СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2015 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано для определения места повреждения линии электропередачи.

Известен способ определения расстояния до места повреждения линии электропередачи [Патент РФ №2472169 МПК G01R 31/08, опубл. 10.01.2013, бюл. №1], заключающийся в том, что измеряют токи и напряжения фаз на первом и втором концах линии, формируют из измеренных токов и напряжений междуфазные токи и междуфазные напряжения, выделяют аварийные составляющие междуфазных токов и аварийные составляющие междуфазных напряжений, фиксируют на первом и втором концах линии моменты времени t₁ и t₂ превышения порогового значения суммой аварийных составляющих междуфазных напряжений и аварийных составляющих соответствующих междуфазных токов, умноженных на коэффициент, равный эквивалентному значению междуфазного волнового сопротивления, и по измеренной разности (t₁-t₂) вычисляют расстояние до места повреждения.

Недостатком известного способа определения расстояния до места повреждения линии электропередачи является низкая точность.

Наиболее близким техническим решением является способ определения места повреждения линии электропередачи [Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоатомиздат, 1982, стр.18-19], использующий волновой метод двухсторонних измерений, по которому фиксируют электромагнитные волны, возникающие в момент повреждения и распространяющиеся к концам линии, в моменты достижения фронтами волн концов линии измеряют и фиксируют разность времени Δt прихода фронтов электромагнитных волн к концам линии, а место повреждения определяют путем суммирования половинной длины линии и половинного произведения разности времени Δt на скорость распространения электромагнитных волн вдоль линии.

С целью обеспечения точности определения расстояния до места повреждения современные технические решения, являющиеся разновидностью волнового метода двухсторонних измерений, используют глобальную систему позиционирования [например, Патент US №6597180 B1, опубл. 22.07.2003].

Недостатком известного способа определения места повреждения линии электропередачи является низкая точность.

Наряду с точностью фиксации времени прихода электромагнитной волны к концам линии важным фактором, влияющим на расчеты расстояния до повреждения, является скорость распространения электромагнитной волны. В способе-прототипе предполагается неизменная скорость распространения электромагнитной волны вдоль всей линии.

Однако, например, высоковольтные воздушные линии электропередачи, как правило, имеют неоднородные участки, связанные с различным конструктивным исполнением (вертикальное или горизонтальное расположение фаз, прохождение вблизи соседних линий на одних опорах, переходы через водные преграды, пересечения и др.). Очевидно, что в силу различного конструктивного исполнения на отдельных участках реактивное сопротивление и скорость распространения электромагнитной волны будут различны.

Неучет изменений скорости распространения электромагнитной волны вдоль ЛЭП вызывает ошибки при определении места повреждения. Эти ошибки можно компенсировать путем введения корректирующих слагаемых в результаты волнового двухстороннего определения места повреждения ЛЭП. Корректирующие слагаемые (коэффициенты) целесообразно получить путем имитационного моделирования волнового двухстороннего метода определения места повреждения для конкретной ЛЭП (с учетом конструктивных особенностей ее участков), последовательно перемещая точку повреждения вдоль линии. При этом искомые корректирующие коэффициенты определяются путем сопоставления результатов имитационного моделирования для конкретного места повреждения и результатов расчета расстояния до повреждения согласно способу-прототипу. Разница в определении указанных расстояний соответствует корректирующим коэффициентам.

Для примера производилось моделирование ЛЭП 220 кВ «Бобыльская-Кудьма» Нижегородской энергосистемы.

Линия была представлена пятью участками с разным конструктивным исполнением и различной длины. Особенности участков, а также параметры, соответствующие конструктивному исполнению, представлены в табл.1 (для удельных параметров в скобках указано максимальное значение, вне скобок - минимальное среди трех фазных значений).

На фиг.1 представлена зависимость корректирующего коэффициента Δl для ЛЭП 220 кВ «Бобыльская-Кудьма» по результатам моделирования и расчета расстояния по способу-прототипу. Указанная зависимость показывает, что неучет изменения скорости распространения электромагнитной волны вдоль ЛЭП 220 кВ «Бобыльская-Кудьма» приводит к ошибкам определения расстояния до повреждения, достигающих 240 метров.

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

Поставленная задача достигается способом определения места повреждения линии электропередачи, по которому фиксируют электромагнитные волны, возникающие в месте повреждения и распространяющиеся к концам линии, в моменты достижения фронтами волны концов линии, и измеряют и фиксируют разность времени прихода фронтов электромагнитных волн к концам линии. Согласно предлагаемому способу перед определением места повреждения производят имитационное моделирование повреждений с учетом конструктивных особенностей ЛЭП и последующей фиксацией времени прихода фронтов электромагнитных волн к концам линии, по результатам моделирования определяют корректирующие коэффициенты, а место повреждения определяют путем суммирования половинной длины линии, половинного произведения разности времени прихода электромагнитных волн на скорость распространения электромагнитных волн, а также корректирующего коэффициента.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Схемные решения для определения места повреждения линии электропередачи могут быть выполнены с использованием аппаратуры различных производителей, например:

- канадской компании Qualitrol, описания технических решений которой представлены на сайте российского официального представителя wwwhttp://www.navi-http://spb.ru;

- микропроцессорного устройства определения места повреждения «Бреслер-0107.090» ООО «НПП Бреслер», 428018 г. Чебоксары, ул. Афанасьева, д. 13;

- ряда других производителей.

Перед началом определения места повреждения линии электропередачи производится имитационное моделирование. Формируется имитационная модель ЛЭП, учитывающая конструктивные особенности каждого из ее участков. Имитационная модель может быть сформирована на основе принципов, изложенных в [например, Демирчян К.С., Бутырин П.А. Моделирование и машинный расчет электрических цепей, 1988]. Проводятся имитационные эксперименты с использованием средств вычислительной техники. Имитирование повреждений осуществляется для каждой точки ЛЭП вдоль всей ее длины. По результатам имитационных экспериментов фиксируется время прихода фронта электромагнитной волны к разным концам ЛЭП и определяется разность времени прихода Δt. В последующем производится расчет расстояния l до предполагаемого места повреждения на основе выражения, характерного для способа-прототипа:

где L - длина линии электропередачи;

υ - скорость распространения электромагнитных волн (например, средняя скорость распространения волн вдоль линии, часто выбирается скорость света).

Поскольку в расчетном соотношении (1) принята постоянная скорость распространения электромагнитных волн по всем участкам ЛЭП, то возникает разница между расчетным расстоянием l_p и истинным положением повреждения l_u в имитируемой точке ЛЭП. Эта разница

будет определять корректирующий коэффициент (фиг.1) для более точного определения места положения повреждения ЛЭП.

В общем случае, поскольку параметры ЛЭП и соответственно скорость распространения электромагнитных волн по ее участкам зависит от множества факторов (погодные условия, сопротивление земли и др.), то для каждого сочетания таких факторов и каждой точки ЛЭП будет иметься некоторое множество корректирующих коэффициентов.

После проведения моделирования и получения корректирующих коэффициентов производится занесение указанных коэффициентов в память вычислительного устройства, реализующего волновое двухстороннее определение мест повреждений выбранной линии электропередачи.

После установки комплектов устройства волнового определения мест повреждения на противоположные концы ЛЭП предлагаемый способ может быть реализован. При возникновении повреждения, например пробоя изоляции воздушной ЛЭП на землю, формируются распространяющиеся в обе стороны электромагнитные волны напряжения. Указанные волны регистрируются комплектами устройства волнового определения мест повреждения. Регистрация осуществляется на основе синхронизированного отсчета времени на обоих концах линии с использованием глобальной системы позиционирования. Информация о времени регистрации электромагнитной волны с противоположного конца ЛЭП передается с помощью канала связи на комплект, осуществляющий расчет расстояния до повреждения по выражению (1)

По рассчитанному расстоянию до места повреждения l производится корректировка результатов с учетом имитационного моделирования. При этом из памяти устройства выбирается требуемый корректировочный коэффициент, соответствующий рассчитанному значению l, и реализуется суммирование

где l_ист - уточненное значение расстояния до повреждения ЛЭП.

Таким образом, за счет предварительного имитационного моделирования волнового определения мест повреждения на ЛЭП, представленной в имитационной модели с учетом конструктивных особенностей каждого из участков, получения на этой основе корректирующих коэффициентов обеспечивается цель предлагаемого изобретения - повышение точности определения места повреждения линии электропередачи.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано для определения места повреждения линии электропередачи. Технический результат: повышение точности. Сущность: фиксируют электромагнитные волны, возникающие в месте повреждения и распространяющиеся к концам линии. В моменты достижения фронтами волн концов линии измеряют и фиксируют разность времен прихода фронтов электромагнитных волн к концам линии. Перед определением места повреждения проводят имитационное моделирование повреждений с учетом конструктивных особенностей ЛЭП и последующей фиксацией времени прихода электромагнитных волн к концам линии. По результатам моделирования определяют корректирующие коэффициенты. Место повреждения определяют путем суммирования половины длины линии, половинного произведения разности времени прихода волн на скорость распространения электромагнитных волн, а также корректирующего коэффициента. 1 табл., 1 ил.

Способ определения места повреждения линии электропередачи, по которому фиксируют электромагнитные волны, возникающие в месте повреждения и распространяющиеся к концам линии, в моменты достижения фронтами волн концов линии измеряют и фиксируют разность времени прихода фронтов электромагнитных волн к концам линии, отличающийся тем, что перед определением места повреждения согласно способу проводят имитационное моделирование повреждений с учетом конструктивных особенностей ЛЭП и последующей фиксацией времени прихода фронтов электромагнитных волн к концам линии, по результатам моделирования определяют корректирующие коэффициенты, а место повреждения определяют путем суммирования половинной длины линии, половинного произведения разности времени прихода фронтов электромагнитных волн на скорость распространения электромагнитных волн, а также корректирующего коэффициента.