправности на линии передачи, более того, нет необходимости заранее предусматривать критерий для установки напряжения, такой как максимальная нагрузка системы и т.п. Благодаря тому что индуктивное напряжение определяется значениями тока нагрузки в реальном масштабе времени, предшествующие критерии напряжения обладают высокой надежностью, даже в случае неисправности в режиме короткого замыкания с большим сопротивлением или при работе в режиме тяжелых нагрузок. Исходя из максимального значения величины напряжения емкостного соединения и результата умножения, способ может идентифицировать тип отказа: неустойчивое повреждение или устойчивый отказ. Например, это может быть реализовано следующим образом: если в результате сравнения установлено, что значение U_M превышает величину результата умножения, т.е. возникает условие неравенства (10), то реализуется этап 308: осуществляется измерение напряжения U_f на контактном зажиме разомкнутого фазового провода.

На этапе 310 осуществляется выборка максимального значения результата умножения между значениями напряжения U_X, умноженного на второй коэффициент, и результатом произведения U_M, умноженного на третий коэффициент; например, второй коэффициент может представлять собой коэффициент K₂ надежности и третий коэффициент может быть коэффициентом K₃ надежности; соответственно, результатами произведения являются (K₂*|U_X|) и (K₃*|U_M|).

На этапе 312 осуществляется сравнение величины амплитуды U_f(|U_f|) с максимальным значением; т.е. выполняется следующее неравенство:

Как показано на этапе 314, если значение U_f превышает максимальное, т.е. выполняется условие неравенства (11), то отказ идентифицируется как неустойчивое повреждение. В противном случае, неисправность определяется как устойчивый отказ. Для специалистов в данной области техники очевидно, что показатель напряжения (т.е. неравенство (11)) может также применяться для распознавания типов отказов в режиме нагрузки/нулевой нагрузке. В случае нулевой нагрузки, U_X равно нулю и, таким образом, показатель напряжения может быть упрощен для определения выполнения условия |U_f|>max{K₃*|U_M|}.

В случае, если величина U_M менее результата умножения, т.е. не находится в соответствии с неравенством (10), то осуществляются следующие этапы.

Этап 309, на котором осуществляется измерение напряжения U_f на контактном зажиме разомкнутого фазового провода.

Этап 311, на котором реализуется выборка максимального значения результата умножения между значениями произведениями U_X, умноженного на четвертый коэффициент, и результатом произведения U_M, умноженного на пятый коэффициент; например, четвертый коэффициент может представлять собой коэффициент K₄ надежности, и пятый коэффициент может быть коэффициентом K₅ надежности; соответственно, результатами произведения являются (K₄*|U_X|) и (K₅*|U_M|).

Этап 313, на котором осуществляется сравнение значения разности U_f и U_X/2 (т.е. |U_f-U_X/2|) с максимальным значением произведения, а так же со значением суммы U_f и U_X/2 (т.е. |U_f+U_X/2|) с максимальным значением произведения; т.е. выполняются следующие неравенства:

и

При выполнении условий данных неравенств, т.е. в случае, если значения разности и суммы превышают максимальную величину результата умножения одновременно; осуществляется этап 314: неисправность определяется как неустойчивое повреждение. В противном случае неисправность определяется как устойчивый отказ.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, коэффициенты K₁-K₅ надежности заранее заданы с учетом длины и нагрузки линии передачи. Более того, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, коэффициенты K₁-K₅ надежности динамически отрегулированы с учетом длины и нагрузки линии передачи.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, этапы 308 и 309 (т.е. на которых осуществляется измерение напряжения U_f на контактном зажиме разомкнутого фазового провода) могут быть реализованы на том же этапе с тем, чтобы упростить блок-схему алгоритма; например, осуществляется измерение значения напряжений U_B, U_C и U_f на этапе 302 одновременно.

Вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает способ идентификации отказа на линии передачи, который имеет два ключевых момента по сравнению с предыдущим уровнем техники. Во-первых, величина амплитуды индуктивного напряжения U_X рассчитывается в реальном масштабе времени и изменяется в зависимости от значений тока (I_B и I_C в зависимости от длины и нагрузки линии передачи), так, что пороговое значение показателя напряжения не фиксируется и саморегулируется с учетом режима нагрузки линии передачи в реальном масштабе времени. Другим улучшением является показатель напряжения (неравенства (12) и (13)), который корректируется для отслеживания направления потока мощности.

Для проверки функционирования данных улучшений настоящего изобретения были проведены испытания методом моделирования, при которых осуществлялось сравнение функционирования существующего способа и данного способа, где моделировались некоторые случаи с различными условиями отказов.

На фиг.4 показана смоделированная структура системы передачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Показанная на фиг.4 смоделированная система представляет собой тестовую модель. G1 и G2 являются генераторами, где G1 опережает по фазе G2 на угол 40 градусов, представляя условия работы под большой нагрузкой.

Результаты моделирования показаны на следующих фигурах.

На фиг.5 показаны результаты моделирования ситуации при работе в условиях больших нагрузок с постоянным коротким замыканием фазы A на землю линии передачи системы. Точнее говоря, первый вариант моделирования случая отказа является случаем постоянного короткого замыкания фазы A на землю с 50 Ом переходным сопротивлением в месте короткого замыкания на линии передачи 132 кВ длинной 50 км, место короткого замыкания находится на расстоянии 25 км от местоположения реле защиты.

На фиг.5a показан результат моделирования, полученный при работе в условиях постоянного отказа фазы A, при использовании способа предыдущего уровня техники. Можно видеть, что величина измеренного напряжения на разомкнутой фазе A превышает пороговое значение (индуктивное напряжение при максимальном режиме нагрузки) и, согласно существующему критерию для установки напряжения (т.е. неравенство (5)), тип неисправности может быть определен неверно, т.е. как неустойчивое повреждение. Обычно тип неисправности определяется как неустойчивое повреждение, контактный выключатель цепи может быть снова замкнут без повреждения системы. Замыкание контактного выключателя цепи или автоматическое его включение, при условии наличия устойчивого отказа на линии передачи, может привести к поломке важных устройств, что поставит под угрозу стабильность функционирования системы.

На фиг.5b показан результат моделирования реализации варианта осуществления настоящего изобретения с использованием способа саморегулируемого порогового напряжения. Благодаря наличию переменного критерия для установки напряжения на основании возможности саморегуляции величины порогового напряжения, измеренное напряжение не превышает оптимального порогового значения (т.е. max {K₂*|U_X|, K₃*|U_M|}).Таким образом, неисправность будет определена как устойчивый отказ. Т.е. в данных экстремальных условиях отсутствует возможность неверного прогнозирования типа неисправности.

На фиг.6 показаны результаты моделирования ситуации при работе в условиях больших нагрузок с постоянным коротким замыканием фазы A на землю на длинной линии передачи системы. Точнее говоря, второй вариант моделирования случая отказа является случаем постоянного короткого замыкания фазы A на землю с 150 Ом переходным сопротивлением в месте короткого замыкания на линии передачи системы с углом 40 градусов приложения нагрузки 400 кВ длиной 300 км, место короткого замыкания находится на расстоянии 150 км от местоположения реле защиты.

На фиг.6a показан результат моделирования, полученный при использовании способа предыдущего уровня техники. Можно видеть, что величина компенсированного напряжения на разомкнутой фазе A превышает пороговое значение (половина величины индуктивного напряжения при максимальном режиме нагрузки) и, согласно существующему критерию для установки напряжения (т.е. неравенство (6)), тип неисправности может быть определен неверно, т.е. как неустойчивое повреждение. Замыкание контактного выключателя цепи или автоматическое его включение, при условии наличия устойчивого отказа на линии передачи, может привести к поломке важных устройств, что поставит под угрозу стабильность функционирования системы.

На фиг.6b показан результат моделирования реализации варианта осуществления настоящего изобретения с использованием способа саморегулируемого порогового напряжения. Благодаря наличию переменного критерия для установки напряжения на основании возможности саморегуляции величины порогового напряжения, компенсированное напряжение 1 (т.е. |U_f-U_X/2|) и компенсированное напряжение 2 (т.е. |U_f+U_X/2|) меньше оптимального порогового значения (т.е. max{K₄*|U_X|, K₅*|U_M|}). Таким образом, неисправность будет определена как устойчивый отказ. Т.е. в данных экстремальных условиях отсутствует возможность неверного прогнозирования типа неисправности.

Вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает способ идентификации неисправности на линии передачи, который повышает точность распознавания наличия либо устойчивого отказа, либо неустойчивого повреждения при работе во всех рабочих режимах, в особенности, при наличии экстремального условия отказа, как, например, отказа с высоким переходным сопротивлением в месте короткого замыкания или при работе в режиме большой нагрузки и т.п. Настоящее изобретение позволяет осуществить точное прогнозирование наличия того или иного типа отказа, таким образом, контактные выключатели цепи могут быть повторно включены в случае наличия неустойчивого повреждения, в особенности, могут быть повторно включены автоматически, и не допускает такой возможности в случае наличия устойчивого отказа.

Принцип и способ просты, понятны, и они могут быть легко реализованы на существующих платформах. Фиг.7 иллюстрирует устройство для идентификации неисправности на линии передачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг.7, обеспечивается устройство для идентификации неисправности на линии передачи. Такое устройство 700 содержит: измерительный блок 702, вычислительный блок 704, блок 706 сравнения, блок 708 идентификации.

Измерительный блок 702 выполнен с возможностью измерять значения тока и напряжения других неповрежденных фазовых проводов при наличии однофазового повреждения; и измерять величину напряжения U_f на контактном зажиме разомкнутого фазового провода.

Вычислительный блок 704 выполнен с возможностью вычислять значения индуктивного напряжения U_X и напряжение U_M емкостного соединения с учетом значений измеренных величин тока и напряжения соответственно.

Блок 706 сравнения выполнен с возможностью сравнивать значение напряжения U_M емкостного соединения с величиной индуктивного напряжения U_X, умноженной на коэффициент K₁ надежности, где результат умножения используется в качестве саморегулируемой пороговой величины с учетом режима нагрузки линии передачи в реальном масштабе времени.

Блок 708 идентификации выполнен с возможностью идентифицировать тип отказа: либо как неустойчивое повреждение, либо как устойчивый отказ, на основании максимального значения напряжения емкостного соединения и результата умножения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, блок 706 сравнения дополнительно выполнен с возможностью выбирать между максимальным значением результата умножения значения U_X, умноженного на коэффициент K₂ надежности и величиной напряжения U_M, умноженной на коэффициент K₃ надежности, и сравнивать значение U_f с максимальным значением; и блок 708 идентификации выполнен с возможностью идентифицировать отказ как неустойчивое повреждение, если значение напряжения U_M превышает результат умножения и значение U_f выше максимальной величины, или идентифицировать отказ как устойчивый отказ, если величина напряжения U_M выше значения результата умножения и значение U_f не превышает максимума.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, блок 706 сравнения дополнительно выполнен с возможностью выбирать между максимальным значением результата умножения значения U_X, умноженного на коэффициент K₄ надежности и напряжения U_M, умноженного на коэффициент K₅ надежности, и сравнивать значение разности U_f и U_X/2c максимальным значением результата умножения, так же как значение суммы U_f и U_X/2c максимальным значением результата умножения; блок идентификации дополнительно выполнен с возможностью идентифицировать отказ как неустойчивое повреждение, если значение разности и суммы превышает максимальный результат умножения; в противном случае отказ идентифицируется как устойчивый отказ.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, в случае наличия повреждения фазы A, упомянутое индуктивное напряжение U_X рассчитывается с учетом измеренных величин тока I_B и I_C по следующей формуле:

где I_B и I_C являются значениями тока, протекающего по неповрежденным фазовым проводам фаз B и C соответственно, после размыкания контактного выключателя, Z₀ и Z₁ является значениями полного сопротивления нулевой последовательности и полного сопротивления прямой последовательности защищенной линии передачи соответственно; и в случае наличия повреждения фазы B или C, соответствующие значения тока, протекающего по неповрежденным фазовым проводам, измеряются, и эти величины используются для расчета индуктивного напряжения U_X.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, в случае наличия повреждения фазы A, упомянутое напряжение U_M емкостного соединения рассчитывается с учетом измеренных значений напряжения U_B и U_C по следующей формуле:

где U_B и U_C являются значениями напряжения неповрежденных фазовых проводов фаз B и C соответственно после размыкания контактного выключателя цепи, b₀ и b₁ являются значениями емкостной реактивной проводимости нулевой последовательности и емкостной реактивной проводимости прямой последовательности на единицу длины линии передачи соответственно; и в случае повреждений фазы B или C соответствующие значения напряжения неповрежденных фазовых проводов измеряются и используются при расчете величины напряжения U_M емкостного соединения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, упомянутые коэффициенты K₁-K₅ надежности заранее заданы с учетом длины и нагрузки линии передачи.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, упомянутое устройство может отличить устойчивый отказ от неустойчивого повреждения в случае конверсии направления потока мощности на линии передачи.

Вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает устройство для идентификации отказа на линии передачи, которое повышает точность распознавания устойчивого отказа от неустойчивого повреждения при функционировании во всех режимах работы, особенно в случае наличия отказа с высоким сопротивлением или при работе под высокой нагрузкой и т.п. Настоящее изобретение обеспечивает точное предсказание типа неисправности, что позволяет контактным выключателям цепи безопасно быть повторно замкнутыми в случае наличия неустойчивого повреждения, особенно замкнутыми автоматически, и не допустить повторного включения контактного выключателя цепи при некорректном предсказании типа неисправности, т.е. в случае наличия устойчивого отказа.

Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают способы идентификации отказа на линии передачи и неисправности функционирования устройств, которые могут быть использованы в различных режимах работы с различными значениями длины линии передачи. Более того, отсутствует необходимость в предварительном предположении критерия для установки напряжения, а именно, максимальной величины нагрузки системы и т.п. Критерий для установки напряжения согласно данному изобретению может быть использован с высокой степенью надежности, даже при появлении отказа с высоким переходным сопротивлением в месте короткого замыкания (например, 300 Ом) или в режиме высокой нагрузки (например, 40 Deg).

Хотя настоящее изобретение было описано на основании некоторых предпочтительных вариантов осуществления, специалисты в данной области техники понимают, что данные варианты осуществления не ограничивают объем настоящего изобретения.

Не выходя за рамки существа и концепции настоящего изобретения, специалистам в данной области техники очевидны различные изменения и модификации данных вариантов осуществления и, соответственно, которые находятся в границах объема настоящего изобретения, определенной в нижеследующей формуле изобретения.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности. Способ содержит следующие этапы: измерение значений тока и напряжения на неповрежденных фазовых проводах на линии передачи в реальном масштабе времени при возникновении однофазного повреждения; вычисление значений индуктивного напряжения и напряжения емкостного соединения на основании измеренных значений тока и напряжения; сравнение значения напряжения емкостного соединения с величиной индуктивного напряжения, умноженной на коэффициент, причем результат умножения используется в качестве саморегулируемой пороговой величиной с учетом режима нагрузки линии передачи в реальном масштабе времени; и идентификацию типа неисправности на основании результата сравнения. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ идентификации неисправности на линии передачи на основе напряжения, характеризующийся тем, что:
измеряют значения тока и напряжения на других неповрежденных фазовых проводах в реальном масштабе времени при возникновении однофазного повреждения;
вычисляют величины индуктивного напряжения и напряжения емкостного соединения на основании измеренных значений тока и напряжения соответственно;
сравнивают величины напряжения емкостного соединения со значением индуктивного напряжения, умноженного на коэффициент, при этом результат умножения используется как саморегулируемое пороговое значение, с учетом режима нагрузки линии передачи в реальном масштабе времени; и
идентифицируют тип неисправности на основании максимума из указанных значений напряжения емкостного соединения и результата умножения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что если величина напряжения емкостного соединения превышает результат умножения, то
измеряют напряжение на клемме разомкнутого фазового провода,
производят выборку максимального значения результата умножения между значением индуктивного напряжения, умноженным на второй коэффициент, и значением напряжения емкостного соединения, умноженным на третий коэффициент,
сравнивают значение напряжения на клемме с указанным максимальным значением результата умножения; и
идентифицируют неисправность как неустойчивое повреждение, если напряжение на клемме превышает указанное максимальное значение, в противном случае, неисправность идентифицируют как устойчивый отказ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что если значение напряжения емкостного соединения меньше величины результата умножения, то дополнительно выполняют этапы, на которых:
измеряют величину напряжения на клемме разомкнутого фазового провода;
производят выборку максимального значения результата умножения между значением индуктивного напряжения, умноженным на четвертый коэффициент, и значением напряжения емкостного соединения, умноженным на пятый коэффициент;
сравнивают значение разности напряжения на клемме и половины индуктивного напряжения с указанным максимальным значением результата умножения, а также значение суммы напряжения на клемме и половины индуктивного напряжения с указанным максимальным значением результата умножения; и
идентифицируют неисправность как неустойчивое повреждение, если результат разности и результат суммы превышает максимальное значение результата умножения; в противном случае, неисправность идентифицируют как устойчивый отказ.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае наличия повреждения фазы A, указанное значение индуктивного напряжения U_X рассчитывают на основании измеренных значений тока I_B и I_C по следующему уравнению:
,
где I_B и I_C - значения тока, протекающего по неповрежденным фазовым проводам B и C соответственно, Z₀ и Z₁ - значения полного сопротивления нулевой последовательности и полного сопротивления прямой последовательности защищенной линии передачи соответственно; и
в случае наличия повреждения фазы B или фазы C, измеряют соответствующие значения тока, протекающего по неповрежденным фазовым проводам, и используют измеренные значения для расчета индуктивного напряжения.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае наличия повреждения фазы A, упомянутое значение напряжения U_M емкостного соединения рассчитывают с учетом измеренных значений напряжения U_B и U_C по следующему уравнению:
,
где U_B и U_C - значения напряжения неповрежденных фазовых проводов фаз B и C соответственно, b₀ и b₁ - значения емкостной реактивной проводимости нулевой последовательности и емкостной реактивной проводимости прямой последовательности на единицу длины линии передачи соответственно; и
в случае наличия повреждений фазы B или фазы C, измеряют соответствующие значения напряжения неповрежденных фазовых проводов и используют измеренные значения для расчета напряжения емкостного соединения.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что указанные коэффициенты заданы с учетом длины и нагрузки линии передачи.

7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что указанные коэффициенты динамически корректируются с учетом длины и нагрузки линии передачи.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что обеспечивает возможность отличить устойчивый отказ от неустойчивого повреждения в случае конверсии направления потока мощности на линии передачи.

9. Устройство для идентификации неисправности на линии передачи, содержащее:
измерительный блок, выполненный с возможностью измерять значения тока и напряжения на других неповрежденных фазовых проводах в реальном масштабе времени при возникновении однофазового повреждения, и измерять напряжение на клемме разомкнутого фазового провода;
вычислительный блок, выполненный с возможностью вычислять значения индуктивного напряжения и напряжения емкостного соединения на основании измеренных значений тока и напряжения соответственно;
блок сравнения, выполненный с возможностью сравнивать значение напряжения емкостного соединения с величиной индуктивного напряжения, умноженной на коэффициент, при этом результат умножения используется в качестве саморегулируемого порогового значения с учетом режима нагрузки линии передачи в реальном масштабе времени; и
блок идентификации, выполненный с возможностью идентифицировать тип неисправности на основании максимума из указанных значений напряжения емкостного соединения и результата умножения.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что блок сравнения дополнительно выполнен с возможностью выбирать максимальное значение результата умножения между величиной индуктивного напряжения, умноженной на второй коэффициент, и значением напряжения емкостного соединения, умноженным на третий коэффициент, и сравнивать напряжение на клемме с указанным максимальным значением; и
блок идентификации дополнительно выполнен с возможностью идентифицировать тип неисправности как неустойчивое повреждение, если величина напряжения емкостного соединения превышает указанный результат умножения и напряжение на клемме превышает указанное максимальное значение, или идентифицировать неисправность как устойчивый отказ, если значения напряжения емкостного соединения превышают указанный результат умножения, а напряжение на клемме меньше указанного максимального значения.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что блок сравнения дополнительно выполнен с возможностью выбирать максимальное значение результата умножения между величиной индуктивного напряжения, умноженной на четвертый коэффициент, и значением напряжения емкостного соединения, умноженным на пятый коэффициент; и сравнивать разность между напряжением на клемме и половиной значения индуктивного напряжения с указанным максимальным значением результата умножения, а также сравнивать сумму напряжения на клемме и половины значения индуктивного напряжения с максимальным значением результата умножения;
блок идентификации дополнительно выполнен с возможностью идентифицировать тип неисправности как неустойчивое повреждение, если указанные значения разности и суммы превышают указанное максимальное значение результата умножения; и в противном случае идентифицировать неисправность как устойчивый отказ.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в случае наличия неисправности фазы A, указанное значение индуктивного напряжения U_X рассчитывается на основании измеренных значений тока I_B и I_C по следующему уравнению:
,
где I_B и I_C - значения тока, протекающего по неповрежденным фазовым проводам фаз B и C соответственно, Z₀ и Z₁ - значения полного сопротивления нулевой последовательности и полного сопротивления прямой последовательности защищенной линии передачи соответственно; и
в случае наличия повреждения фазы B или фазы C, измеряются соответствующие значения тока, протекающего по неповрежденным фазовым проводам, и измеренные величины используются для расчета индуктивного напряжения.

13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в случае наличия неисправности фазы A, значение напряжения U_M емкостного соединения рассчитывается с учетом измеренных значений напряжения U_B и U_C по следующему уравнению:
,
где U_B и U_C - значения напряжения неповрежденных фазовых проводов фаз B и C соответственно, b₀ и b₁ - значения емкостной реактивной проводимости нулевой последовательности и емкостной реактивной проводимости прямой последовательности на единицу длины линии передачи соответственно; и
в случае повреждений фазы B или фазы C, измеряются соответствующие значения напряжения неповрежденных фазовых проводов и используются измеренные значения для расчета величины напряжения емкостного соединения.

14. Устройство по любому из пп.9-13, отличающееся тем, что указанные коэффициенты задаются с учетом длины и нагрузки линии передачи.

15. Устройство по любому из пп.9-13, отличающееся тем, что указанные коэффициенты динамически корректируются с учетом длины и нагрузки линии передачи.

16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что выполнено с возможностью отличать устойчивый отказ от неустойчивого повреждения в случае конверсии направления потока мощности на линии передачи.