Способ двухстороннего волнового определения места междуфазного повреждения на линии электропередачи с ответвлениями Российский патент 2024 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике, и может быть использовано для определения места повреждения (ОМП) на линии электропередачи (ЛЭП) с ответвлениями.

Известен способ ОМП на ЛЭП с ответвлением (патент РФ №2807951, дата публикации: 21.11.2023), согласно которому расстояние до места повреждения оценивают как длину пути, при прохождении которого волна земляного волнового канала отстает от волны междуфазного волнового канала на время, равное величине отрезка времени между моментами прихода к устройству первичных волн от места повреждения по упомянутым волновым каналам. При этом учитывают скорости распространения волн на участках ЛЭП, которые пробегают волны от места повреждения до места установки устройств.

Поскольку волны в земляном волновом канале возникают лишь при коротких замыканиях на землю, такой способ не в состоянии определить место междуфазного повреждения на ЛЭП с ответвлениями.

Также известен способ двухстороннего волнового определения места повреждения ЛЭП (патент РФ №2774050, дата публикации: 14.06.2022), согласно которому место междуфазного повреждения определяют по измерениям двух устройств, установленных по концам ЛЭП. В каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют свои фазные токи или фазные напряжения и линейно преобразуют их в сигнал волнового процесса путем применения одного из модальных преобразований с последующим заграждением основной гармоники. Дискриминатором фиксируют момент прихода первичной волны к устройству, за который принимают момент первого превышения абсолютным значением сигнала волнового процесса заданного порога. Через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о моменте прихода первичной волны к нему и оценивают длительность интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам. Расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП определяют на основе скорости распространения волны в ней и длительности интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам.

Если междуфазное повреждение произойдет в одном из ответвлений ЛЭП, рассматриваемый способ не определит расстояние до него.

Этот способ является наиболее близким к заявленному способу по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату и принят за прототип.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом, заключается в повышении точности определения расстояния до места междуфазного повреждения на ЛЭП с ответвлениями.

С этой целью в известный способ двухстороннего волнового определения места междуфазного повреждения на ЛЭП с ответвлениями, согласно которому место междуфазного повреждения определяют по измерениям двух устройств, установленных по концам ЛЭП, в каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют свои фазные токи или фазные напряжения и линейно преобразуют их в сигнал волнового процесса путем применения одного из модальных преобразований с последующим заграждением основной гармоники, дискриминатором фиксируют момент прихода первичной волны к устройству, за который принимают момент первого превышения абсолютным значением сигнала волнового процесса заданного порога, через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о моменте прихода первичной волны к нему и оценивают длительность интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам, расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП определяют на основе скорости распространения волны в ней и длительности интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам, вводят новые операции. Их сущность заключается в том, что в каждом устройстве сравнивают расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП с расстояниями до её ответвлений и если оно равно расстоянию до какого-либо из ответвлений, то принимают это ответвление за поврежденное и по сигналу волнового процесса фиксируют моменты прихода волн, следующих за первичной, и оценивают длительности интервалов между ними и моментом прихода первичной волны к устройству, через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о длительностях интервалов между моментами прихода к нему волн, следующих за первичной, и моментом прихода первичной волны, среди упомянутых длительностей интервалов двух устройств выявляют пару равных и за истинное расстояние до места междуфазного повреждения принимают расстояние до места в поврежденном ответвлении, до которого добежит волна от места его присоединения к ЛЭП за половину длительности интервала упомянутой выявленной пары, иначе за истинное расстояние до места междуфазного повреждения принимают расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП.

Фиг. 1 иллюстрирует общеизвестный принцип двухстороннего волнового ОМП. Фиг. 2 поясняет работу предлагаемого способа, когда междуфазное повреждение располагается в ответвлении ЛЭП. На фиг. 3 приведена блок-схема, реализующая предлагаемый способ.

Перед пояснением сути предлагаемого способа рассмотрим общеизвестный принцип двухстороннего волнового ОМП. Для этого воспользуемся схемой электрической сети, включающей контролируемую синхронизированными устройствами и ЛЭП с двумя ответвлениями и (фиг. 1). Изложение принципа действия предлагаемого способа и прототипа будем вести на примере работы устройства . Работа устройства будет аналогична.

При возникновении междуфазного повреждения на ЛЭП в месте возникают первичные волны. Они распространяются по ЛЭП со скоростью и в моменты и достигают места установки устройств и , соответственно. По каналам передачи информации устройство получает от устройства информацию о моменте прихода первичной волны к нему и определяет расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения как

, (1)

где - длина ЛЭП;

- длительность интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам и .

И прототип, и предлагаемый способ действуют по формуле (1), когда междуфазное повреждение располагается на ЛЭП. Поэтому для случая на фиг. 1 расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения будет совпадать с .

Теперь рассмотрим случай, когда междуфазное повреждение возникает в одном из ответвлений (в ответвлении на фиг. 2). При этом одна из первичных волн направляется к концу поврежденного ответвления, а другая - к месту его присоединения к ЛЭП.

В связи с тем, что переходное сопротивление при междуфазных повреждениях в подавляющем большинстве случаев не превышает 10 Ом [Подшивалин, А.Н. Современный взгляд на ОМП по параметрам аварийного режима / А.Н. Подшивалин, Г.Н. Исмуков. - Текст : непосредственный // Релейщик. - 2014. - № 3. - С. 21- 25] анализ распространения первичной волны, направляющейся к концу поврежденного ответвления , можно не выполнять. Дело в том, что при столь малых значениях переходного сопротивления упомянутая первичная волна не сможет преломиться через место междуфазного повреждения и не достигнет устройств и [Фёдоров, А.О. Особенности построения модели электрической сети аварийного режима в одностороннем методе волнового определения места повреждения линии электропередачи / А.О. Фёдоров, В.С. Петров, В.А. Христофоров. - Текст : непосредственный // Вестник Чувашского университета. - 2021. - № 3. - С. 133-139].

Первичная волна, направляющаяся к месту присоединения поврежденного ответвления к ЛЭП, преломляется через него и, разделившись надвое, достигает в моменты и места установки устройств и , соответственно. Помимо этого, рассматриваемая первичная волна отражается от упомянутого места присоединения поврежденного ответвления к ЛЭП и направляется обратно к месту междуфазного повреждения. Вновь к месту присоединения поврежденного ответвления к ЛЭП она прибудет через интервал , длительность которого напрямую характеризует расстояние до места междуфазного повреждения.

Волна, отраженная от места междуфазного повреждения в ответвлении , достигнет устройств и в моменты и , соответственно (фиг. 2). Причем длительность интервала между моментами и будет равна как длительности интервала между моментами и , так и упомянутой длительности интервала , то есть . Как будет пояснено далее, именно на этом свойстве основана работа предлагаемого способа.

Прототип действует по формуле (1), когда междуфазное повреждение располагается в одном из ответвлений ЛЭП (фиг. 2). Поэтому он ошибочно примет в качестве предполагаемого места междуфазного повреждения место присоединения поврежденного ответвления к ЛЭП.

Предлагаемый способ не имеет упомянутого недостатка благодаря тому, что в устройстве сравнивают расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП с расстояниями до её ответвлений и если оно равно расстоянию до какого-либо из ответвлений, то принимают это ответвление за поврежденное. После чего фиксируют моменты прихода волн, следующих за первичной, и оценивают длительности интервалов между ними и моментом прихода первичной волны к устройству. Таким образом будет зафиксирован момент и определена длительность интервала (фиг. 2).

Через каналы передачи информации устройство получает от устройства информацию о длительностях интервалов между моментами прихода к нему волн, следующих за первичной, и моментом прихода первичной волны. В результате устройство получит от устройства и величину интервала между моментами и . Среди упомянутых длительностей интервалов двух устройств выявляют пару равных и за истинное расстояние до места междуфазного повреждения принимают расстояние до места в поврежденном ответвлении , до которого добежит волна от места его присоединения к ЛЭП за половину длительности интервала упомянутой выявленной пары, то есть

, (2)

где - скорость распространения волны в поврежденном ответвлении.

Рассмотрим работу предлагаемого способа более подробно при реализации его по блок-схеме на фиг. 3. Как и ранее, пояснения будем вести на примере устройства .

В способе могут использоваться как измерения фазных токов, так и фазных напряжений. Для определенности примем, что устройство измеряет фазные токи , где - обозначение фаз. Расстояние до места повреждения определяют путем выполнения следующих операций.

1. В блоке 1 фазные токи в месте измерений линейно преобразуют в промежуточный сигнал по одному из правил модального преобразования [Alekseev V. Invariance of Modal Transformations of Electrical Values in Traveling Wave Fault Locator / V. Alekseev, V. Petrov and V. Naumov // 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). P. 1-5 - doi: 10.1109/ICIEAM48468.2020.9111912]. Примем для определенности, что преобразованный таким образом сигнал характеризует один из междуфазных волновых каналов, т.е.

.

2. В промежуточном сигнале фильтром 2 заграждают основную гармонику и получают сигнал волнового процесса . При этом в качестве фильтра 2 обычно используют цифровой дифференциатор:

где - номер отсчета,

- целое число, например, .

Выбор дифференциатора объясняется тем, что скорость изменения основной гармоники несравнимо ниже скорости приращения фронта волны. Поэтому он подавляет основную гармонику и подчеркивает волны.

3. Дискриминатором 3 фиксируют момент прихода первичной волны к устройству , за который принимают момент первого превышения абсолютным значением сигнала волнового процесса заданного порога [E.O. Schweitzer, A. Guzmán, M.V. Mynam, V. Skendzic, B. Kasztenny and S. Marx, "Locating faults by the traveling waves they launch,"2014 67th Annual Conference for Protective Relay Engineers, 2014, pp. 95-110].

4. Через каналы передачи информации получают от устройства информацию о моменте прихода первичной волны к нему и оценивают длительность интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам, на основе которого в блоке 4 по формуле (1) определяют расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения.

5. В блоке 5 сравнивают расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП с расстояниями до её ответвлений и - и , соответственно. Если оно равно расстоянию до какого-либо из ответвлений, то принимают это ответвление за поврежденное и формируют сигнал , уровень которого характеризует его номер. Причем уровень сигнала равен нулю, когда расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП не равно расстоянию до какого-либо из ответвлений. При этом в блоке 9 расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП принимают за истинное (за место для случая на фиг. 1).

6. В блоке 6 в случае, когда междуфазное повреждение располагается в ответвлении, по сигналу волнового процесса фиксируют вышеупомянутым образом моменты прихода волн, следующих за первичной волной. Причем для рассматриваемого на фиг. 2 случая .

7. В блоке 7 оценивают длительности интервалов между моментами прихода волн, следующих за первичной, и моментом прихода к устройству первичной волны. Для рассматриваемого на фиг. 2 случая .

8. Через каналы передачи информации устройство получает от устройства информацию о длительностях интервалов между моментами прихода к нему волн, следующих за первичной, и моментом прихода первичной волны. В результате устройство получит от устройства и величину интервала между моментами и . Среди упомянутых длительностей интервалов двух устройств в блоке 8 выявляют пару равных и в блоке 9 по формуле (2) за истинное расстояние до места междуфазного повреждения принимают расстояние до места в поврежденном ответвлении, до которого добежит волна от места его присоединения к ЛЭП за половину длительности интервала упомянутой выявленной пары.

Таким образом, благодаря определению интервала, за который волна пробегает удвоенное расстояние от места присоединения поврежденного ответвления к ЛЭП до места междуфазного повреждения в нём, повышается точность ОМП.

Изобретение относится к изменениям в области электротехники и может быть использовано для определения места междуфазного повреждения на линии электропередачи с ответвлениями. Технический результат - повышение точности определения расстояния до места междуфазного повреждения на линии электропередачи (ЛЭП) с ответвлениями. Сущность: место междуфазного повреждения определяют по измерениям двух устройств, установленных по концам ЛЭП. В каждом устройстве измеряют фазные токи или фазные напряжения и линейно преобразуют их в сигнал волнового процесса, на основе которого фиксируют момент прихода первичной волны к устройству. Получают от другого устройства информацию о моменте прихода первичной волны к нему. Определяют расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП, которое сравнивают с расстояниями до её ответвлений. Если это расстояние равно расстоянию до какого-либо из ответвлений, то принимают это ответвление за поврежденное и по сигналу волнового процесса фиксируют моменты прихода волн, следующих за первичной, и оценивают длительности интервалов между ними и моментом прихода первичной волны к устройству. Получают от другого устройства информацию о длительностях интервалов между моментами прихода к нему волн, следующих за первичной, и моментом прихода первичной волны. Среди упомянутых длительностей интервалов двух устройств выявляют пару равных. За истинное расстояние до места междуфазного повреждения принимают расстояние до места в поврежденном ответвлении, до которого добежит волна от места его присоединения к ЛЭП за половину длительности интервала упомянутой выявленной пары. Иначе расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на ЛЭП принимают за истинное. 3 ил.

Способ двухстороннего волнового определения места междуфазного повреждения на линии электропередачи с ответвлениями, согласно которому место междуфазного повреждения определяют по измерениям двух устройств, установленных по концам линии электропередачи, в каждом устройстве синхронно с другим устройством измеряют свои фазные токи или фазные напряжения и линейно преобразуют их в сигнал волнового процесса путем применения одного из модальных преобразований с последующим заграждением основной гармоники, дискриминатором фиксируют момент прихода первичной волны к устройству, за который принимают момент первого превышения абсолютным значением сигнала волнового процесса заданного порога, через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о моменте прихода первичной волны к нему и оценивают длительность интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам, расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на линии электропередачи определяют на основе скорости распространения волны в ней и длительности интервала между моментами прихода первичных волн к устройствам, отличающийся тем, что в каждом устройстве сравнивают расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на линии электропередачи с расстояниями до её ответвлений и если оно равно расстоянию до какого-либо из ответвлений, то принимают это ответвление за поврежденное и по сигналу волнового процесса фиксируют моменты прихода волн, следующих за первичной, и оценивают длительности интервалов между ними и моментом прихода первичной волны к устройству, через каналы передачи информации получают от другого устройства информацию о длительностях интервалов между моментами прихода к нему волн, следующих за первичной, и моментом прихода первичной волны, среди упомянутых длительностей интервалов двух устройств выявляют пару равных и за истинное расстояние до места междуфазного повреждения принимают расстояние до места в поврежденном ответвлении, до которого добежит волна от места его присоединения к линии электропередачи за половину длительности интервала упомянутой выявленной пары, иначе за истинное расстояние до места междуфазного повреждения принимают расстояние до предполагаемого места междуфазного повреждения на линии электропередачи.