СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ МНОГОЦЕПНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С УЧЁТОМ НАВЕДЁННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК G01R31/08 

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения мест повреждений, включающих как место короткого замыкания, так и место обрыва фазных проводов, на отключенной одной из воздушных линий электропередачи, сооруженных на двухцепных (многоцепных) опорах, на которой наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий.

Изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М: ПАТЕНТ, 2008, - с. 97], так как решает проблему уменьшения времени задержек при транспортировке электроэнергии потребителям в случае повреждения электрических сетей путем уточнения места короткого замыкания и/или обрыва фазного провода на линиях электропередачи.

Известен способ определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи [А.И. Айзенфельд, А.С.Малый «Способ определения мест повреждения воздушных линий электропередачи», патент РФ №1476411, МПК G01R 31/08, дата публикации 30.04.89], в котором при определении мест повреждения воздушных линий электропередачи по параметрам аварийного режима используется факт электромагнитной связи с близко расположенными линиями на части участка трассы совместного прохождения этих линий.

Признаком, совпадающим с существенным признаком заявляемого способа, является только назначение способа, так как в этом способе учет электромагнитной связи с близко расположенными линиями на части трассы совместного прохождения этих линий используется для ликвидации влияния этой связи путем вычисления разности влияющих токов нулевой последовательности.

В предлагаемом способе сам принцип определения места повреждения отключенных воздушных линий электропередачи, сооруженных на многоцепных опорах, основан на учете электромагнитной связи путем измерения наведенных токов или напряжений, возникающих под воздействием электрического, магнитного и электромагнитного полей, создаваемых другой работающей и расположенной на тех же опорах линии.

Известно несколько способов определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи по замеру с двух концов линии, в которых замеры с двух концов используются, во-первых, для фиксации параметров аварийного режима, и, во-вторых, для устранения влияния неизвестного переходного сопротивления в точке короткого замыкания.

Известен, например, способ определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи по замеру с двух концов «Способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи по замерам с двух ее концов (варианты)» (патент РФ №2505827, МПК G01R 31/08 (2006.01), опубликован 27.01.2014).

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, является только назначение способа, так как в этом способе замеры с двух концов используются для фиксации параметров аварийного режима включенной воздушной линии электропередачи. В заявляемом способе замеры с двух концов значений наведенных токов или напряжений осуществляются на отключенной линии электропередачи.

Известен, например, способ определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи по замеру с двух концов «Способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи по замерам с двух концов линии» (патент РФ №2531769, МПК G01R 31/08 (2006.01), опубликовано 27.10.2014).

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, также является только назначение способа, так как в этом способе замеры с двух концов используются для фиксации параметров аварийного режима включенной воздушной линии электропередачи. В заявляемом способе замеры с двух концов значений наведенных токов или напряжений осуществляются на отключенной линии электропередачи.

Известен, например, способ определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи по замеру с двух концов «Способ определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи (варианты)» (заявка РФ №2009137563, МПК G01R 31/08 (2006.01), опубликована 20.04.2011).

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, также является только назначение способа, так как в этом способе замеры с двух концов используются для фиксации параметров аварийного режима включенной воздушной линии электропередачи. В заявляемом способе замеры с двух концов значений наведенных токов или напряжений осуществляются на отключенной линии электропередачи.

Известен, например способ определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи по замеру с двух концов «Способ определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи по замерам с двух ее концов (варианты)» (заявка РФ №2011135138, МПК G01R 31/08 (2006.01), опубликована 27.02.2013).

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, также является только назначение способа. В отличие от всех четырех вышерассмотренных способов заявляемый способ не требует фиксации параметров аварийного режима на включенной воздушной линии электропередачи, то есть токов и напряжений в момент аварии, и не зависит от неизвестного переходного сопротивления в точке короткого замыкания. В заявляемом способе замеры с двух концов отключенной линии электропередачи значений наведенных токов или напряжений, которые зависят от длины участков линии с обоих ее концов до места повреждения, используются непосредственно для определения места повреждения воздушных линий как функции ее распределенных параметров - активного сопротивления, индуктивности и емкости каждого фазного провода.

Известно несколько способов определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи, явно или неявно использующих вместо действительных распределенных параметров линии табличные погонные параметры этой линии. Ниже приведены три примера такого использования.

Известен, например, следующий патент «Способы и устройство для определения удаленности однофазного замыкания в трехфазной линии электропередачи (варианты)» (патент РФ №2186404, МПК G01R 31/08, опубликован 27.07.2002).

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, является только назначение способа, так как в этом способе используются табличные погонные параметры, которые, во-первых, мертвы и никак не отражают действительных распределенных параметров живой линии и, во-вторых, приводят к большой погрешности определения мест повреждений на воздушных линиях электропередачи. В заявляемом способе используются функции от действительных значений распределенных параметров линии в момент измерения и расчета мест повреждений фазных проводов. Этими функциями в разных вариантах заявляемой формулы изобретения являются либо текущее значение постоянной времени апериодической составляющей наведенного тока, либо текущее значение наведенного тока, либо текущее значение наведенного напряжения.

Известен, например, «Способ определения места однофазного замыкания на землю с использованием модели линий электропередачи в аварийном режиме» (патент РФ №2308731, МПК G01R 31/08 (2006.01), опубликован 20.10.2007) Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, является только назначение способа, так как в этом способе используются табличные погонные параметры, которые, во-первых, мертвы и никак не отражают действительных распределенных параметров живой линии и, во-вторых, приводят к большой погрешности определения мест повреждений на воздушных линиях электропередачи. В заявляемом способе используются функции от действительных значений распределенных параметров линии в момент измерения и расчета мест повреждений фазных проводов. Этими функциями в разных вариантах заявляемой формулы изобретения являются либо текущее значение постоянной времени апериодической составляющей наведенного тока, либо текущее значение наведенного тока, либо текущее значение наведенного напряжения.

Известен, например, уже упоминавшийся «Способ определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи (варианты)» (заявка РФ №2009137563, МПК G01R 31/08 (2006.01), опубликована 20.04.2011).

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, является только назначение способа, так как в этом способе используются табличные погонные параметры, которые, во-первых, мертвы и никак не отражают действительных распределенных параметров живой линии и, во-вторых, приводят к большой погрешности определения мест повреждений на воздушных линиях электропередачи. В заявляемом способе используются функции от действительных значений распределенных параметров линии в момент измерения и расчета мест повреждений фазных проводов. Этими функциями в разных вариантах заявляемой формулы изобретения являются либо текущее значение постоянной времени апериодической составляющей наведенного тока, либо текущее значение наведенного тока, либо текущее значение наведенного напряжения.

Во всех трех вышерассмотренных примерах происходит замена действительных распределенных параметров линии их табличными погонными параметрами для этой линии. В действительности значения погонных параметров линий зависят от номинального напряжения линии, рельефа местности и конструктивных особенностей опор, траверс и подвески проводов (число цепей, материалы и сечения токоведущих элементов, их расположение относительно друг друга и земли, наличие расщепления фаз, расположение тросов заземления и т.п.). Точность определения значений погонных параметров линии (погонное активное сопротивление, погонная активная проводимость, погонное индуктивное сопротивление, погонная емкостная проводимость) невелика, так как погонные параметры линий сколько-нибудь достоверны только для новой линии.

В процессе эксплуатации (с первой секунды) изменяются и погонные, и распределенные параметры линии: активное сопротивление, индуктивность и емкость каждого фазного провода. Причин для изменения параметров очень много, вот некоторые. Изменяются стрелы провеса и расстояния от проводов линии до земли. Происходит расплетение провода, разрывы проволок верхнего повива, особенно в местах, где провод был раздавлен или сплющен при монтаже. Появляются следы перекрытия, оплавления, вспучивания, оборванных или перегоревших проволок верхнего повива, определяющих активное сопротивление линии. Происходит коррозионный износ (вследствие кислотных дождей, гальванических пар металлов в проводах и зажимах соединителей). При выполнении ремонтных работ происходят замены марок проводов и изоляторов. Накапливаются усталостные повреждения вследствие старения и повреждения, связанные с вибрацией, с ветровой нагрузкой, с натяжением и подскоками от веса перелетных птиц, с пляской при гололедообразовании, с подскоками при сбросе гололеда. Можно перечислить очень много других факторов, изменяющих характеристики линии (характеристики почвы, сопротивление заземления, состояние тросов, изменение рельефа трассы вследствие зарастания, застройки, влияния паводков и ливней и т.д.). Кроме того, активное сопротивление, индуктивность и емкость каждого фазного провода являются функцией погодных условий (скорости ветра, температуры, давления и влажности окружающего воздуха, наличия и интенсивности осадков и др.), времени суток и сезонных изменений. Таким образом, использование погонных параметров, на которых базируются указанные патенты, в принципе не позволяет точно определить место повреждения на воздушных линиях электропередачи. В работе [Закарюкин В.П., Крюков А.В., Шульгин М.С. Параметрическая идентификация линий электропередачи и трансформаторов. - Иркутск: Ир ГУПС, 2012. - 96 с.] приводятся следующие значения относительной погрешности определения погонных параметров:

- продольное реактивное сопротивление - 8%;

- продольное активное сопротивление - 16%;

- поперечная активная проводимость - 30%;

- поперечная емкостная проводимость - свыше 100%.

В предлагаемом способе точно определяются либо текущее значение постоянной времени апериодической составляющей наведенного тока, либо текущее значение наведенного тока, либо текущее значение наведенного напряжения как функций от действительных значений распределенных параметров линии в момент измерения и расчета мест повреждений фазных проводов.

Из уровня техники не было выявлено способа-прототипа вариантам заявляемого способа, так как из анализа источников информации не было найдено технических решений, близких по технической сущности, существенные признаки которых совпадали бы с некоторыми существенными признаками вариантов заявляемого способа.

Изобретение направлено на создание технологии определения мест устойчивого короткого замыкания и/или мест обрыва фазных проводов, отключенной и выведенной в ремонт воздушной линии электропередачи, находящейся под влиянием электрического, магнитного и электромагнитного полей других работающих и расположенных на тех же опорах линий.

Технический результат группы изобретений (вариантов заявляемого способа) заключается в повышении точности определения мест повреждения на воздушной линии электропередачи, сокращении времени на его обнаружение и упрощении процесса вычислений за счет измерения мгновенных и действующих значений наведенного тока и напряжения. Достижение технического результата приводит к сокращению финансовых затрат электросетевых компаний.

Это взаимосвязанные показатели, так как повышение скорости расчетов и точности определения места повреждения приводит к уменьшению времени поиска этого места на трассе. А это приводит к уменьшению времени простоя линии, что позволит увеличить доход (линия в простое приносит только расходы на содержание) и уменьшить возможные потери от исков потребителей.

В первом независимом пункте формулы изобретения раскрыта техническая сущность способа определения мест повреждения, то есть мест коротких замыканий или обрывов фазных проводов, на отключенной одной из воздушных линий электропередачи, сооруженных на двухцепных (многоцепных) опорах.

Технический результат достигается тем, что способ определения мест повреждений многоцепных воздушных линий электропередачи с учетом наведенного напряжения включает измерение и выравнивание величины сопротивлений контуров заземления в распределительных устройствах на концах отключенной воздушной линии электропередачи, подключение цифровых амперметров с одинаковым внутренним сопротивлением между контуром заземления и поврежденным фазным проводом на концах воздушной линии электропередачи, постоянно N раз в течение периода T и в каждый текущий момент времени t_i, i=l, 2,…, N измерение и фиксирование мгновенного значения тока x(t_i), создаваемого наведенным напряжением от воздействия электрического, магнитного и электромагнитного полей других работающих и расположенных на этих же опорах линий, вычисление текущего значения постоянной времени апериодической составляющей наведенного тока τ на каждом конце воздушной линии электропередачи по следующему математическому выражению:

где τ - текущее значение постоянной времени убывающей апериодической составляющей наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, с;

T - период наведенного тока, с;

x(t_н) - мгновенное значение наведенного тока в момент начала периода t_н, А;

x(t_n-N/4) - мгновенное значение наведенного тока, которое было четверть периода, N/4, назад, А;

x(t₀) - мгновенное значение наведенного тока в момент времени t₀, когда этот сигнал пересекает ось абсцисс, А;

x(t_н-3N/4) - мгновенное значение наведенного тока, которое было три четверти периода, 3⋅N/4, назад, А;

N - число измерений мгновенных значений наведенного тока в течение периода,

и определение расстояния до места повреждения l по следующему математическому выражению:

где l - расстояние, отмеряемое от конца воздушной линии электропередачи с меньшим значением вычисленной постоянной времени убывающей апериодической составляющей наведенного тока, до места повреждения, м;

L - протяженность воздушной линии электропередачи, м;

τ₁ - меньшее из двух вычисленных текущих значений постоянной времени убывающей апериодической составляющей наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, с;

τ₂ - большее из двух вычисленных текущих значений постоянной времени убывающей апериодической составляющей наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, с.

В зависимом от первого пункта (п. 1 формулы изобретения) пункте 2 формулы изобретения раскрыта техническая сущность способа, который позволяет увеличить точность определения места повреждения путем увеличения числа измерений постоянной времени убывающей апериодической составляющей наведенного тока на обоих концах воздушной линии электропередачи.

Более конкретно, технический результат достигается тем, что на каждом конце линии одновременно несколько раз повторяют операции измерения и фиксирования мгновенных значений тока, создаваемого наведенным напряжением от воздействия электрического, магнитного и электромагнитного полей других работающих и расположенных на этих же опорах линий, и вычисления текущего значения постоянной времени апериодической составляющей наведенного тока на каждом конце воздушной линии электропередачи, вычисляют средние арифметические значения постоянной времени апериодической составляющей наведенного тока для каждого конца линии и используют их в математическом выражении для определения расстояния до места повреждения.

Во втором независимом пункте (п. 3 формулы изобретения) раскрыта техническая сущность способа определения мест повреждения многоцепных воздушных линий электропередачи с учетом наведенного напряжения, то есть мест коротких замыканий или обрывов фазных проводов, включающего измерение и выравнивание величины сопротивлений контуров заземления в распределительных устройствах на концах отключенной воздушной линии электропередачи, подключение на концах воздушной линии электропередачи аналоговых амперметров с одинаковым внутренним сопротивлением между контуром заземления и поврежденным фазным проводом, поврежденные концы не месте повреждения которого находятся в одинаковом состоянии: имеют или не имеют контакта с землей, измерение установившегося действующего значения наведенного тока I₁ на одном конце линии и установившегося действующего значения наведенного тока I₂ на другом конце линии, и определение расстояния до места повреждения l по следующему математическому выражению:

где l - расстояние, отмеряемое от конца воздушной линии электропередачи с меньшим установившимся действующим значением наведенного тока, до места повреждения, м;

L - протяженность воздушной линии электропередачи, м;

I₁ - меньшее из двух измеренных установившихся действующих значений наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, А;

I₂ - большее из двух измеренных установившихся действующих значений наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, А.

В третьем независимом пункте (пункте 4 формулы изобретения) раскрыта техническая сущность способа определения мест повреждения многоцепных воздушных линий электропередачи с учетом наведенного напряжения, то есть мест коротких замыканий или обрывов фазных проводов, включающего измерение и выравнивание величины сопротивлений контуров заземления в распределительных устройствах на концах отключенной воздушной линии электропередачи, подключение на концах воздушной линии электропередачи аналоговых вольтметров с одинаковым внутренним сопротивлением между контуром заземления и поврежденным фазным проводом, поврежденные концы не месте повреждения которого находятся в одинаковом состоянии: имеют или не имеют контакта с землей, измерение установившегося действующего значения наведенного напряжения U₁ на одном конце линии и установившегося действующего значения наведенного напряжения U₂ на другом конце линии, и определяют расстояние до места повреждения l по следующему математическому выражению:

где l - расстояние, отмеряемое от конца воздушной линии электропередачи с меньшим установившимся действующим значением наведенного напряжения, до места повреждения, м;

L - протяженность воздушной линии электропередачи, м;

U₁ - меньшее из двух измеренных установившихся действующих значений наведенного напряжения на концах воздушной линии электропередачи, В;

U₂ - большее из двух измеренных установившихся действующих значений наведенного напряжения на концах воздушной линии электропередачи, В.

Новый подход позволяет повысить точность определения места повреждения, сократить время на его обнаружение, упростить процесс вычисления и, как следствие, сократить финансовые затраты.

Отличия заявляемых способов от рассмотренных и проанализированных источников информации, в которых не было найдено аналогичных решений, близких по технической сущности, доказывают их новизну.

Из уровня техники неизвестны отличительные существенные признаки заявляемых способов, охарактеризованных в формуле изобретения, что подтверждает их соответствие условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Осуществление изобретения

Варианты заявляемого способа осуществляют следующим образом. Наведенным напряжением в предлагаемом способе называется разность потенциалов между каждым фазным проводом отключенной линии и землей, возникающая в результате воздействия переменных электрических, магнитных и электромагнитных полей, создаваемых расположенными на многоцепных опорах проводами работающих линий, находящихся под напряжением.

Наведенное напряжение в каждой фазном проводе отключенной линии электропередачи можно условно представить в виде суммы двух составляющих: электростатической и электромагнитной. Электростатическая составляющая обусловлена воздействием электрического поля соседней работающей линии, наличием совместных емкостных связей между линиями и между линией и землей и зависит от конфигурации опор, трассы и уровня напряжения работающей линии. Электростатическая составляющая наведенного напряжения существенно снижается при заземлении ее в точке производства работ. Электромагнитная составляющая наведенного напряжения обусловлена суммарным влиянием изменяющихся магнитных и электромагнитных полей, создаваемых токами фазных проводов соседних работающих линий. Электромагнитная составляющая является функцией токов нагрузки, протекающих по фазным проводам соседних работающих линий. Это основная причина переменного уровня наведенного напряжения, а также слабой зависимости значения наведенного напряжения, определяемого электромагнитной составляющей, от того, изолирован фазный провод отключенной линии от земли или заземлен в точке производства работ.

Аварии на линии электропередачи происходят в любой ее точке, и длина отрезка линии слева от точки аварии, как правило, не равна длине отрезка линии справа от точки аварии, поэтому величины наведенных напряжений справа и слева от точки аварии, то есть от места повреждения линии, не равны друг другу.

Напомним, что электростатическая составляющая наведенного напряжения обусловлена наличием совместных емкостных связей линий и зависит, кроме всего прочего, от длины отрезка линии. То есть чем длиннее пластины конденсатора, тем больше емкость и величина наведенного напряжения. Электромагнитная составляющая наведенного напряжения обусловлена наличием совместных индуктивных связей линий и также зависит, кроме всего прочего, от длины отрезка линии. Чем длиннее катушки, тем больше их индуктивность и взаимоиндукция, и, соответственно, больше величина наведенного напряжения.

Каждый отрезок фазного провода поврежденной и отключенной линии электропередачи представляет собой последовательное соединение распределенных по длине активных сопротивлений, индуктивности и емкости, в которых индуцируется наведенное напряжение. При заземлении в распределительных устройствах обоих отрезков фазного провода, происходит переходный процесс, одна из характеристик которого, а именно постоянная времени убывающей апериодической составляющей наведенного тока, использует всю информацию о реальных значениях активного сопротивления, индуктивности и емкости этого отрезка линии. В первых двух пунктах формулы заявляемого изобретения заземление в распределительных устройствах на обоих концах линии осуществляется через цифровой амперметр, который благодаря массиву мгновенных значений измерения тока позволяет «увидеть» переходный процесс во времени и тем самым получить необходимые данные для определения текущего значение постоянной времени апериодической составляющий наведенного тока.

Многолетние наблюдения при измерении наведенных напряжений показали, что мгновенный ток, протекающий через амперметр, подключенный в разрыв между фазным проводом и контуром заземления, имеет убывающий апериодический характер.

Известно, например, стр. 345-346 [Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. Учебник для вузов. Изд. 4-е, переработанное. -М.: Энергия, 1975, 752 с. с ил.], что переходный процесс, при последовательно соединении R - активного сопротивления, L - индуктивности и С - емкости, описывается характеристическим уравнением p²+p⋅R/L+(LC)^-1=0, корни которого равны: p_1,2=-R/2L±(R²/(2L)²-1/LC)^0,5. Апериодический характер переходного процесса имеет место, если корни характеристического уравнения вещественны, т.е. если выполняется условие R²/(2L)²≥1/LC. Постоянная времени убывающей апериодической составляющий, определяющая длительность этого переходного процесса, является функцией корней характеристического уравнения. Таким образом, длительность переходного процесса определяют только текущие значения активного сопротивления, индуктивности и емкости на разных отрезках линии.

Вариант заявляемого способа по п. 1 осуществляют следующим образом.

Измеряемое во время апериодического переходного процесса мгновенное значение текущего через амперметр тока, или другими словами наведенного тока, x(t_i) в момент времени t_i аналитически описывается следующим математическим выражением

где х(t_i) - мгновенное значение текущего через амперметр тока в момент времени t_i, А;

Х_П - постоянная составляющая тока, обусловленной несинусоидальностью и/или несимметрией пофазной нагрузки влияющих линий, А;

А - начальное значение убывающей апериодической составляющей, А;

τ - постоянная времени затухания убывающей апериодической составляющий, с;

t_i=t₁, t₂, … t_N, - моменты времени, в которых осуществляются измерения тока, с, t_i+1=t_i+Δt, Δt=T/N - шаг дискретизации сигнала x(t_i) по времени, то есть в секундах, (значение шага дискретизации в радианах равно 2π/N), N - число измерений гармонического сигнала в течение периода;

ω=2πƒ - круговая частота, рад/с;

ϕ - фаза гармонического сигнала, рад;

T - период гармонического сигнала, с.

Значение фазы гармонического сигнала ϕ для решения задачи идентификации и определения параметров апериодической и/или постоянной составляющих мгновенного значения текущего через амперметр тока не играет роли.

Алгоритм определения постоянной составляющей мгновенного значения наведенного тока использует факт равенства нулю значения гармонического сигнала в моменты времени t₀=0±kπ, где k=1, 2, …, то есть при пересечении гармоническим сигналом оси абсцисс, в которых значение постоянной составляющей равно Х_П=x(t₀). Если текущее значение мгновенного наведенного тока в этих точках отлично то нуля, то, значит, присутствует постоянная составляющая, значения которой могут быть как положительными, так и отрицательными.

Таким образом, зная постоянную составляющую мгновенного значения наведенного тока, запишем выражение (1) в виде

переменные, входящие в выражение (2), определены выше.

Учитывая, что функция sin(ωt_i) равна единице в точках, когда аргумент принимает значения t_н±π/2±kπ=t_н±N/4±kN/2, где t_н - момент начала периода, k=1, 2, …, то в этих точках выражение (2) примет вид

где x(t_н-N/4) - мгновенное значение наведенного тока, которое было четверть периода N/4 назад, А;

x(t₀) - мгновенное значение наведенного тока в момент времени t₀, когда этот сигнал пересекает ось абсцисс, А.

В уравнении (3) два неизвестных параметра А и τ. Используя результат измерения в точке x(t_н-3N/4), получим второе уравнение аналогичное (3), совместно решая которые относительно неизвестной τ найдем ее

где τ - текущее значение постоянной времени убывающей апериодической составляющий наведенного тока, с;

x(t_н) - мгновенное значение наведенного тока в момент начала периода t_н, А;

x(t_н-N/4) - мгновенное значение наведенного тока, которое было четверть периода, N/4, назад, А;

x(t₀) - мгновенное значение наведенного тока в момент времени t₀, когда этот сигнал пересекает ось абсцисс, А;

x(t_н-3N/4) - мгновенное значение наведенного тока, которое было, три четверти периода, 3⋅N/4, назад, А;

T - период наведенного тока, с;

N - число измерений мгновенных значений наведенного тока в течение периода,

выражение, из которого вычисляется натуральный логарифм при определении постоянной времени затухания, берется без учета знака, то есть по абсолютной величине.

Величина А - начальное значение убывающей апериодической составляющей мгновенных значений наведенного тока характеризует в основном емкостные связи, поэтому для определения места повреждения используется τ - постоянная времени затухания убывающей апериодической составляющий наведенного тока, которая на обоих отрезках линии зависит от всех параметров линии: активного сопротивления, индуктивности и емкости и определяет характер переходного процесса.

Для определения места повреждения на отключенной одной из воздушных линий электропередачи, сооруженных на многоцепных опорах, используется тот факт, что чем больше длина отрезка линии, тем больше значения активного сопротивления, индуктивности и емкости этого отрезка линии и тем большее значение постоянной времени убывающей апериодической составляющий наведенного тока. Из составленной пропорции получается выражение, приведенное в формуле заявляемого изобретения.

В случае необходимости увеличения точности определения мест повреждения и при наличии достаточного времени (порядка 20-30 минут) первый вариант заявляемого способа реализуется с учетом зависимого пункта 2 формулы изобретения. Увеличение точности определения мест повреждения достигается путем увеличения числа измерений постоянной времени убывающей апериодической составляющей наведенного тока на обоих концах многоцепной воздушной линии электропередачи, так как известно, что увеличение количества измерений в m раз позволяет увеличить точность определения места повреждения, уменьшая дисперсию (разброс) значений расчета в m раз. Способ осуществляют следующим образом. Учитывая, что нас интересует один из параметров быстропротекающего переходного процесса, то его измерение имеет особенность, а именно осуществляется подключение цифрового амперметра, затем получение результатов измерения, далее выполнение расчетов, наконец, отключение цифрового амперметра и ожидание некоторого времени (достаточно нескольких секунд), в течение которого значение наведенного напряжения на отрезках линии восстановится. Затем цикл измерения повторяется столько раз, сколько необходимо для получения требуемой дисперсии, то есть m раз.

Второй и третий варианты заявляемого способа по п. 3 и п. 4 формулы изобретения осуществляют следующим образом. Для определения мест повреждения на отключенной одной из воздушных линий электропередачи, сооруженных на многоцепных опорах, используется установившееся действующее значение наведенного тока или напряжения и тот факт, что чем больше длина отрезка линии, тем большее значение наведенного напряжения в нем будет сгенерировано, и больший ток будет протекать при измерениях. Равенство измеренных значений наведенных напряжений или токов на концах линии означает, что место повреждения расположено ровно посредине линии.

Имеется особенность в учете состояния обоих концов поврежденного фазного провода на линии в месте повреждения. А именно, если один из концов поврежденного фазного провода на линии в месте повреждения касается земли или опоры (заземлен), то в этом отрезке линии будет почти отсутствовать электростатическая составляющая наведенного напряжения, обусловленная наличием совместных емкостных связей линий (пластины конденсатора будут закорочены). В этом случае действующее значение измеряемого тока или напряжения будут отличаться от значений тока или напряжения измеряемых на другом отрезке линии, который изолирован от земли и имеет более высокий потенциал по сравнению с заземленным. Заявляемый способ по п. 3 и л. 4 формулы изобретения может быть применен только в тех случаях, когда оба конца поврежденного фазного провода на линии в месте повреждения находятся в одинаковом состоянии. Либо они оборваны и висят в воздухе, то есть обрыв фазного провода на линии, либо оба конца имеют контакт с землей, то есть короткое замыкание фазного провода на линии. Определить состояние поврежденного фазного провода на линии в месте повреждения несложно. Если имеет место обрыв одного или нескольких фазных проводов, то при подключении линии с любой стороны защита не срабатывает, но на противоположной стороне линии в оборванных фазных проводах напряжения не будет. Если имеет место короткое замыкание в фазных проводах на линии, то при подключении линии с любой стороны защита сработает. Также определить состояние поврежденного фазного провода на линии в месте повреждения можно по величине наведенного напряжения, при обрыве оно значительно больше, чем при коротком замыкании. При измерениях в случае обрыва фазного провода на линии нужно помнить о технике безопасности, так как наведенное напряжение в этом случае может достигать десятков тысяч вольт (при устойчивом коротком замыкании - только сотен вольт, что тоже опасно).

При других комбинациях состояния концов поврежденных фазных проводов на месте повреждения линии (и для этих тоже), определение места повреждения на отключенной одной из воздушных линий электропередачи, сооруженных на многоцепных опорах, используется первые два пункта формулы заявляемого изобретения. Использование цифровых амперметров позволяет не учитывать состояние концов поврежденных фазных проводов на месте повреждения линии, так как параметры (активное сопротивление, индуктивность и емкость) отрезков линии не зависят от величины наведенного напряжения на этих отрезках.

Итак, чем больше длина поврежденного фазного провода l от распределительного устройства до места повреждения на линии, тем большее значение наведенного напряжения U₁ в нем будет сгенерировано, и больший ток будет протекать при измерениях I₁. В оставшейся части линии L-l значение наведенного напряжения будет U₂, а протекающий ток будет равен I₂. Составляя пропорцию для напряжений получим

или

откуда получим выражение, приведенное в п. 4 формулы заявляемого изобретения.

Составляя соответствующую пропорцию для токов, получим выражение, приведенное в п. 3 формулы заявляемого изобретения, а именно

где l - расстояние, отмеряемое от конца воздушной линии электропередачи с меньшим установившимся действующим значением наведенного тока, до места повреждения, м;

L - протяженность воздушной линии электропередачи, м;

I₁ - меньшее из двух измеренных установившихся действующих значений наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, А;

I₂ - большее из двух измеренных установившихся действующих значений наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, А.

Используемый в пунктах формулы заявляемого изобретения термин «одновременно» подразумевает не буквально одновременно или синхронно, а в смысле в течение того же отрезка времени, в течение которого не изменились погодные условия на трассе линии. Иначе это приведет к увеличению погрешности определения места повреждения из-за изменения условий определения значений активного сопротивления, индуктивности и емкости на разных отрезках неисправной линии вследствие изменения текущих значений температуры, магнитной и диэлектрической проницаемости.

Выравнивание величины сопротивлений контуров заземления в распределительных устройствах на обоих концах линии осуществляют подключением добавочного сопротивления, равного разности сопротивлений контуров, к тому контуру, значение сопротивления которого меньше. Необходимость выравнивания величины сопротивлений контуров заземления в распределительных устройствах на обоих концах линии обусловлена элиминацией его влияния на значение активного сопротивления самого отрезка фазного провода поврежденной и отключенной линии электропередачи. Для этой же цели в первых двух пунктах формулы заявляемого изобретения измерение мгновенного значения тока на обоих концах линии осуществляют цифровыми амперметрами с одинаковым внутренним сопротивлением у каждого. Аналогично в последних двух пунктах формулы заявляемого изобретения - измерение действующего значения тока или напряжения на обоих концах отключенной линии осуществляют аналоговыми амперметрами или вольтметрами с одинаковыми внутренними сопротивлениями. Внутренние сопротивления приборов можно выровнять аналогично выравниванию величин сопротивлений контуров заземления в распределительных устройствах на обоих концах отключенной линии электропередачи.

Процедуры измерения мгновенных или действующих токов или напряжений, а также математические выражения, приведенные в пунктах формулы заявляемого изобретения, позволяют определять места повреждений на одном, двух, трех, а если многофазная линия электропередачи, то последовательно на всех поврежденных фазных проводах.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения мест повреждения (короткого замыкания, обрыва фаз) последовательно на всех поврежденных фазных проводах линии электропередачи по измерениям с двух ее концов значений наведенных токов или напряжений. Сущность: способ включает определение постоянной времени затухания убывающей апериодической составляющей наведенного тока или действующих значений наведенных токов или напряжений с дальнейшим определением расстояния до места короткого замыкания. Технический результат: повышение точности определения места повреждения, что обусловлено учетом действительных параметров линии электропередачи, т.е. ее распределенной емкости, индуктивности и текущего активного сопротивления. 3 н. и 1 з.п. ф-лы.

1. Способ определения мест повреждения многоцепных воздушных линий электропередачи с учетом наведенного напряжения, включающий измерение и выравнивание величины сопротивлений контуров заземления в распределительных устройствах на концах отключенной воздушной линии электропередачи, подключение цифровых амперметров с одинаковым внутренним сопротивлением между контуром заземления и поврежденным фазным проводом на концах воздушной линии электропередачи, постоянно N раз в течение периода T и в каждый текущий момент времени t_i, i=1, 2, …, N измерение и фиксирование мгновенного значения тока х(t_i), создаваемого наведенным напряжением от воздействия электрического, магнитного и электромагнитного полей других работающих и расположенных на этих же опорах линий, вычисление текущего значения постоянной времени апериодической составляющей наведенного тока τ на каждом конце воздушной линии электропередачи по следующему математическому выражению:

где τ - текущее значение постоянной времени убывающей апериодической составляющей наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, с;

Т - период наведенного тока, с;

x(t_н) - мгновенное значение наведенного тока в момент начала периода t_н, А;

x(t_x-N/4) - мгновенное значение наведенного тока, которое было четверть периода, N/4, назад, А;

x(t₀) - мгновенное значение наведенного тока в момент времени t₀, когда этот сигнал пересекает ось абсцисс, А;

x(t_н-3N/4) - мгновенное значение наведенного тока, которое было три четверти периода, 3⋅N/4, назад, А;

N - число измерений мгновенных значений наведенного тока в течение периода,

и определение расстояния до места повреждения l по следующему математическому выражению:

где l - расстояние, отмеряемое от конца воздушной линии электропередачи с меньшим значением вычисленной постоянной времени убывающей апериодической составляющей наведенного тока, до места повреждения, м;

L - протяженность воздушной линии электропередачи, м;

τ₁ - меньшее из двух вычисленных текущих значений постоянной времени убывающей апериодической составляющей наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, с;

τ₂ - большее из двух вычисленных текущих значений постоянной времени убывающей апериодической составляющей наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, с.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на каждом конце линии одновременно несколько раз повторяют операции измерения и фиксирования мгновенных значений тока, создаваемого наведенным напряжением от воздействия электрического, магнитного и электромагнитного полей других работающих и расположенных на этих же опорах линий, и вычисления текущего значения постоянной времени апериодической составляющей наведенного тока на каждом конце воздушной линии электропередачи, вычисляют средние арифметические значения постоянной времени апериодической составляющей наведенного тока для каждого конца линии и используют их в математическом выражении для определения расстояния до места повреждения.

3. Способ определения мест повреждения многоцепных воздушных линий электропередачи с учетом наведенного напряжения, включающий измерение и выравнивание величины сопротивлений контуров заземления в распределительных устройствах на концах отключенной воздушной линии электропередачи, подключение на концах воздушной линии электропередачи аналоговых амперметров с одинаковым внутренним сопротивлением между контуром заземления и поврежденным фазным проводом, поврежденные концы не месте повреждения которого находятся в одинаковом состоянии: имеют или не имеют контакта с землей, измерение установившегося действующего значения наведенного тока I₁ на одном конце линии и установившегося действующего значения наведенного тока I₂ на другом конце линии, и определение расстояния до места повреждения l по следующему математическому выражению:

где l - расстояние, отмеряемое от конца воздушной линии электропередачи с меньшим установившимся действующим значением наведенного тока, до места повреждения, м;

L - протяженность воздушной линии электропередачи, м;

I₁ - меньшее из двух измеренных установившихся действующих значений наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, А;

I₂ - большее из двух измеренных установившихся действующих значений наведенного тока на концах воздушной линии электропередачи, А.

4. Способ определения мест повреждения многоцепных воздушных линий электропередачи с учетом наведенного напряжения, включающий измерение и выравнивание величины сопротивлений контуров заземления в распределительных устройствах на концах отключенной воздушной линии электропередачи, подключение на концах воздушной линии электропередачи аналоговых вольтметров с одинаковым внутренним сопротивлением между контуром заземления и поврежденным фазным проводом, поврежденные концы не месте повреждения которого находятся в одинаковом состоянии: имеют или не имеют контакта с землей, измерение установившегося действующего значения наведенного напряжения U₁ на одном конце линии и установившегося действующего значения наведенного напряжения U₂ на другом конце линии, и определяют расстояние до места повреждения l по следующему математическому выражению:

где l - расстояние, отмеряемое от конца воздушной линии электропередачи с меньшим установившимся действующим значением наведенного напряжения, до места повреждения, м;

L - протяженность воздушной линии электропередачи, м;

U₁ - меньшее из двух измеренных установившихся действующих значений наведенного напряжения на концах воздушной линии электропередачи, В;

U₂ - большее из двух измеренных установившихся действующих значений наведенного напряжения на концах воздушной линии электропередачи, В.