Способ определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю Российский патент 2018 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано дляопределения мест повреждений при замыканиях на землю на двух разных линияхэлектропередачи распределительной сети 6-35 кВ с малыми токами замыкания на землю.

Известен «Способ определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линияхэлектропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю» (Патент РФ № 2558266 от 29.04.2014г., МПК G01R 31/08, опубл. 27.07.2015г. Бюл.№21), заключающийся визмерении тока нулевой последовательности и фазного напряжения при помощиизмерительного органа сопротивления.Измерительный органсопротивления включают на токи нулевой последовательности и фазные напряженияповрежденных линий, отходящих от одних шин подстанции, определяют возникновениеоднофазных замыканий на землю одной фазы на двух линиях по появлению на выходахфильтров тока нулевой последовательности токов нулевой последовательности 3I₀₁на первой линии и 3I₀₂ на второй линии, вычисляют абсолютные значения индуктивногосопротивления Х_ф1 и Х_ф2 контуров поврежденных разных фаз ф1 и ф2 по следующимвыражениям:

и вычисляют расстояние до места повреждения l_1k на первой линии и расстояние доместа повреждения l_2k на второй линии по формулам:

где Re(3I₀₁₍₂₎), Im(3I₀₁₍₂₎), Re(U_ф1(2)), Im(U_ф1(2)) - реальные и мнимые составляющиетока нулевой последовательности и фазного напряжения поврежденных линий, Х_0луд,X_1луд - удельные индуктивные сопротивления прямой и нулевой последовательностилинии электропередачи.

Недостатком способа является низкая точность, связанная с неполным учетом взаимных индуктивностей фаз при определении расстояния до мест повреждений линий электропередачи.

Наиболее близким техническим решением является «Способ определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линияхэлектропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю» (Патент РФ №2557375от 29.04.2014г, МПК G01R 31/08, опубл. 20.07.2015г.Бюл. № 20), согласно которомупроизводят измерение фазного тока и фазного напряжения при помощи измерительногооргана сопротивления.Измерительный орган сопротивлениявключают на фазные токи и фазные напряжения поврежденных линий, отходящих отодних шин подстанции, по росту фазных токов I_ф1 и I_ф2 поврежденных фаз ф1 на однойлинии и ф2 на другой линии, определяют возникновение однофазных замыканий наземлю на двух линиях, на разных фазах, вычисляют абсолютные значения индуктивногосопротивления X_ф1 и X_ф2 контуров поврежденных фаз ф1, ф2 по следующимвыражениям:

и вычисляют расстояние до места повреждения l_1к на одной линии и расстояние доместа повреждения l_2к на другой линии по формулам

где Re(U_ф1(2)), Im(U_ф1(2)), Re(I_ф1(2)), Im(I_ф1(2)) - реальные и мнимые составляющиефазного тока и напряжения поврежденных фаз, X_0луд, X_1луд - удельные индуктивныесопротивления прямой и нулевой последовательности линии электропередачи.

Недостатком способа-прототипа является низкая точность определения расстояния до мест повреждений, связанная с неполным учетом взаимных индуктивных сопротивлений фаз линий электропередачи.

Следует дополнительно отметить, что оба способа (аналог и прототип) предполагают одинаковость удельных сопротивлений прямой и нулевой последовательности для обеих линий электропередачи. Такое предположение вносит существенные ошибки в расчет расстояния до места повреждения для линий электропередачи с разным конструктивным исполнением, либо ограничивает возможности применения способа только линиями электропередачи с одинаковыми удельными сопротивлениями.

Задача изобретения – повышение точности способа определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю за счет дополнительного учета взаимных индуктивных сопротивлений линий электропередачи.

Поставленная задача достигается способом определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю, согласно которому производят измерение фазного тока и фазного напряжения при помощи измерительного органа сопротивления, измерительный орган сопротивления включают на фазные токи и фазные напряжения поврежденных линий, отходящих от одних шин подстанции, по росту фазных токов I_ф1 и I_ф2 поврежденных фаз ф1 на одной линии и ф2 на другой линии, определяют возникновение однофазных замыканий на землю на двух линиях, на разных фазах, вычисляют абсолютные значения индуктивного сопротивления X_ф1 и X_ф2 контуров поврежденных фаз ф1, ф2 по следующим выражениям:

где Re(U_ф1(2)), Im(U_ф1(2)), Re(I_ф1(2)), Im(I_ф1(2)) - реальные и мнимые составляющие фазного тока и напряжения поврежденных фаз, вычисляют расстояние до места повреждения l_1к на одной линии и расстояние до места повреждения l_2к на другой линии.Согласно предложения, при определении расстояния до мест двойных замыканий на землю дополнительно учитывают взаимные индуктивные сопротивления фаз поврежденных линий электропередачи, а расчет расстояния до ближнего места повреждения l_1к и дальнего места повреждения l_2к осуществляют по следующим выражениям:

где, ; ; – сопротивления взаимной индукциинеповрежденных фаз первой линии относительно поврежденной фазы; ; – сопротивления взаимной индукции неповрежденных фаз второй линии относительно поврежденной фазы; – ток поврежденной фазы первой линии; – ток поврежденной фазы второй линии; – токи неповрежденных фаз первой линии; – токи неповрежденных фаз второй линии; _л1 , _л2 –удельные индуктивные сопротивления соответственно первой и второй линии электропередачи; _m1 , _m2 – удельные сопротивления взаимной индукции соответственно первой и второй линии электропередачи.

Предложенное техническое решение поясняется чертежом, на котором представлена схема замещения сети в режиме двойного замыкания на землю фаз А и В на разных линиях электропередачи (фиг.1). На фиг.1 введены следующие обозначения:

– эквивалентная трехфазная ЭДС системы – (1);

– эквивалентное трехфазное сопротивление системы – (2);

– трехфазное сопротивление первой линии до точки повреждения – (3₁);

– трехфазное сопротивление второй линии до точки повреждения повреждений – (3₂);

– трехфазное сопротивление первой линии от точки повреждения до нагрузки – (4₁);

– трехфазное сопротивление второй линии от точки повреждения до нагрузки – (4₂);

– эквивалентное трехфазное сопротивления нагрузки первой линии (5₁);

– эквивалентное трехфазное сопротивления нагрузки второй линии (5₂);

, – переходные сопротивления в местах замыканий (6₁) и (6₂) на первой и второй линиях;

, – расстояния до мест замыканий на землю на первой и второй линиях электропередачи;

L₁ и L₂ - длина первой и второй линии электропередачи;

ИО – измерительный орган сопротивления первой (7₁) и второй (7₂) линий электропередачи.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Запишем второй закон Кирхгофа для контура фаза-земля, при допущении, что подпитка точек двойного замыкания током нагрузки отсутствует. Напряжение поврежденных фаз на шинах подстанции определяется следующим образом при двойном замыкании фаз A и B:

(1) ; (2)

где ; ; ; сопротивление взаимной индукции соответствующих фаз;, – удельные сопротивления взаимной индукции первой и второй линий электропередачи; _л1, _л2– удельные сопротивленияпервой и второй ЛЭП.

Замер токов и напряжений аварийного процесса производится в месте установки ИО 7₁ и 7₂, подключенных на фазный ток и фазное напряжение относительно земли.

В этом случае расчетное сопротивление Z_ф, пропорционально расстоянию до места повреждения и определяется по формуле (3).

(3)

С учетом выражения (1) расстояние до места повреждения на первой линии электропередачи определяется соотношением

(4)

Расстояние до точки повреждения на второй линии электропередачи l_2k с учетом выражения (2) определяется как:

(5)

Влияние активных переходных сопротивлений можно исключить путем выделения реактивной составляющей сопротивления, тогда расстояние до места повреждения на первой линии электропередачи определяется соотношением

(6)

Расстояние до места повреждения на второй линии электропередачи можно определить по формуле:

(7)

Тогда с учетом изложенного, расстояния до мест повреждений, в общем случае, будет рассчитываться по следующим формулам:

(8) (9)

где, ; ; – сопротивления взаимной индукциинеповрежденных фаз первой линии относительно поврежденной фазы; ; – сопротивления взаимной индукциинеповрежденных фаз второй линии относительно поврежденной фазы; – ток поврежденной фазы первой линии; – ток поврежденной фазы второй линии; – токи неповрежденных фаз первой линии; – токи неповрежденных фаз второй линии; _л1 , _л2 –удельные индуктивные сопротивления соответственно первой и второй линии электропередачи; _m1 , _m2 – удельные сопротивления взаимной индукции соответственно первой и второй линии электропередачи.

Практическая реализация предлагаемого измерительного органа сопротивления (7₁ и 7₂)возможна на основе современных комплексов дистанционнойзащиты. Измерительный орган сопротивления, включенный на фазный ток и фазноенапряжение, соответствует требованию пропорциональности сопротивления на зажимахреле расстоянию до места повреждения в режиме двойного замыкания на землю враспределительной сети с малыми токами замыкания на землю.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет с высокой точностью определитьрасстояние до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю за счет дополнительного учета взаимных индуктивных сопротивлений линий электропередачи.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения мест повреждений при замыканиях на землю на двух разных линиях электропередачи распределительной сети 6-35 кВ с малыми токами замыкания на землю. Технический результат: повышение точности определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю. Сущность: измеряют активную и реактивную составляющие фазного тока и напряжения в аварийном режиме. Рассчитывают индуктивное сопротивление до каждого места замыкания, пропорциональное расстоянию до мест повреждений на первой и второй линиях электропередачи. При расчете индуктивного сопротивления учитываются дополнительные относительные индуктивные сопротивления взаимной индукции фаз для каждой из линий электропередачи. 1 ил.

Способ определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю, согласно которому производят измерение фазного тока и фазного напряжения при помощи измерительного органа сопротивления, измерительный орган сопротивления включают на фазные токи и фазные напряжения поврежденных линий, отходящих от одних шин подстанции, по росту фазных токов I_ф1 и I_ф2 поврежденных фаз ф1 на одной линии и ф2 на другой линии определяют возникновение однофазных замыканий на землю на двух линиях, на разных фазах, вычисляют абсолютные значения индуктивного сопротивления X_ф1 и X_ф2 контуров поврежденных фаз ф1, ф2 по следующему выражению:

где Re(U_ф1(2)), Im(U_ф1(2)), Re(I_ф1(2)), Im(I_ф1(2)) - реальные и мнимые составляющие фазного тока и напряжения поврежденных фаз, вычисляют расстояние до места повреждения l_1k на одной линии и расстояние до места повреждения l_2k на другой линии, отличающийся тем, что при определении расстояния до мест двойных замыканий на землю дополнительно учитывают взаимные индуктивные сопротивления фаз поврежденных линий электропередачи, а расчет расстояния до ближнего места повреждения l_1k и дальнего места повреждения l_2k осуществляют по следующим выражениям:

где ; – сопротивления взаимной индукции неповрежденных фаз первой линии относительно поврежденной фазы; ; – сопротивления взаимной индукции неповрежденных фаз второй линии относительно поврежденной фазы; – ток поврежденной фазы первой линии; – ток поврежденной фазы второй линии; – токи неповрежденных фаз первой линии; – токи неповрежденных фаз второй линии; _л1, _л2 – удельные индуктивные сопротивления соответственно первой и второй линий электропередачи; _m1, _m2 – удельные сопротивления взаимной индукции соответственно первой и второй линий электропередачи.