СПОСОБ АДАПТАЦИИ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ И ОПРЕДЕЛИТЕЛЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЕЕ МОДЕЛИ Российский патент 2016 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике линий электропередачи, и может быть использовано при создании устройств защиты и автоматики, требующих высокой степени адаптации характеристик срабатывания к режимам защищаемого объекта.

Известен способ дистанционной защиты [Патент РФ №2447454 «Способ дистанционной защиты», МПК G01R31/08, H02H03/40, опубл. 10.04.2012, бюл. №10] линии электропередачи при коротком замыкании, заключающийся в том, что измеряют активное и реактивное сопротивления до места короткого замыкания по аварийным значениям тока, напряжения и угла между ними в момент возникновения повреждения, используют полученные результаты при сравнении с уставками, учитывающими искажающие факторы, а при плавном изменении параметров режима линии блокируют действие защиты до возврата защиты при восстановлении нормального режима работы линии электропередачи, согласно способу с уставками сравнивают расстояние между местом установки защиты и местом короткого замыкания, определяемое на основе взвешенного усреднения оценок расстояния, получаемых из измерений активного и реактивного сопротивлений, а изменение параметров режима линии фиксируют по изменениям значения и знака расстояния между местом установки защиты и местом короткого замыкания.

Недостатком способа является низкая устойчивость функционирования, поскольку информация об искажающих факторах, сопровождающих дистанционные измерения, не корректируется в процессе функционирования защиты.

Известен способ определения места повреждения линий электропередачи [Патент РФ №2437110 «Способ определения места повреждения линий электропередачи», МПК G01R 31/11, опубл. 20.12.2011, бюл. №35], включающий хранение в виде моделей информации о параметрах ЛЭП и электросети, получение оперативной информации о параметрах аварийного режима и номере режима сети, передачу оперативной информации о параметрах аварийного режима и номере режима сети для вычислений, вычисление расстояния до повреждения и необходимой зоны обхода ЛЭП на основе параметров аварийного режима, номера режима сети и моделей, согласно способу хранимую в виде моделей информацию о параметрах ЛЭП и электросети периодически корректируют на основе результатов активного зондирования ЛЭП.

Недостатком способа является низкая скорость реализации и невозможность использования в дистанционной защите, поскольку способ предполагает для точных вычислений предварительное активное зондирование ЛЭП и корректировку хранимой в виде моделей информации о параметрах ЛЭП.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее модели [Патент РФ «Способ адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее модели» МПК H02H03/40, G01R31/08, опубл. 20.08.1997] по двум режимам короткого замыкания путем измерений напряжений и токов на одной стороне линии, подачи измеренных напряжений первого режима на входы первой модели, подключения к первой модели комплексной нагрузки, подбора нагрузки из условия уравновешивания первой модели по токам на входе, подачи измеренных напряжений второго режима на входы второй модели, подключения к второй модели комплексной нагрузки, подбора нагрузки из условия уравновешивания второй модели по токам на входе, согласно способу к моделям первого и второго режимов линии комплексные нагрузки подключают в местах замыканий, определяют ток в резисторах комплексных нагрузок, отключают реактивные сопротивления комплексных нагрузок, включают вместо резисторов источники определенных токов, подключают модель передающей системы, состоящей из источников напряжения и сопротивлений прямой и нулевой последовательностей, измеряют на входах моделей аварийные токи и напряжения, сравнивают полученные величины с величинами линии и, если разница между ними превышает заданную уставку, определяют комплексные передаточные коэффициенты как отношения измеренных напряжений и токов модели и линии, определяют среднее значение передаточных коэффициентов и с их помощью корректируют входные величины модели и вновь уравновешивают их комплексной нагрузкой и далее продолжают процесс настройки в той же последовательности, фиксируют сближение токов и напряжений моделей и линии, после чего корректируют токи и напряжения линии непосредственно в дистанционной защите и определителе места повреждения линии электропередачи.

Недостатком способа-прототипа является сложность, поскольку используются две модели линии электропередачи, а также необходимость наличия двух коротких замыканий на линии.

Задача изобретения - упрощение способа адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения за счет использования лишь одной модели линии электропередачи.

Поставленная задача достигается способом адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее модели, согласно которому измеряют аварийные токи и напряжения, выполняют итерационные операции с моделью линии электропередачи и по результатам итерационных операций вводят корректировки в дистанционной защите и определителе места повреждения линии электропередачи, согласно изобретению итерационные операции с моделью производят заблаговременно путем имитации повреждений в различных точках линии электропередачи, по результатам имитаций определяют токи и напряжения на конце (концах) линии электропередачи, а по определенным значениям токов и напряжений производят определение места повреждения согласно способу определения места повреждения или дистанционной защиты, вычисляют разность расстояний между имитируемым местом повреждения и определенным согласно реализованному способу определения места повреждения или дистанционной защиты и используют полученную разность в качестве корректирующих коэффициентов, а адаптацию способа дистанционной защиты и определителя места повреждения осуществляют путем реализации способа дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи по измеренным аварийным токам и напряжениям в результате короткого замыкания на линии электропередачи с последующей корректировкой результатов на основе полученных заблаговременно корректирующих коэффициентов.

Предлагаемый способ адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее модели может быть реализован на микропроцессорной технике. В качестве реализующего устройства может быть выбрано устройство цифровой релейной защиты [например, Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М.: Энергоатомиздат, 2007, стр.42].

Устройство (фиг.1) включает: промежуточные трансформаторы тока 1; промежуточные трансформаторы напряжения 2; аналоговые фильтры низких частот 3; коммутатор сигналов 4; аналого-цифровой преобразователь 5; вычислительное устройство 6, содержащее блоки ввода 7 и вывода 8 дискретной информации, цифровой процессор 9, блок памяти 10.

Способ реализуется следующим образом.

Перед включением устройства производится имитационное моделирование повреждений на всех точках анализируемой ЛЭП с последующей статистической обработкой информации. По аварийным токам и напряжениям, полученным в результате имитации повреждения в выбранной точке x_f ЛЭП, реализуется процедура определения места повреждения (ОМП), заканчивающаяся формированием оценки x_fоц расстояния до места повреждения. Между расстоянием до выбранной на ЛЭП точки x_f и оценочным расстоянием x_fоц по результатам ОМП существует разность ∆L_омп

∆L_омп = x_fоц - x_f,

которая зависит от имитируемого места повреждения (например, фиг.2). Массив разностей ∆L_омп , определенных для каждой имитируемой точки повреждения ЛЭП, используется в процессе реализации способа адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения в качестве корректирующих коэффициентов.

Входная информация цифрового устройства релейной защиты определяется аналоговыми сигналами U_A … U₀, I_A … I₀, характеризующими режим электроэнергетической системы в точке А установки защиты, по переменному напряжению и току, и логическими сигналами X₁ … X_k, подводимыми к блоку 7 ввода вычислительного устройства 6.

Сигналы X₁ … X_k разделяются на группы, воздействуя на различные узлы блока 7, и вводятся обслуживающим персоналом или автоматически. Посредством таких сигналов в память устройства (блок 10) вводятся коэффициенты, участвующие в формировании результирующей оценки расстояния (дистанции) при реализации способа адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения.

Сигналы У₁… У_q блока ввода 8 воздействуют на отключающие устройства защитного комплекса, другие устройства релейной защиты, регистратор данных, печатающую аппаратуру. Более подробно с использованием сигналов X₁ … X_k, У₁… У_q можно познакомится [Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М.: Энергоатомиздат. 2007. стр.41 - 47].

Аналоговые сигналы от трансформаторов тока TA и напряжения TV преобразуются промежуточными трансформаторами тока 1, напряжения 2, фильтрами нижних частот 3 и подводятся к коммутатору 4, обеспечивающему поочередную выборку мгновенных значений величин с выходов отдельных фильтров и их запоминание на время, необходимое для правильной работы АЦП 5. В результате выходные сигналы АЦП 5 соответствуют в цифровом виде дискретным сигналам, промодулированным синусоидальными функциями. Каждому аналоговому сигналу U(t) (I(t)) на выходе аналогового фильтра нижних частот 3 соответствует дискретный сигнал U(nT) (I(nT)) на выходе АЦП 5, вводимый в вычислительное устройство 6, осуществляющее цифровую обработку сигналов, согласно предлагаемому способу адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения.

В процессе реализации операций предлагаемого способа адаптации задействованы цифровой процессор 9 и блок памяти 10. В блоке памяти 10 осуществляется последовательное хранение совокупностей мгновенных значений токов и напряжений, соответствующих определенному временному интервалу анализа дистанционной защиты и определителя места повреждения. Как правило, временной интервал выбирается равным периоду промышленной частоты (f= 50 Гц) и соответствует Т_а= 20 мс. В течение этого интервала осуществляется выборка мгновенных значений тока и напряжения, количество которых N определяется отношением интервала Т_а к интервалу дискретизации t_д (N=Т_а/t_д). Операция выборки повторяется периодически с периодом t_д, который определяет дискретность выдачи управляющих сигналов У₁… У_q.

Взаимодействуя с блоком памяти 10, цифровой процессор 9 выполняет операции, требуемые для реализации способа адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения:

1. Фильтрацию мгновенных значений токов и напряжений, полученных в интервале Т_а, для формирования результирующих комплексных значений фазных, а также симметричных составляющих токов и напряжений. Для операции фильтрации может быть выбран алгоритм дискретного преобразования Фурье или другие алгоритмы, изложенные, например, в [Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. -М.: Энергоатомиздат. 2007. стр.108 - 128].

2. Получение значений активных и реактивных сопротивлений на основе комплексных значений фазных токов и напряжений, а также их симметричных составляющих. Осуществление многофазных измерений (реализация многофазных дистанционных органов релейной защиты) может выполняться по различным методам, например, [Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей: учеб. Пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат. 1984. стр. 419-425] с последующим взятием реальной (активная) и мнимой (реактивная) составляющих комплексного сопротивления.

3. Определение расстояний от места установки защиты до места короткого замыкания на основе текущих замеров активных и реактивных сопротивлений, а также реализации одного (или нескольких) способов определения места повреждения [например, Аржанников Е.А., Лукоянов В.Ю., Мисриханов М.Ш. Определение места короткого замыкания на высоковольтных линиях электропередачи/ Под. ред. В.А. Шуина. - М.: Энергоатомиздат. 2003. 272с.]. Оценки расстояний для дистанционной защиты могут быть получены путем соотношения (деления) замеренных активных и реактивных сопротивлений на удельные активные и реактивные сопротивления, характеризующие конкретную ЛЭП и ее участки.

4. Адаптацию дистанционной защиты и определителя места повреждения ЛЭП путем корректировки полученных расстояний на величину ∆L_омп, заблаговременно сформированную по результатам имитационного моделирования и хранящуюся в блоке памяти 10. Корректировка результатов ОМП осуществляется для повышения точности оценки расстояния до повреждения.

5. Сравнение результирующих расстояний, соответствующих многофазным измерениям (дистанционным органам защиты), с уставками зон дистанционной защиты. Временные параметры зонного сравнения с уставками обеспечиваются программным способом. Принципы выбора уставок, исходя из расчета расстояния, а также временные параметры обоснованы, например, в [Фабрикант В.Л. Дистанционная защита: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Высш. Школа. 1978. стр. 19 - 25]. Результаты сравнения, осуществляемого цифровым процессором 9, преобразуются в выходные сигналы У₁… У_q устройства цифровой релейной защиты, которые должны в том числе обеспечить отключение поврежденного элемента электрической сети.

Таким образом, на основе текущей информации о входных токах и напряжениях, входных сигналах X₁ … X_k вычислительное устройство 6 вырабатывает необходимые решения в соответствии с предлагаемым способом адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее модели, характеризуемые выходными сигналами У₁… У_q, а также более точным расчетом расстояния до повреждения.

Для обоснования преимуществ предлагаемого способа адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее модели проводилось имитационное моделирование с последующей оценкой точности расчета расстояний до повреждения по осциллограммам реальных повреждений на ЛЭП. В качестве экспериментальной была выбрана воздушная линия (ВЛ) 500кВ Костромская ГРЭС - Луч Нижегородской энергосистемы. Длина ВЛ 500 кВ Костромская ГРЭС - Луч 206,8 км, марка провода 3хАС 400/51, марка грозотросса 2х С -70, тип опор ПОИМ-500. Параметры, принятые при имитационном моделировании, приведены в табл. 1.

Исследовались различные способы ОМП ЛЭП, основные из которых приведены в табл.2. Также в табл. 2 приведены ссылки на литературные источники, содержащие описание способов ОМП ЛЭП. Реализовался расчет корректирующих коэффициентов для способов (табл.2), результаты расчета зависимости корректирующих коэффициентов вдоль длины ЛЭП приведены на фиг.2.

Проводились имитационные эксперименты по ОМП на исследуемой ВЛ 500 кВ с привлечением аварийных осциллограмм реальных повреждений на этой линии. Результаты сравнительного анализа ОМП по исходным (без адаптации) и адаптивным способам приведены в табл.3.

Подробное рассмотрение табл. 3 позволяет сделать вывод о том, что применение способа адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее модели позволяет существенно повысить точность оценки расстояния до места повреждения на ЛЭП.

Следует отметить, что предлагаемый способ адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее модели (как указывалось ранее) более прост в реализации по сравнению с прототипом, поскольку требует использования одной, а не двух моделей линии электропередачи, а также при его реализации нет необходимости в проведении двух коротких замыканий на ЛЭП.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике линий электропередачи, и может быть использовано при создании устройств защиты и автоматики, требующих высокой степени адаптации характеристик срабатывания к режимам защищаемого объекта. Технический результат: упрощение способа. Сущность: предварительно проводят имитации повреждений в различных точках линии электропередачи, определяют токи и напряжения по меньшей мере на одном конце линии электропередачи. Реализуют процедуру определения места повреждения по токам и напряжениям, полученным в результате имитации повреждения. Вычисляют разность расстояний между имитируемым местом повреждения и определенным по значениям токов и напряжений по модели. Реализуют адаптацию дистанционной защиты и определителя места повреждения путем корректировки расстояний, определенных в дистанционной защите и определителе места повреждения, на разность расстояний, сформированную в результате имитационного моделирования. 2 ил., 3 табл.

Способ адаптации дистанционной защиты и определителя места повреждения линии электропередачи с использованием ее модели, согласно которому измеряют аварийные токи и напряжения, выполняют итерационные операции с моделью линии электропередачи и вводят корректировки в дистанционную защиту и определитель места повреждения линии электропередачи, отличающийся тем, что предварительно проводят имитации повреждений в различных точках линии электропередачи, определяют токи и напряжения по меньшей мере на одном конце линии электропередачи, реализуют процедуру определения места повреждения по токам и напряжениям, полученным в результате имитации повреждения, вычисляют разность расстояний между имитируемым местом повреждения и определенным по значениям токов и напряжений по модели, и реализуют адаптацию дистанционной защиты и определителя места повреждения путем корректировки расстояний, определенных в дистанционной защите и определителе места повреждения, на разность расстояний, сформированную в результате имитационного моделирования.