Способ определения расстояния до мест двухфазных и трехфазных коротких замыканий на линиях электропередач и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01R31/08 

линии; k - точка K.I.; a - точка, где производятся замеры тока и напряжения - ввод на шины 6-35 кВ подстанции от питакщего сеть трансформатора; на фиг. 3 - комплексная схема замещения сети при двухфазном к.з., на которой обозначены: ZH1 ,Е Н7 и ZHorp), ZHQ 4- сопротивления прямой и обратной последовательностей соответственно неповрежденных линий с их нагрузкой и поврежденной линии; а1 и at - точки замера значений токов и напряжений прямой и обратной последовательностей; на фиг. 4 - комплексная схема получения в результате преобразования звезды .сопротивлений Zrt, ZH15, Z/, фиг.З в треугольник, на ко торой обозначена через У. HIS сумма параллельно соединенных сопротивле1 Магр t Нвгр.2«

Сущность способа заключается в следующем.

Выделяют разницу реактивных составляющих напряжений прямой и обратной последовательностей аварийного режима по отношению соответственно к току прямой и обратной последовательностей аварийного режима и делят на разницу между током прямой последовательности аварийного режима и части тока прямой последовательности предаварийного режима, пропорциональной отношению напряжений прямой последовательности аварийного и пред аварийного режимов.

В соответствии с задачей определения расстояния от шин подстанции до места к.з. необходимо определить реактивное сопротивление поврежденной линии, которое является составляющей сопротивления ZA . Сопротивление Z А с учетом величины дополнительного член ZJ/Z Н1 определяется как частное от деления напряжения между точками af и 3j на ток, текущий по сопротивлению ZA.

В связи с тем, что сопротивление Zл существенно меньше, чем сопротивление ZH1S, величина дополнительного члена Z2/Z особенно его мниЛ п 1

мой части, всегда оказывается на порядок и более меньшей, чем величина сопротивления 2Zfl, и поэтому им можн пренебречь.

Напряжение в точке а 1 равно напряжению прямой последовательности U, на шинах питающей подстанции в режиме к.з., а напряжение в точке а равно напряжению обратной последовательности U7 на шинах подстанции. Поскольку расстояние до места к.з. одпозначно определяется реактивной составляющей сопротивления Јд, то в числителе упомянутого выше частного от деления падения напряжения между точками а, и а7 на ток должны присутствовать реактивные составляющие напряжения прямой U1 и обратной U последовательностей, т.е.

UlSin ()-U,sin(.

5 И точке а/ течет ток прямой последовательности I ,, разветвляющийся далее в сопротивления 2Z л и параллельно включенные сопротивления Z H1 и 2ZH,ZA.

Q Ток 1, может быть замерен на вводе на шины подстанции,

Ток, текущий по сопротивлению 2Јл, определяется как разница между током I, и током 1И,, текущим в ветви ZН1

5 и 2ZHi-5+Z(N. Суммарное сопротивление этих двух параллельных ветвей мало отличается от сопротивления нагрузки прямой последовательности всей подстанции. С учетом этого с достаточQ ной для практики точностью можно принять, что ток 1Н, равен току I н, й., потребляемому нагрузкой Z в предава- рийном режиме работы сети, уменьшенному пропорционально снижению напряжения на шинах подстанции, по сравнению с напряжением прямой последовательности и(.0)на шинах в предаварий- ном режиме, т.е.

5

40

нч 1И(-о) ц

Ut

н-°)

Нормальный режим работы сети практически симметричен. В связи с этим ток 1Л, текущий по сопротивлению 2Z/1 , 45 может быть определен как

,-1

и,

к-) и

U1(-0|

где 11(.0)- ток прямой последователь- пности предаварийного режима.

Таким образом, расчетная формула определения расстояния до места двухфазного к.з. определится как

-А/

5

J sinCU IjbUzsindJ Ij) KfK(I,-I1(.e, UJlJ,, 0,

it/V

..IbsinCU 1 , I,-Uzsin UiA Is) K- т-т ГГ 7n

L1 (-Dl U1 U1(-0|

где К,,К,,К - коэффициенты.

li соответствии с предложенным алгоритмом можно определить и расстояние до места трехфазного к.з. Для этого коэффициент пропорциональности К должен быть увеличен в 2//3 раза, что может быть осуществлено автоматически по признаку отсутствия напряжения обратной последовательности U.

Устройство содержит (фиг. 1) фильтры 1,2 напряжения прямой и обратной последовательностей, фильтры 3 и 4 тока прямой и обратной последовательностей, блок 5 формирования раз ницы реактивных составляющих напряжения, блок 6 формирования временного интервала, пропорционального отношению напряжений прямой последовательности аварийного и предаварийного режимов, выпрямитель 7, блок 8 формирования напряжения, пропорционального части тока прямой последовательности предаварийного режтгма, пропорциональной отношению напряжений прямой последовательности аварийного и предаварийного режимов, блок 9 управления, блок 10 деления, блок 11 вычитания и блок 12 фиксации.

Блок 5 формирования разницы реактивных составляющих напряжения содержит формирователи 13 и 14 прямоугольных импульсов и сигналов тока прямой и обратной последовательностей, фазовые детекторы 15 и 16 и интегратор 17. При этом полярность выходов формирователей прямоугольных импульсов выполняется такой, чтобы полярность выходов фазовых детекторов была встречной.

Блок 6 формирования временного интервала, пропорционального отношен напряжений прямой последовательности аварийного и,предаварийного режимов, содержит выпрямитель 18, интегратор 19 с большой постоянной времени ин-1 тегрирования, интегратор 20 и компаратор 2 1 .

Блок 8 формирования напряжения, пропорционального части тока прямой последовательности предаварийного режима, пропорциональной отношению напряжений прямой последовательности аварийного и предаварийного режимов, содержит интегратор 22 с большой постоянной времени интегрирования, ключ 23 и интегратор 24.

Блок Ч управпенчя г-одер HI iiopoi o- вый орган 25, одионибрагор 2Ь и логическую схему И 27.

0

0

5

5

Ьлок 10 деления содержит интегратор 28 и компаратор 29.

Фазные напряжения U,l B,Uc подаются на входы фильтров 1 и 2 напряжения прямой и обратной последовательностей, фазные токи 1,Т&,1( - на входы фильтров 3 и 4 тока прямой и обратной последовательностей. Выходы фильтров 1 и 2 напряжения прямой и обратном последовательностей, первый выход фильтра 3 тока прямой последовательности и РЫХОД фильтра 4 тока обратной последовательности подключены соответственно h первому, вчорому, третьему и чьмвертому входам (хчокл 5 формирования разницы реактивных состапляюпих напряжения. Первый вход блока Ь формирования временного пнтервапа , пропорционального отношению напрчтиний прямой последовательности пгаринного и предаварийного режимов, по; ьлючен к выходу фильтра напряжения прямой последовательности. Блок 8 формирования напряжения, пропорционального части тока прямой последоьяте п.ностн предаварийного режима, пропорциональной отношению н.шряэычын прямой поспедо- вателыюсти аварийного и предчнарий- ного режимов, подключен первым входом через выпрямитепь 7 напряжения к второму выходу фильтра 3 тока пря- мой последовательности, вторым входом - к выходу блоьз h формирования

л временного интервача, пропорционального отношению напряжений прямой последовательности аварийного и пред- аварийно о режимов, а выходом - к первому входу блокл 11 вычитания, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя 7. Блок 10 деления подключен первым входом к выходу блока 11 вычитания, вторым входом - к блоку 5 формирования разницы реактив0

5

5

ных составляющих напряжения и третьим входом к второму выходу блока 9 управления. Выход блока 10 деления подключен к первому входу блока 12 фиксации, к второму входу которого подключен также первый выход блока 9 управления, который параллельно подключается к пятому входу блока 5 формирования разницы реакшвных состан- ляющих напряжения, BIOPOMV входу блока 6 формирования временного интервала, пропорционального отношению напряжений прямой последовательности аварийного и предаварийного режимов .и третьему входу блока 8 формирования напряжения, пропорционального части тока прямой последовательности пред- аварийного режима, пропорциональной отношению напряжений прямой поспедо- вательности аварийного и предаварийного режимов. Вход блока 9 управления подключен к выходу выпрямителя 7.

В блоке 5 формирования разницы реактивных составляющих напряжения прямой и обратной последовательностей формирователи 13 и 14 прямоугопь- ных импульсов подключены к третьему и четвертому входам блока соответственно, а фазовые детекторы 15 и 1h - к первому и второму входам блока. К управляющим входам детекторов 15 и 16 подключены соответственно выходы формирователей 13 и 14 прямоугольных импульсов. Выходы фазовых детекторов 15 и 16 подключены соответственно к первому и второму входам интегратора 17, третий вход которого является пятым входом блока 5 формирования разницы реактивных составляющих напря- жения, а его выход - выходом этого блока.

В блоке 6 формирования временного интервала, пропорционального отношению напряжений прямой последователь- ности аварийного и предаварийного режимов, выпрямитель 18 подключен к первому виоду блока, первый интегратор 19 с большой постоянной времени интегрирования - к выходу выпрямите- ля 18, а второй интегратор 20 - к выходу первого интегратора 19. Управляющий вход второго интегратора 20 является вторым входом блока. Компаратор 21 подключен одним входом к выходу второго интегратора 20, а вторым входом - к выходу выпрямителя 18. Выход компаратора 21 является выходом блока

В блоке 8 формирования напряжения, пропорционального части тока прямой по- следователыюсти предаварийного режима, пропорциональной отношению напряжений прямой последовательности аварийного и предаварийного режимов, вхо первого интегратора 22 с большой постоянной гфс мени интегрирования чпня- ется перным входом блока. Выход первого интегримра 22 подключен чере t

кчюч 21 к BXOJI.V второго Hirrerpaiopa 24, выход которого является выходом блока. Управляющий вход ключа 23 является HIорым входом блока 8, а управляющий вход второго интегратора 24 - третьим входом блока 8. Выход второго интегратора 24 является выходом блока 8.

В блоке 9 управления вход порогового органа 25 является его входом, а выход порогового органа 25 является его первым выходом, параллельно к нему подключены вход одновибратора 26 и первый вход логической схемы 27 И, второй вход которой подключен к выходу одновибратора 2b, второй выход блока 9 является выходом логической схемы И 27.

В блоке 10 деления управляю;: ie ВУО ды интегратора 28 и компаратора 29 объединены и являются третьим входом блока, его первый вход является информационным входом интегратора 28, а второй вход - первым информационным входом компаратора 29. Второй информационный вход компаратора подключен к выходу интегратора 29. Выход компаратора 29 является РЫХСдом блока 10.

Устройство работает следующим образом .

При возникновении к.э. увеличивается выход фильтра 3 тока прямой последовательности Т и срабатывает пэ- роговый орган 25, подключенный к выходу фильтра тока чере ) выпрямитель Пороговый орган может эеагировать как на абсолютное значен ie тока I,, так

и с целью увеличения чувствительности на приращение тока I,. Кроме того, при двухфазном к.з. на выходе фильтра 2 напряжения U7 обратной последовательности и фильтра 4 тока Iг обратной последовательности также появляются напряжения. Напряжения U, и U подаются на входы фазовых детекторов 15 и 1Ь, управляемых выходами формирователей 13 и 14 прямоугольных импульсов, к которым подводятся нчпрт жения, пропорциональные токам соответственно прямой и обратной последовательностей. Выходы фазовых детекторов 15 и 16 подаются на интегратор 17 с достаточно большой постоянной времени интегрирования, который запускается пороговым органом 25.

Таким образом, на выходе интегратора 17 и, следовательно, на выходе

блока 5 формирования разницы реактивных составляющих напряжения формируется постоянное напряжение, пропорциональное разнице реактивных составляющих напряжений прямой и обратной последовательностей, т.е.

U,sin(I,U,)-U7sin(I/Xb 1

Напряжение прямой последовательности U ., подается также на блок 6 формирования временного интервала, пропорционального отношению напряжений прямой последовательности аварийного и предаварийного режимов. После выпрямления выпрямителем 18 оно подается на интегратор 19 с большой постоянной времени интегрирования. На выходе этого интегратора благодаря его инерционности имеется напряжение, пропорциональное напряжению прямой последовательности режима, предшествующего к.з., т.е. и(0|. Это напряжение подается далее на интегратор 20 запускающийся пороговым органом 25. Начиная с момента к.з. (срабатывания порогового органа 25), на интеграторе появляется нарастающее со временем напряжение

(.e)t,(2)

где t - время;

Kj - коэффициент пропорциональности .

Это напряжение подводится к одному из входов компаратора 21. К второму его входу подводится выпрямленное напряжение U,. При достижении равенства напряжений и U, компаратор срабатывает. Таким образом, время от срабатывания порогового органа 25 до срабатывания компаратора 21 равно:

довательно, интегратор 24 накапливает заряд, пропорциональный току

I

1(-о|

течение времени t,,U,/К5U

эи к-о|

0

5

0

5

0

5

0

U 74 К41,(.0)

-К Т -

-KjJ-u-oi Uu.e,

и„ ,-к

)

(5)

блока 9 управ- запуекает одноот момента срабатывания порогового органа. Таким образом, на выходе интегратора 24-после срабатывания компаратора 21 присутствует напряжение, равное

..

(4)

где К.,К5 - коэффициенты пропорциональности.

Это напряжение на блоке 11 вычитания вычитается из выпрямленного напряжения, пропорционального току I,, подводимого к блоку 11 от выпрямителя 7. При этом на выходе блока 11 по истечении времени t,, присутствует напряжение, равное:

UK-ol

Пороговый орган 25 ления в момент к.з, вибратор 26, который по истечении времени его работы через схему И 27, к которой также подводится сигнал с выхода порогового органа 25, запускает интегратор 28 блока 10 деления. Время работы одновибратора 26 принято заведомо большим времени срабатывания ключа 23 с тем, чтобы к моменту возврата одновибратора в исходное состояние на интеграторе 17 и блоке 11 вычитания сформировались сигналы, пропорциональные

U1sin()-Uisin(U, A.Ii)

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при определении места повреждения на воздушных линиях в сетях напряжением 6-35 кВ. Цель изобретения - повышение точности определения места повреждения. В устройстве реализуется алгоритм определения расстояния до места двухфазного короткого замыкания (КЗ). На входы устройства, реализующего предлагаемый способ, через фильтры подаются напряжения, пропорциональные напряжениям U₁ и токами J₁ прямой последовательности и напряжениям U₂ и J₂ обратной последовательности аварийного режима. Значения тока J₁₍₁₎ м напряжения U₁₍₀₎ предаварийного режима на период проведения измерений в аварийном установившемся режиме запоминаются. Алгоритм расчета расстояния до места двухфазного КЗ проводится в устройстве в соответствии с формулой, приведенной в описании изобретения. Предлагаемый алгоритм позволяет определять и расстояние до трехфазного КЗ, для чего коэффициент К должен быть увеличен в 2/√3 раза. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

71

U 1

(3)

1(-0|

Напряжение с, выхода выпрямителя 7, пропорциональное току., подводится к интегратору 22 с большой постоянной времени интегрирования блока формирования напряжения, пропорционального части тока 1,( 0| . На выходе интегратора 22 в момент к.з. присутствует напряжение, пропорциональное току предаварийного режима, т.е. К411(0) . Далее это напряжение через ключ 23 подается на управляемый пороговым органом интегратор 24. Ключ 23 находится в открытом состоянии до момента срабатывания компаратора 21. Сле5

0

5

МгМн-о. u;f--На выходе интегратора 28 напряжение нарастает в следующей зависимости:

UZi (K5I

U,

)t. (6)

U-o)

Это напряжение подводится к рабочему входу компаратора 29. К его тормозному входу подводится напряжение с интегратора 17 блока 5. Компаратор получает возможность работать только после срабатывания одно- вибратора 26 и срабатывает на время, пока напряжение на интеграторе 28 нарастет до величины напряжения с выхода интегракфа 17. Интегратор 1/ имеет большую постоянную времени интегрирования. Постоянная времени интегрирования интегратора 28 минимум на порядок меньше постоянной времени интегратора 17 с тем, чтобы напряжение на интеграторе 17 практически не изменялось за время работы интегратора 28. При этом условии можно считать, что напряжение на интеграторе 17 после срабатывания одно вибратора 2b является постоянным. Компаратор 29 срабатывает после срабатывания одновибратора 26 на время, определяемое частным от деления напряжения с выхода интегратора 17 на

напряжение с выхода интегратора 28: i

А,Л

yi§il}lIliy)zL iЈinAi iUj) (у4)

- -$-70;™

При срабатывании порогового органа 25 блока 9 управления обнуляется блок 12 фиксации, выполненный в виде фиксатора длительности временного интервала. При срабатывании компаратора 29 блок фиксации отсчитывает число импульсов, пропорциональное времени от момента запуска компаратора до момента его возврата в исходное состояние. Этот временный интервал пропорционален реактивной составляющей сопротивчения линии и, следовательно расстоянию до места к.з.

Формула изобретения

передач, включающий выделение симметричных составляющих тока и напряжения

отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения места повреждения, выделяют раз- ницу реактивных составляющих напряжений прямой и обратной последовательностей аварийного режима по отношению к току соответственно прямой и обратной последовательностей аварийного режима и делят на разницу между током прямой последовательности аварийного режима и части тока прямой последовательности предаварийного режима, пропорциональной отношению напряжений прямой последовательности аварийного и предаварийного режимов.

5

0

5

0

5

0

5 0 5

фт-пп.р; коротки )М м лини на линии -зисктропередач , нкнюч шччег фиги тры напряжения и тока обратной нос ледова- то пьности, блок управления, бчок деления и блок фиксации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения мес га повреждения, п HOI о допочнительно вг дены фичьтр напряжения прямой последовательности, фильтр тока прямой последовательности, блок формирования ратницы реактивных составляющих на- пряхения, к информационным входам которого подключен, выходи фи тьтров напряжения прямой и обратной последовательностей и выходы фильтров тока прямой и обратной последоватечьниь,- теи, бчок Формирования временного интервала, пропорци шального (мноше- нию напряжения прямой последовательности аварийного и про/,аварийно о режимов, подключенный к выходу фпчьтра напряжения прямой последовательности, блок Формирования напряжения, пропорционально о части гока примет последовательности предапарииного , пропоргшоначьной отношению напряжения прямой последовательности аварийного и предаварийного режимов, ключенныи первым входом к пмпр М1пе- лю напряжения, пропорциоНс чъного току прямой поспечовательности, вторым входом - и выходу блока формирования временного интервача, пропорционального отношению напряжений прямой т о- с чедпвательности 1йного и предаварийного режимов, ipfTbUM ьходом - к первому выходу блока управления, а выходом - к блоку вычитания, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя, блок деления, подкпюченный одним входом к выходу блока вычитания, другим входом - к блоку рования разницы реактивных составпяю- щих напряжения и третьим входом к второму выходу блока упралления, выход блока деления подк тючен i блоку фиксации, к второму входу которого подключен также первый чыход блока управления, который параллепьно подключен также к управляющим входам блока формирования разницы реактивных составляющих напряжения и блока формирования временного интервала, пропорционального отношению напряжения прямой последовательности аварийного и предаварийного режимов, вход бтока управления подключен к выходу

13

выпрямителя напряжения, пропорционального току прямой последовательности.

10

15

20

25

433S414

Фие.1

f

CD

th ь

а,к,

tc -СЭifcA fci

A , Vi Л . V Јfr V

i - - -

к z

HOtp

Ал.у