Способ одностороннего определения расстояния до места однофазного короткого замыкания на линиях с ответвлениями и устройство для его реализации Советский патент 1992 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к способам определения места повреждения на контролируемой линии электропередачи по электрическим параметрам аварийного режима на одном из концов линии с ответвлениями.

Целью изобретения является повышение точности измерения расстояния до места повреждения при коротких замыканиях на линиях с ответвлениями.

Суть способа заключается в том, что производится формирование измеряемого сопротивления с использованием отношения электрических величин, пропорциональных токам нулевой последовательности с разными коэффициентами компенсации,- что позволяет учесть влияние ответвления на токораспределение при замере расстояния до места однофазного короткого замыкания на линиях с ответвлениями.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего способ одностороннего определения расстояния до места однофазного короткого замыкания на линиях с ответвлениями.

Устройство для реализации данного способа содержит формирователи 1-3 ортогональных составляющих фазного напряжения, тока нулевой последовательности и фазного тока соответственно, умножители 4-7, сумматоры 8-10, блоки 11-14 деления и выходной блок 15.

Выход формирователя 3 ортогональных составляющих фазного. тока подключен к первому входу первого сумматора 8, второй вход которого подключен к выходу первого умножителя 4, вход которого подключен к выходу формирователя 2 ортогональных составляющих тока нулевой поеледозательно- сти, выход первого сумматора 8 подключен к входу второго умножителя 5, а выход первого умножителя 4 подключен к первому входу первого 11 и второго 12 блоков деления, к второму входу первого блока 11 деления подключен выход формирователя 1 ортогональных составляющих фазного напряжения, а к второму входу второго блока 12 деления подключен выход второго умножителя 5, выход формирователя 2 ортогональных составляющих тока нулевой последовательности подключен к входу третьего умножителя 6 и к первому входу третьего блока 13 деления, а выход третьего умножителя 6 подключён к первому входу второго сумматора 9, к второму входу которого подключен выход формирователя 3 ортогональных составляющих фазного тока, выход второго сумматора 9 через четвертый умножитель 7 подключен к второму входу третьего блока 13 деления, выходы первого

11 и второго 12 блоков деления подключены соответственно к первому и второму входам третьего сумматора 10, выход которого подключен к первому входу четвертого блока 14 деления, к второму входу которого подключен выход третьего блока 13 деления, а выход четвертого блока 14 деления подключен к входу выходного блока 15.

Устройство работает следующим образом.

Формирователи 1-3 фазного напряжения поврежденной фазы, тока нулевой последовательности и фазного тока

соответственно производят преобразование синусоидальных входных величин в цифровую форму, т.е. каждую из входных величин представляют в виде двух величин, пропорциональных ортогональным составляющим входной синусоидальной величины.

Таким образом, на выходах формирователей 1-3 пояёляются величины, представляющие соответственно фазный ток, фазное

напряжение и ток нулевой последовательности в цифровой форме, т.е. каждой из трех величин соответствуют два выхода, на одном из которых появляется величина, пропорциональная активной составляющей, соответствующей входной синусоидальной величине, а на втором выходе величина, пропорциональная реактивной составляющей входной синусоидальной величине.

Первый 4 и второй 5 умножители, первый сумматор 8, первый 11 и второй 12 блоки деления выполняют функции, аналогичные одноименным блокам прототипа, поэтому на выходе первого блока 11

деления формируется напряжение

Ui l

m

.

о

где Im - мнимая (реактивная) часть тока; Оф - напряжение поврежденной фазы;

К - коэффициент компенсации; 1о - ток нулевой последовательности. На выходе второго блока 12 деления формируется напряжение

02 lm

( 1Ф-+ К JQ ) Z К f0

(2)

где ф-ток поврежденной фазы; . Z - комплексный коэффициент. Числитель выражения (2) представляет собой компенсированный ток с первым коэффициентом компенсации,- умноженный

(во втором умножителе 5) на комплексный коэффициент Z.

Третий умножитель 6 выполняет умножение ортогональных составляющих тока нулевой последовательности на комплексный коэффициент компенсации К1 (значение К1 определяется предложенным способом определения расстояния до места однофазного короткого замыкания). На выходе второго сумматора 9 формируется ком- пенсированный фазный ток с вторым коэффициентом компенсации К1. В четвертом умножителе 7 производится умножение компенсированного фазного тока с вторым коэффициентом компенсации ( + K1«to) на комплексный коэффициент Р (величина Р определяется предложенным способом определения расстояния до места однофазного короткого замыкания). Таким образом на выходе третьего делителя 13 формируется напряжение

из ,т Г(1Ф + К|-Ь)-.Р-.

LtoJ

(3)

На выходе третьего сумматора 10 формируется напряжение

Cl4 U1-U2,(4)

а на выходе четвертого делителя 14 напряжение

U4

Us

Оз

(5)

которое поступает на вход выходного блока 15.

Таким образом, на выходе четвертого делителя 14 формируется частное, пропорциональное выходной величине

где ф, lo - фазный ток и ток нулевой последовательности в месте произведения замера; ., .-,

ф, lo - фазный ток и ток нулевой после- 5 довательности на участке линии электропередачи после ответвления;

(о - ток нулевой последовательности в месте короткого замыкания;

Zi - сопротивление участка линии элек- 10 тропередач до ответвления;

Zx - сопротивление участка линии электропередачи от места ответвления до места короткого замыкания;

Rn - переходное сопротивление в месте 15 короткого замыкания.

Так как трансформатор ответвления имеет первичную обмотку, соединенную по, схеме звезда с нулем, то трансформатор ответвления выступает как генератор тока 20 нулевой последовательности, поэтому справедливо соотношение (по первому закону Кирхгофа)

io fo + lot,(8)

где от - ток подпитки-нулевой последова- 25 тельности трансформатором ответвления места короткого замыкания.

По II закону Кирхгофа

30

IO(ZC + ZI) OT-ZT,

(9)

где Zc. 2т - сопротивление нулевой последовательности питающей системы и трансформатора ответвления соответственно.

Из выражения (9) можно определить ве- личину lot

Изобретение относится к энергетике, а именно к способам определения места повреждения на линии электропередачи. Цель изобретения - повышение точности измерения расстояния до места повреждения при коротких замыканиях на линиях с ответвлениями. Достигается тем, что производится формирование измеряемого сопротивления, пропорционального расстоянию до места повреждения, с использованием отношения электрических величин, пропорциональных токам нулевой последовательности с разными коэффициентами компенсации, что позволяет учесть влияние ответвления на токораспределение в линии. Формирователи 1-3 производят преобразование синусоидальных входных величин в цифровую форму в виде ортогональных составляющих. На выходе блока 11 деления формируется реактивное сопротивление, пропорциональное отношению фазного напряжения к току нулевой последовательности. Введение в устройство умножителей б, 7, сумматоров 9,10, блока 14 деления позволяет получить на выходе умножителя 6 величину, пропорциональную произведению ортогональных составляющих тока нулевой последовательности на комплексный коэффициент компенсации, а на выходе блока 14 - величину, пропорциональную сопротивлению до места короткого замыкания в линии. Устройство также со- . держит умножители 4, 5, сумматор 8, блоки 4, 11, 12 деления, выходной блок 15. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. W Ё Ч ю Jk СП ел Јь

U

т

даm

Г(Ф + 1о)-21 L . ЬJ.

Ri-b).fri

loI

Оф +

(6)

В качестве блока 15 может быть использован аналоговый или цифровой блок инди- кации или регистрации, например миллиамперметр, шкала которого програду- ирована в километрах.

Численное значение 2к.з, вычисленное по выражению (6), равно абсолютному значению (модулю) сопротивления до места короткого замыкания. Фазное напряжение в месте произведения замера (если пренебречь токами подпитки места короткого замыкания прямой и обратной последовательности, протекающими по ответвлению) согласно второму закону Кирхгофа

0Ф - (ф + Klo) Zi + (li + Kli )-Zx + Rn-3-ioM, (7)

IOT

io(Zc+Zi)

ZT

(10)

40 родставляя (10) в (8), получают

(1+G),(11)

где а ,(12)

45 Подставляя (11) в (7), после несложных преобразований

- 6ф (ф + К |0) Zi + (1ф + К- i0) + (а 0 + KVlo)

Zx + Rnlo. (13)

50 Разделив левую и правую части выражения (13) на 1оИ взяв от обеих частей мнимую часть, получают

55

(14)

где К - К + а + К а

Р -комплексный коэффициент, определяющий поворот на заданный угол, пропорциональный аргументу.

В ыражеине (14) с учетом принятых обозначений полностью идентично выражению (6). При этом на выходе делителя 14 формируется величина, численно равная модулю сопротивления линии электропередачи до места однофазного короткого замыкания. Так как все электрические величины, входящие в выражение (14), представлены в комплексной форме (в ор-тогональных составляющих), то замена скалярных величин векторными, а также геометрическое сложение векторов вместо арифметического, возможность учета активного сопротивления элементов сети, а также учет влияния ответвления на токорэспределение (при рассчете коэффициента К ), приводит к повышению точности замера,

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение точности одностороннего определения расстояния до места однофазного короткого замыкания на землю при наличии на линии ответвлений.

Применение изобретения позволяет повысить точность одностороннего определения расстояния до места короткого замыкания и приведет к ускорению восстановления работоспособности линий электропередачи, что в конечном итоге повысит. надежность электроснабжения и даст существенный экономический эффект.

Фор мула из обретения 1. Способ одностороннего определения расстояния до места однофазного короткого замыкания на линиях с ответвлениями, согласно которому производят формирование компенсированного фазного тока с пер- вым коэффициентом компенсации, производят формирование первого реактивного сопротивления, пропорционального отношению фазного напряжения к току нулевой последовательности, производят формирование первого напряжения, пропорционального реактивной составляющей отношения компенсированного фазного тока с первым коэффициентом компенсации к току нулевой последовательности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения расстояния, дополнительно производят формирование компенсированного фазного тока с вторым коэффициентом компенсации, производят формирование второго напряжения, пропорционального разности сопротивления и

первого напряжения, производят формирование третьего напряжения, пропорционального реактивной составляющей отношения компенсированного фазного тока с вторым коэффициентом компенсации к току нулевой последовательности, а о расстоянии судят по отношению второго и третьего напряжений.

выход формирователя ортогональных составляющих фазного тока подключен к пер- вому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого умножителя, вход которого подключен к выходу

формирователя ортогональных составляющих тока нулевой последовательности, выход первого сумматора подключен к входу второго умножителя, а выход первого умножителя подключен к первому входу первого

и второго блоков деления, выход формирователя ортогональных составляющих фазного напряжения подключен к второму входу первого блока деления, выход второго умножителя подключен к второму входу второго блока деления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения расстояния, в него введены третий и четвертый умножители, второй и третий сумматоры, четвертый блок деления, выход

формирователя ортогональных составляющих тока нулевой последовательности подключен к входу третьего умножителя и к первому входу третьего блока деления, выход третьего умножителя подключён к первому входу второго сумматора, к второму входу которого подключен выход формирователя ортогональных составляющих фазного тока, выход второго сумматора через четвертый умножитель подключен к второму входу третьего блока деления, выходы первого и второго блоков деления подключены соответственно к первому и второму входам третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу четвертого бло5 ка деления, к второму входу которого подключен выход третьего блока деления, а выход четвертого блока деления подключен к входу выходного блока.