Способ определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушной сети с изолированной нейтралью и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01R31/08 

1

Изобретение относится к измерит тельной технике и, в частности, связано с проблемой определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушной сети с изолированной нейтралью.

Целью изобретения является повышение точности определения расстояния до места однофазного замыкания при больших значениях переходного сопротивления в месте повреждения, путем корректировки величины сопротивления нулевой последовательности схемы, соответствующей режиму двойного замыкания на землю, в котором определяется неизвестное расстояние.

Сущность способа заключается в том, что в предаварийном режиме измеряют токи прямой последовательности контролируемых -присоединений, и в случае превышения ими уставки осуществляют искусственное однофазное замыкание на контур подстанции для измерения напряжения нулевой после- довательности и токов нулевой последовательности присоединений, затем по измеренным величинам определяют емкостные проводимости нулевой последовательности линий, подключенных к контролируемым присоединениям, ликвидируют искусственное однофазное замыкание и запоминают полученные значения емкостных проводимостей. При возникновении естественного од- нофазного замыкания на землю на одном из контролируемых присоединений выявляют поврежденную фазу, замыкают одну из неповрежденных фаз сети, и в этом режиме измеряют напря- жение поврежденной фазы и фазные токи присоединений, по максимальному току определяют поврежденное присоединение. В этом режиме измеряют напряжение и ток нулевой последовательности поврежденного присоединения. По измеренным величинам вычисляют расстояние до места однофазного замыкания на землю.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего указанный способ определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушной сети с изолированной нейтралью.

Устройство содержит коммутационные элементы 1-3, фазы 4-6 шин подстанции, токоограничивающий элемент 7, коммутационный элемент 8, блок 9 определения расстояния до места однофазного замыкания на землю, блок 10 пофазного включения поврежденной фазы (БПВПФ), блок 11 пофазного включения неповрежденной фазы (БПВНФ), блок 12 блокировки на время проведения замера (ББ), орган 13 выявления поврежденной фазы (ОВПФ), блок 14 сбора текущей информации, указатель 15 поврежденного присоединения, максиселектор 16, первичные преобразователи 17-22 тока присоединений, первичный преобразователь 23 напряжения, фильтр 24 напряжения прямой последовательности, фильтр 25 напряжения нулевой последовательности, элемент И-НЕ 26, фильтры 27 и 28 тока нулевой последовательности присоединений, орган 29 контроля пред- аварийного режима, исполнительный элемент 30, блоки 31 и 32 вычисления емкостных проводимостей, блоки 33 и 34 памяти, блок 35 ввода данных, мультиплексоры 36-38, элемент ИЛИ 39. При этом коммутационные элементы 1-3, соединенные в звезду, подключают фазы 4-6 через токоограничи- вающий элемент 7, зашунтированный коммутационным элементом 8, на конту заземления, в то же время к фазам 4-6 параллельно подключены входы блока 23 первичного преобразователя напряжения и входы фильтров 27 и 28 тока нулевой последовательности присоединений, первый и второй выходы блока 23 первичного преобразователя напряжения через фильтры 24 и 25 напряжения прямой и нулевой последовательности подключены к входам органа 13 выявления поврежденной фазы, первый и второй выходы которого соответственно присоединены к первому входу блока 10 пофазного включения поврежденной фазы и первому входу блока 12 блокировки, второй и третий входы которого соответственно подключены к первому выходу указателя 15 поврежденного присоединения и первому выходу блока 9 определения расстояния, а первый, второй и третий выходы - соответственно к цепям релейных защит присоединений, второму входу блока 10 БПВПФ и входу блока 11 БПВНФ, первые выходы которых подключены к управляющим входам коммутационных элементов, второй и третий выходы блока 11 БПВНФ соответственно присоединены к управляющему входу коммутационного элемента 8 и первому входу максиселектора 16, кроме того, второй выход блока 11 БПВНФ подключе к первому входу элемента ИЛИ 39, второй вход которого подключен к выходу блока 10 БПВПФ, выход элемента ИЛИ 39 подключен к входу исполнительного элемента 30, выход которого подключе к второму входу элемента И-НЕ 26, второй и последующие входы максисе- лектора 16 присоединены к выходам первичных преобразователей 17-22 то0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ка присоединений, а его выход соответственно присоединен к входу указателя 15 поврежденного присоединения, второй выход которого присоединен к первому входу блока 14 текущей информации, второй и третий входы которого соответственно присоединены к второму выходу блока 9 определения расстояния и третьему выходу органа 13 выявления поврежденной фазы, входные цепи органа 29 контроля предава- рийного режима подключены к выходам первичных преобразователей 17-22 тока присоединений, а его выход через исполнительный элемент 30 соединен с управляющим входом коммутационного элемента 3, третий вход блока 14 сбора текущей информации присоединен к информационному входу первого мультиплексора 36 и информационному входу второго мультиплексора 37, к второму информационному входу второго мультиплексора 37 присоединен второй выход указателя 15 поврежденного присоединения и информационный вход третьего мультиплексора 38, причем измерительные входы мультиплексора 37 присоединены соответственно к выходам первичных преобразователей 17-22 тока присоединений, а измерительные входы мультиплексора 38 присоединены к выходам фильтров 27 и 28 тока нулевой последовательности, информационный вход первого мультиплексора 36 присоединен к третьему выходу первичного преобразователя 23 напряжения, выходы мультиплексоров 36-38 присоединены соответственно к первому, второму и третьему входам блока 9 определения расстояния, а к его входам с четвертого по десятый соответственно присоединены с первого по седьмой выходы первого блока 33 памяти, к первому и второму входам блока 33 памяти подключены соответственно выходы первого и второго блоков 31 и 32 вычисления емкостных проводимостей, к третьему входу блока 33 памяти подключен второй выход указателя 15 поврежденного присоединения, а выход блока 35 ввода данных присоединен к четвертому входу блока 33 памяти и к входу второго блока 34 памяти, первый и второй выходы блока 34 памяти подсоединены соответственно к первым входам блоков 31 и 32 вычисления суммарных поперечных пара-ч метров нулевой последовательности,

514

вторые входы которых объединены и присоединены к выходу фильтра 25 напряжения нулевой последовательности и одиннадцатому входу блока 9 определения расстояния, а к третьим входам этих блоков присоединены соответственно выходы фильтров 27 и 28 тока нулевой последовательности присоединений.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

В режиме, предшествующем естественному однофазному замыканию на землю, изменения сопротивления нуле- вой последовательности систем, подключенных к контролируемым присоединениям, не происходит. В связи с этим, коррекция вышеуказанных параметров в схеме нулевой последователь- ности согласно предлагаемому способу не Происходит. В блоках 31 и 32 реализуется операция вычисления поперечных (емкостных) проводимостей согласно выражениям L

Y Y , +Y

со oi л 0Јот. дин

V , V Y.

ХСО)Х0«Л1Е10ТХ. АЙН

где Ъ0 - напряжение нулевой последо- вательности, измеренное на шинах подстанции;

I0j - ток нулевой последовательности 1-го присоединения;

Yco; - емкостная проводимость нулевой последовательности всей системы, подключенной к шинам;

Yoin .линГ соответственно емкостные проводимости нулевой последовательности 1-го присоединения и подключенной к нему системы линий.

В соответствующие ячейки блока памяти 33 при помощи блоков 31 и 32 вычисления, блока 35 ввода данных и блока 34 памяти, в ячейках которого хранится информация о поперечных параметрах нулевой последовательности контролируемых присоединений, введена следующая информация: значения продольных параметров прямой и нуле- вой последовательности контролируемых присоединений (Кд X,Z0,) и соответствующие им значения коэффициентов компенсации К, значения поперечных параметров нулевой последователь- ности контролируемых присоединений ҐОЛ; значения параметров нулевой последовательности систем, подключен- ных к контролируемым присоединениям

686

Y0 отходящих линий. В указанном режиме блок 29 контроля предаварийного режима не возбужден, сигнал с его выхода равен нулю. В соответствии с этим исполнительный элемент 30 не. воздействует на коммутационный элемент 3 и последний находится в разомкнутом состоянии. Изменение информации о параметрах систем нулевой последовательности контролируемых присоединений, осуществляемой блоками 31 и 32, не происходит, т.е. соответствующая информация в ячейках блока 33 памяти не изменяется. Коммутационные элементы 1, 2, 3 и 8 находятся в отклоненном положении. В случае появления земли, например на фазе одного из присоединений, ОВПФ 13 выявляет поврежденную фазу и вызывает срабатывание ББ 12. Одновременно ОВПФ «13 воздействует на БПВПФ 10, таким образом информация о поврежденной фазе сети поступает в блок 14 сбора текущей информации и БПВПФ 10. Однако БПВПФ 10 не воздействует на коммутационные элементы 1-3, поскольку они блокируются сигналом, поступающим с ББ 12. Включение коммутационного элемента 2 осуществляется БПВНФ 11 по разрешающему сигналу элемента И-НЕ 26, которому в данном случае соответствуют логические сигналы нуля и единицы, поступающие соответственно с выхода исполнительного элемента 30 и ББ 12. При этом ББ 12 запрещает действие релейных защит присоединений и вместе с БПВПФ 10 и БПВНФ 11 блокирует коммутационные элементы 1, 3 и 8. В результате включения коммутационного элемента 2 по контуру: элемент 2 - элемент 7 - земля - первичный преобразователь 22 тока - фаза 4 - фаза 5 протекает ток двойного замыкания, ограниченный элементом 7. Кроме того, БПВНФ 11 через элемент ИЛИ 39 блокирует исполнительный элемент 30. В этот момент начинает свою работу максиселектор 16, который включается БПВНФ I1 только при двойных замыканиях. Максиселектор 16 сравнивает между собой сигналы, поступающие с первичных преобразователей 17-22 тока присоединения и при увеличении тока в преобразователе 22 относительно первичных преобразователей 20, 21 и 17-19 с помощью указателя 15 выявляет поврежденное присоединение.

71478168

Число входов максиселектора 16 определяется числом присоединений. Блок

9определения расстояния начинает I свою работу. Необходимые для вычислений электрические величины, соответствующие поврежденному присоединению, подводятся к соответствующим входам. Злектрические величины, а именно Um , ток поврежденной фазы Хф, ток нулевой последовательности

10, коэффициент компенсации К и наг пряжение нулевой последовательности, поступают на соответствующие входы.

i

ft arg , который используется

110

в выражении (1) для вычисления расстояния до места однофазного замыкания на землю. Циклы вычисления повторяются до момента, соответствующеul( го меньшему значению модуля

Т

10 по сравнению с уставкой. После этого сигнал с блока вычисления расстояния поступает на блок 14 сбора текущей информации. Одновременно с этим на ББ 12 с ОВПФ 13 и указатель 15 посту- По значениям поступивших сигналов в 15 пают сигналы об окончании работы этих блоке 9 вычисляются комплексное зна- элементов. Данная информация по воздействию на ББ 12 аналогична той, которая поступает от блока 9 определения расстояния При этом коммутацион- 20 ный элемент 2 отключается, элементы 1 и 3 разблокируются, а элемент 8 включается. При этом сигнал на первом входе элемента ИЛИ 39 становится равным нулю. Затем БПВПФ 10 включает коммутационный элемент 3, заблокиро- (i)вав соответственно исполнительный

„ Ue

чение сопротивления Z T-54- и его

+& to

действительная и мнимая части R ReZ; Xz-ImZ.

В результате последовательно выполняемых итераций осуществляется итерационное вычисление расстояния до места однофазного замыкания на землю в соответствии с выражением

25

1U1 , ХалБа -Й

хм -кяг tg(ei-p)

(1)

где U, arg -г-7- L + К. 10

30

элемент 30, и коммутационные элементы 1 и 2. Таким образом, место замыкания шунтируется и в таком состоянии устройство находится до момента устранения повреждения. Если в режиме, предшествующем замыканию на землю,

. . -ипроизошло изменение сопротивления - j-e приближение тока нуле- левой последовательности систем, подвой последовательности в месте одно- 35 ключенных к контролируемым присоеди,Ы

-О)

fT arg .

фазного замыкания.

нениям, орган 29 контроля предаварий- ного режима фиксирует это изменение и совместно с элементом ИЛИ 39 воздействует на исполнительный элемент

нениям, орган 29 контроля предаварий- ного режима фиксирует это изменение и совместно с элементом ИЛИ 39 воздействует на исполнительный элемент

Вычисление расстояния до места однофазного повреждения начинается

с нулевого приближения при угле (3 40 30, который с выдержкой времени на

отключение замыкает коммутационный элемент 3 на время, достаточное для

. Iо измерения и коррекции указанных параа к arg т -const.

arg

IS n , XsrRztgoi --w- 0, тогда 1 y I-

XArRA tS

метров блоками 31 и 32 вычисления. После вычисления нулевого прибли- 45 Коррекция емкостной проводимости нуV i0

жения расстояния 1

(в)

вычисляются

левой последовательности присоединений осуществляется при измерении тока прямой последовательности хотя бы одного из присоединений. Вычисленное

первое и последующие приближения тока нулевой последовательности в месте однофазного повреждения согласно выражениям

(Я

Т0

Вычисляемое в цикле значение ION

используется для вычисления угла

i

ft arg , который используется

110

в выражении (1) для вычисления расстояния до места однофазного замыкания на землю. Циклы вычисления повторяются до момента, соответствующеul( го меньшему значению модуля

Т

нениям, орган 29 контроля предаварий- ного режима фиксирует это изменение и совместно с элементом ИЛИ 39 воздействует на исполнительный элемент

левой последовательности присоединений осуществляется при измерении тока прямой последовательности хотя бы одного из присоединений. Вычисленное

новое значение емкостной проводимости заносится в память, ОВПФ 13 фиксирует замыкание фазы 4 на землю и вызывает срабатывание блока блокировки. Одновременно информация о зам- i

кнувшейся фазе поступает на блок 14 текущей информации и БПВПФ 10. Однако БПВПФ 10 на коммутационные элементы 1-3 не воздействует, поскольку он блокируется сигналом, поступающим с914

блока 12 блокировки. Включения коммуне проиСтационного элемента 2 также ходит, так как управляющий им БПВНФ 11 блокируется элементом И-НЕ 26. В остальном работа устройства аналогична вышеизложенной.

Формула изобретения

1. Способ определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушной сети с изолированной нейтралью, включающий определени поврежденной фазы, создание кратковременного искусственного двойного замыкания на землю одной из неповрежденных фаз, измерение в режиме двойного замыкания на землю на шинах подстанции фазного напряжения поврежденной фазы и токов отходящих от шин линий, выявление по значениям измеренных токов поврежденной воздушной линии и определение расстояния до ме

та повреждения с учетом измеренных параметров, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности определения расстояния до места однофазного замыкания при больших значениях переходного сопротивления в месте повреждения в режиме, предшествующем естественному однофазному замыканию на землю, определяют и запоминают величину емкостной проводимости каждого из присоединений, а определение расстояния до места однофазного замыкания на землю осуществляют с учетом емкостной проводимости поврежденной воздушной линии по формуле

X Jk-tg-i.lJll

хм- RA,tg(-p)

где Xz и Rj, - мнимая и действительная части выражения;

U,

1

- .ЗР

Г

1, + К

;

где

напряжение и ток И„ , режденнои фазы воздушной линии

стороны измерений;

10 - ток нулевой последоватности воздушной линии с той же роны

к - Ь--Si , L

где Z,

и Z ,| удельные продольные

сопротивления воздушной линии соответственно нулевой и прямой последовательности;

10

X,

4( и удельные значения реактивной и активной составляющих продольного сопротивления воздушной нии прямой последовательности:

1о -™- ,

о4 arg

Р arg

1Т +К

-ias.

где I

оы

- итерационное приближение тока нулевой последовательности в месте однофазного замыкания, рассчитанное с учетом запоминаемой величины емкостной проводимости контролируемого присоединения.

0

5

0

5

0

5

0

5

2/ Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют токи прямой последовательности каждого из присоединений и при изменении токов прямой последовательности хотя бы в одном из присоединений осуществляют определение емкостной проводимости, для чего измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах подстанции и токи нулевой последовательности отходящих присоединений.

3. Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушной сети с изолированной нейтралью, содержащее первичный преобразоватспь напряжения фаз контролируемой сети, фильтры напряжения прямой и нулевой последовательности, орган выявления поврежденной фазы, блок пофазного включения поврежденной фазы, блок блокировки, указатель поврежденного присоединения, блок определения расстояния, имеющий три входа и два выхода, блок пофазного включения неповрежденной фазы, три соединенных в звезду управляемых коммутационных элемента, токо- ограничивающий элемент, четвертый коммутационный элемент, максиселек- тор, первичные преобразователи тока присоединений и блок сбора текущей информации, причем к фазам контролируемой сети подключены входы первичного преобразователя напряжения фаз контролируемой сети, а его выходы через фильтры напряжения прямой и нулевой последовательности подключены к входу органа выявления поврежденной фазы, первый и второй выходы которого соответственно присоеди11147

нены к первому входу блока пофаэного включения поврежденной фазы и первому входу блока блокировки, второй и третий входы которого соответствеино подключены к первому выходу указателя поврежденного присоединения и первому выходу блока определения расстояния, а первый, второй и третий выходы соответственно к цепям релейных защит присоединений, второму входу блока пофазного включения поврежденной фазы и входу блока пофазного включения неповрежденной фазы, первые выходы которых подключены к управляю- щим входам соединенных в звезду коммутационных элементов, общая точка которых через токоограничивающий элемент, зашунтированный четвертым коммутационным элементом подключения на контур заземления, второй и третий выходы блока пофазного включения поврежденной фазы соответственно подключены к управляющему входу четвертого коммутационного элемента и пер- вому входу максиселектора, второй и последующие входы которого подключены к выходам первичных преобразователей тока присоединений, а его выход

1 2

кущей информации подключен к информационному входу первого мультиплексора и информационному входу второго мультиплексора, к второму информационному входу второго мультиплексора . подключен второй выход указателя поврежденного присоединения и информационный вход третьего мультиплексора, при этом измерительные входы второго мультиплексора подключены соответственно к выходам первичных преобразователей тока присоединений, а измерительные входы третьего мультиплексора подключены к выходам фильтров тока нулевой последовательности, входы которых подключены к фазам контролируемой сети, информационный вход первого мультиплексора подключен к третьему выходу первичного преобразователя напряжения, выходы первого,- второго и третьего мультиплексоров подключены соответственно к первому, второму и третьему входам органа определения расстояния, а к его входам с четвертого по десятый соответственно подключены с первого по седьмой выходы первого блока памяти, к первому и второму входам блока

Изобретение может быть использовано для целей определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушной сети с изолированной нейтралью. Целью изобретения является повышение точности определения расстояния до места однофазного замыкания при больших значениях переходного сопротивления в месте повреждения. Для проведения измерений определяют поврежденную фазу органом 13 выявления поврежденной фазы, создают кратковременное двойное замыкание на землю одной из неповрежденных фаз с помощью одного из коммутационных элементов 1-3 через токоограничивающий элемент 7, измеряют в режиме двойного замыкания на землю на шинах подстанции фазное напряжение поврежденной фазы и токи отходящих от шин присоединений и выявляют по значениям измеренных токов поврежденное присоединение. В режиме, предшествующем однофазному замыканию на землю, определяют с помощью блоков 31 и 32 вычисления суммарных поперечных параметров нулевой последовательности величину емкостной проводимости каждого из присоединений, подключенных к шинам подстанции, и запоминают в блоках 33, 34 памяти. Измеренные и известные параметры - напряжение поврежденной фазы, фазный ток, ток нулевой последовательности, значения коэффициента компенсации, продольных параметров прямой и нулевой последовательностей, поперечных параметров нулевой последовательности, сопротивления системы нулевой последовательности, присоединенной к поврежденному присоединению, подводятся к входам органа 9 определения расстояния. Определение расстояния до места однофазного замыкания на землю проводят, осуществляя последовательные итерационные расчеты с учетом емкостной проводимости поврежденного присоединения. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

соответственно подключен к входу ука- 30 памяти подключены соответственно вызателя поврежденного присоединения второй выход которого подключен к первому входу блока сбора текущей информации, второй и третий входы которого соответственно подключены к второму выходу блока определения расстояния и третьему выходу органа выявления поврежденной фазы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения расстояния до места однофазного замыкания на землю, дополнительно введены фильтры тока нулевой последовательности по количеству присоединений, орган контроля предава- рийного режима, три мультиплексора, два блока памяти, блоки вычисления емкостных проводимостей по количеству присоединений, элемент ИЛИ, элемент И-НЕ, блок ввода данных, причем входные цепи органа контроля- предаварийного режима подключены к выходам первичных преобразователей тока присоединений, а его выход через исполнительный элемент подключен к управляющему входу одного из соединенных в звезду коммутационных элементов, третий вход блока сбора те5

0

5

0

5

ходы блоков вычисления емкостной проводимости, к третьему входу первого блока памяти подключен второй выход указателя поврежденного присоединения, а выход блока ввода данных подключен к четвертому входу первого блока памяти и входу второго блока памяти, первый и второй выходы второго блока памяти подключены соответственно к первым входам блоков вычисления емкостной проводимости, вторые входы которых объединены и подключены к выходу фильтра нулевой последовательности и одиннадцатому входу блока определения расстояния, а к третьим входам блоков вычисления емкостной проводимости подключены соответственно выходы фильтров тока нулевой последовательности присоединений, второй выход блока пофазного включения неповрежденной фазы подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока пофазного включения поврежденной фазы, выход элемента ИЛИ подключен к входу исполнительного элемента, выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ.