Способ определения расстояния до мест повреждения при коротких замыканиях Советский патент 1987 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения расстояния до мест короткого замыкания, а также в измерительных органах дистан ционных защит.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем определения расстояния до каждого из Мест повреждения при двойных замы- каних на землю и повьшение точности определения искомого расстояния за счет учета фазовых соотношений между напряжениями и токами в поврежденных фазах в режиме, предшествующем короткому замыканию и в режиме короткого замыкания.

На фиг. 1 изображена схема замещения электрической сеТи для случаев двойных замыканий на землю; на фиг. 2 - векторная диаграмма напряжений и токов при двойном замыкании на зеМлю; на фиг. 3 - схема замещения электрической сети для случая короткого замыкания с одновременным однофазным замыканием на землю.

На фиг. 1 введены следующие обозначения: Ё - ЭДС плеча эквивалентного треугольника ЭДС исходной трехфазной схемы; Z - сопротивление плеча эквивалентного треугольника сопротивлений система и трансформатора ZH - сопротивление луча эквивалентной звезды нагрузок всех линий; 1, 2 - условные номера поврежденных фаз Z, Z - сопротивления цепи замыкания первой и второй фазы, включающие активное и индуктивное сопротивления провода соответствующей фазы, переходное активное сопротивление между проводом этой фазы и землей; К1, К2 - ключи,одновременное замкнутое состояние которых соответствует режиму двойного замыкания на землю.

Емкостные проводимости фаз относительно земли на фиг. 1 не показаны так как они существенно меньше про- водимостей остальных элементов схемы и не влияют на распределение токов и напряжений в рассматриваемом режиме.

Для проведения измерений на вводе подстанции имеются измерительные трансформаторы тока и напряжения, позволяющие контролировать величины; i - геометрическую разность токов ввода анализируемой пары фаз исходно трехфазной схемы, равную току цепи

до точки разветвления в схеме замещения на фиг. 1 и - напряжение на вводе между анализируемой парой фаз исходной схемы, равное напряжению на входе двухполюсника нагрузки и параллельной с ней цепи короткого замыкания в схеме замещения по фиг. 1} , Uj - напряжения первой и второй фаз относительно земли.

В режиме, предшествующем короткому замыканию, т.е. в случае, когда либо К1 и К2, либо один из этих контактов разомкнуты, контролю подлежат величины и и I. При этом контроль осуще- ствляю 1 таким образом, чтобы сразу после выявления режима короткого замыкания можно было запомнить величины: Up значение U в режиме, пред0

5

0

5

0

5

шествующем короткому замыканию; Ip , 1д„- реактивную и активную составляющие тока i в этом режиме.

Выявления режима короткого замыкания производят с помощью пороговых органов релейной защиты и автоматики, запоминание необходимых величин - с помощью аналоговых или цифровьпс запоминающих устройств, выделение активной и реактивной составляющих тока -с помощьюфазовых детекторов.Для того, чтобы обеспечить запас времени на запоминание величин U), , Ip , I и отстроиться от наложения на эти величины параметров режима короткого замыкания (UK, 1рк , Хак- поступающих с тех же источников информации . (трансформаторов, напряжения, тока и фазовых детекторов), контроль параметров предаварийного режима произ- водят с некоторой задержкой, что может быть достигнуто, например, применением интегрирующих цепей. I ..

В режиме короткого замыкания измеряют следующие величины: U - зна5 чение U в режиме короткого замыкания; 1рк IUK. реактивную и активную составляющие тока I в этом режиме; Upi UcLi- реактивную и активную составляющую напряжения U первой из

0 поврежденных фаз относительно междуфазного напряжения U ; Upg , а.г же для напряжения U второй поврежденной фазы.

Причем, если направление вектора и определять геометрической разностью Uj - Ug , то для, того, чтобы обеспечить попадание в один квадрант (в соответствии с условием реализации способа) векторов ( и U необходимо направление вектора U сменит на противоположное. Если же выбрать UK 1)2 Uj , то при осуществлении способа следует сменить направление вектора U. С учетом проведения сме- ны направления одного из векторов U1 или Uj будем считать в дальнейшем что справедлива геометрическая сумма йц Uj (j .

Ток tj, через сопротивление нагруз ки 7.ц в |режиме короткого замыкания ;можно выразить .

т - г «

и - 1п-0-а его реактивную Ip и активную IOH составляющие

иц

-P«i Un

QH -ОЯ

UK Un

Это позволяет расчитать значение тока в петле короткого замыкания IflKj: через его реактивную I p(цJ и активную IOHIKJ составляющие, вычисляемые с использованием значений I0.n , Ipn 1ак Ipic : .,

лГЦ

рпкэ

+

апкз

Jo

-vT

-

(I ак ан )

S

v Clp, - Ipn-O;) (1ак-1ап-)(1)

Сопротивление участка, цепи между. точкой 1 и землей, т.е-, сопротивление цепи замьжания первой фазы по фиг. 1, можно определить по формуле

Zi. U4.

IKi

а его реактивную составляющую, включающую только индуктивное сопротивление провода фазы

Xi ,.

(2)

ПЦ.5

-ПКЗ

реактивная составляющая

напряжения U относительно

тока I

ПИ5

угол между векторами Uj и If

лм

Непосредственно Upn измерить невозможно, так как 1„ можно опреде- лить лишь расчетным путем. Однако, если вьщелить реактивную Upj и активную Цд, составляющие напряжения U относительно той же базы, что и для

выделения активных и реактивных составляющих тока (т.г. относитет ьно вектора междуфазного напряжения U), то значение Upn,, можно вычислить ана- .литически.

Пусть например, вектор U опережает вектор и на уголф , а вектор 1пиз отстает от вектора Uii. на уголЦ)| (фиг. 2). С учетом условия выбора знака углов

nicj

1 0; Up, 0;

,n I РПК5 . lunx л

М arcsin arccos-- - 0,

- -nxi- -ИКЬ

0

5 :

при этом

рпкз UiSin( - Ч ) U(sinq),cos45 -cos 45n,:iSin4 i)

,т Ipnicj., .I cinks

и COS4)-U sinM5.-т

LnKi-I-nKi

.K3

INKS

С учетом (1), (2) и (3) получаем выражение для значения индуктивного сопротивления Х, цепи до точки з.амы- кания первой фазы

(3)

u,,(ip,-ip,-4.-)-Up,(i,,)

и

Ст -т ---Iz + fT -т УЛм рп и -tcin п

При выводе расчетного выражения для Xj ход рассуждений не меняется, однако можно заметить, что всегда Up2. -Upi , поэтому одно из значений Upi можно не измерять, а принимать равным взятому с обратным знаком второму.

При коротких замыканиях не через землю последовательность операций в способе та же, что и при двойных замыканиях на , однако получаемые значения Х и Хг, являются лишь промежуточными результатами, а их полусумма дает индуктивное сопротивление фазы (в данном случае любой из повержденных) X в цепи короткого замыкания . Проводим некоторые математические преобразования при расчете

; U,Ui+U2, т.е. + X

и.,

Uat +U,

02

li f:2™™:Cf rit « On - (ip,.ip,-yi)..(

()(lpK-I

(Ip,-Ipn-i)-b(I,,-I,-Hi)

Un

Un

UK

UK (IpK Ipn u

(IpK -Ipn

U/

Пусть в цепи короткого замыкания не через землю имеется также однофазное замыкание на землю, что соответствует схеме замещения по фаг, 3, где Zj - сопротивление фазы-линии до точки однофазного замыкания на землю в исходной трехфазной схемеJ Zj - сопротивление участка этой фазы между точками однофазного замыкания на з-ем- лю и короткого замыкания не через iseNUiro.

Структурное различие схем замещения по фиг. 1 и фиг. 3 настолько несущественно, что данный режим невозможно в общем случае отличить по измеряемым параметрам от режима двойного замыкания на землю. Поэтому при реализации способа предлагается в таких случаях вычислять значения индуктивных сопротивлений с учетом

т.е,

Лл , л г

ч

:обоих предположений,

X..

в рассматриваемом случае значение Xj дает информацию о месте однофазного замыкания на землю, X - о месте короткого замыкания, Х - о месте возможного (дального) замыкания второй фазы на землю. В рассматриваемом примере Х X : X j и значение Х персоналом использовано не будет, так как поиск повреждений начинается от подстанции, поэтому .ближние повреждения будут найдены и устранены раньще. Попутное измерение расстояния до места однофазного замыкания на землю в данном случае можно так- же рассматривать-как новую функциональную возможность предлагаемого способа.

Таким образом, данный способ, позволяет определить расстояния по индуктивному сопротивлению цепи повреждения, что обеспечивает отстройку от активных сопротивлений проводо (т.е, практически независимость ре

зультата от их сечения), активного переходного сопротивления в месте : повреждения и возможность получения результата непосредственно в единицах длины} отстроиться от шунтирующего влияния токов нагрузок; а также централизовать измерения, T.ei дает возможность получить результат при коротких замыканиях на любой из контролируемых линий при измерении параметров на вводе подстанции, что приводит к ускорению поиска (и устранения) повреждений и к снижению на- родохозяйственного ущерба.

Формула изобретения

5

Способ определения расстояния до мест повреждения при коротких замыканиях, заключающийся в том, что измеряют напряжения и реактивную составляющую тока в момент короткого замыкания и в момент, предшествующий этому замыканию, между поврежденными фазами, определяют по измеренным параметрам индуктивное сопротивление цепи замыкания, пропорциональное расстоянию до места повреждения, отличающийся тем, что, с целью 0 повышения точности и расширения функциональных возможностей, измеряют активные составляющие тока в тех же условиях, активные и реактивные составляющие напряжения поврежденных фаз, при этом при нахождении актив- йых и реактивных составляющих направления векторов токов и напряжений ориентируют так, чтобы они были в одном квадранте с вектором напряжения 0 между фазами соответствующего режима, а за положительное направление углов принимается направление в сторону отставания от указанного векто- ра Напряжения, и при коротких замы- 5. каниях не через землю опре деление индуктивного сопротивления повреждений фазы находят как полусумму результатов вычислений индуктивных сопротивлений, которые получают для, 0 поврежденной пары фаз по формуле для случаев двойных замыканий на землю

5

Xi,2

(Ual (ipK -Ipn -S;)Upi (ICXK -I

an

) Undp.-Ipn-g)

ок Iftn

.УК)2

и„

где

-номер поврежденной фазы;

-индуктивное сопротивление цепи замыкания i-й фазы;

71287057-8

u Ut, - напряжение между повре7}ул;ен- -активная составляющая тока ными фазами в режиме корот-при коротком замыкании}

кого замыкания и режима 1р„ ,1„

предшествующего короткого замыкания;

1рк

- ток, реактивная и активная составлякнцие тока при предшествующем режиме J

IK Sin fц-реактивная, составляющая то- ,Ui ка в режиме короткого замы- Upi

кания; у;sin(;-активная, полная и реактив-

Iy - ток короткого замыкания; W ная составляющие напряжения, - угол между векторами U- и фазы в режиме короткого

.замыкания.

-ап

-ап

2с/2

U9,3

ВНИИПИ Заказ 7710/47 Тираж 730Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Может быть использовано для определения расстоя- ния до мест короткого замыкания, а также в измерительных органах дистанционных защит. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем определения расстояния до каждого из мест повреждения при двойных замыкаьиях нггземлю иповышение точности определения искомого расстояния за счет учета фазовых соотношений между токами в поврежденных фазах в режиме, предшествующем короткому замыканию и в режиме короткого замыкания. Для достижения данной цели измеряют активные составляющие тока в тех же режимах, активные и реактивные составляющие повержденных фаз. При этом направления векторов токов и напряжений ориентируют так, чтобы оси были в одном квадрате с вектором напряжения между фазами соответствующего режима. При коротких замыканиях не через землю, определение индуктивного сопротивления поврежденной фазы определяют как полусумму результатов вычисленных по приведенным формулам индуктивных сопротивлений в случае двойных замыканий на землю. Индуктивное сопротивление пропорционально расстоянию до места повреждения. Схема замещения электрической сети для случаев двойных замыканий на землю включает ЭДС Е плеча эквивалентного треугольника ЭДС трехфазной схемы, сопротивления Z с пле- -ча эквивалентного треугольника сопротивлений системы и трансформатора и Z н луча эквивалентной звезды нагрузок всех линий, сопротивления Zj и Zj цепи замыкания первой и второй фазы соответственно и ключи Kj и К Одновременное замкнутое состояние ключей соответствует режиму двойного ; замыкания на землю 3 ил. с .