Устройство для определения места короткого замыкания линии электропередачи Советский патент 1992 года по МПК G01R31/08 

Фаг,1

ы

Ю 1СЛ

о

XI

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, например, для построения автоматических систем защиты в электрических сетях.

Известны способы, системы и устройства для определения мест повреждения на воздушных линиях электропередачи, содержащие фиксирующие приборы, устанавливаемые на концевых подстанциях, телеканалы и вычислительно-моделирующее устройство для расчета места короткого замыкания. Определение места короткого замыкания в этом устройстве осуществляется путем обработки сигналов от обоих фиксирующих приборов.Точность определения места короткого замыкания определяется точностью фиксирующих приборов и составляет до 14% длины линии.

В устройстве АУПН, применяемом для визуального обнаружения места короткого замыкания, используются два трансформатора тока, включаемые в двух фазах линии, усилитель, измерительный элемент и индикатор, срабатывающий на перекос фаз в мо- мент перекрытия фаз. Устройство устанавливается на опорах линии, обнаружение места замыкания производится с помощью визуального осмотра участка линии.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, включающее в себя элек- тромагнитный генератор частоты типа ЗГЧ-4, фиксирующий прибор Поиск-1. Генератор питает отключенную линию током частотой 250 гЦ (5-я гармоника), а с помощью прибора Поиск-1, перемещаясь под линиями, определяет линию с коротким замыканием по максимальному показанию прибора.

Недостатком известных устройств определения места короткого замыкания является то, что с помощью фиксирующих устройств определение мест повреждения производится лишь приближенно и выявление конкретного места повреждения достигается визуальным осмотром участка линии, длина которого может составлять до 10-14% длины линии. При невозможности автоматического выявления причин отключения визуально производится верховой осмотр участков линии, примыкающих к предполагаемому месту повреждения, что увеличивает время отыскивания повреждений. Применение указателей опор с поврежденной изоляцией сокращает время нахождения места повреждения линии, во многих случаях исключая верховой осмотр линии, однако определение конкретного места повреждения в любом случае требует осмотра

участка линии с предполагаемым местом повреждения.

Цель изобретения - повышение достоверности определения места короткого замыкания линии электропередачи и сокращение времени его отыскания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения места короткого замыкания линии электропередачи, со0 держащее зажимы для подключения контролируемой линии и индикатор, введены N сигнализаторов короткого замыкания, где N - число точек контроля линии электропередачи, первые входы которых подключе5 ны через трансформаторы тока кзажимудля подключения к контролируемой линии, а вторые-через разделительные конденсаторы с зажимами для подключения к контролируемой линии, причем сигнализаторы

0 короткого замыкания установлены на опорах контролируемой линии, источник переменного напряжения, входом через трансформатор тока соединенный с зажимом для присоединения начала контролиру5 емой линии, а выходом через разделительный конденсатор с зажимом для подключения к контролируемой линии, первый вход индикатора подключен к концу контролируемой линии, а второй его вход

0 соединен с третьим выходом одного из сигнализаторов короткого замыкания.

Сигнализатор короткого замыкания содержит входной блок, состоящий из блока связи с линией электропередачи, кварцево5 го резонатора, избирательного усилителя, выходного усилителя, блока питания, коммутирующего блока, демодулятора блока сравнения, блока задержки, включающего в себя первый ждущий мультивибратор, триг0 гер, элемент И и второй ждущий мультивибратор, элемент И и детектор, при этом первый вход блока связи с линией электропередачи является входом сигнализатора короткого замыкания, а второй вход под5 ключей к первому выходу коммутирующего блока, выход блока связи соединен с вторым выходом входного блока, выходы выходного усилителя и блока питания соединены соответственно с первым входом и четвертым

0 выходом коммутирующего блока, второй выход которого соединен через демодулятор с первым входом блока сравнения, второй вход этого блока является вторым входом сигнализатора короткого замыка5 ния, выход блока сравнения подключен к первому входу блока задержки и к выходу 3 сигнализатора, второй вход блока задержки через последовательно соединенные детектор и элемент И подключен к первому входу сигнализатора, при этом инвертирующий

вход элемента И соединен с выходом блока задержки, соединенного также с управляющим входом коммутирующего блока и с третьим его выходом, причем второй и третий его входы соединены соответственно с шиной питания и входом избирательного усилителя, контур которого через трансфер матор соединен с входом выходного усилителя и через кварцевый резонатор соединен с пятым выходом коммутирующего блока, шестой выход которого соединен с вторым выходом входного блока.

Обоснованием достижения поставленной цели является тот факт, что в устройстве реализована пространственно-временная селекция места короткого замыкания в линии электропередачи. Признаком наличия короткого замыкания является различие форм модулированного рабочим током информационного сигнала, посылаемого в линию слева и справа от места короткого замыкания. Обнаружение указанного различия производится с помощью сигнализаторов короткого замыкания, установка которых на опорах линии определяет пространственную селекцию места короткого замыкания, а заданная временная задержка фиксации факта короткого замыкания в линии в каждом сигнализаторе определяет временную селекцию. Таким образом, в устройстве реализуется дистанционное автоматическое обнаружение места короткого. замыкания в линии электропередачи без ее отключения, при этом точность определения места короткого замыкания определяется межопорным расстоянием.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - структурные схемы индикатора и сигнализатора короткого замыкания; на фиг. 4 - графики, имитирующие работу сигнализатора короткого замыкания; на фиг. 5 - временные диаграммы блока задержки.

Устройство включает в себя зажимы 2 и

5для подключения к линии 1, индикатор 3, сигнализатор 4 короткого замыкания, трансформаторы 6 тока, источник 7 переменного напряжения. При этом индикатор 3 подключен к контролируемой линии зажимом 2 через разделительный конденсатор Ci. Сигнализатор 4 которого замыкания подключен к контролируемой линии 1 вторым входом через разделительный конденсатор С и зажим 2, а первым входом - через трансформатор 6 тока; источник переменного напряжения подключен к контролируемой линии 1 входом через трансформатор

6тока и зажим 5, а выходом - через разделительный конденсатор Сз и зажим 2. При этом третий выход сигнализатора 4, установленного в конце линии, соединен с вторым входом индикатора 3.

Индикатор 3 включает в себя генератор 8 тактовых импульсов, пороговый фильтр 9,

схему Hi 10, второй счетчик 11, детектор 12, схему И2 13, первый счетчик 14. При этом первый вход прибора соединен с первым входом схемы Hi 10, управляющий вход которой соединен с входом 2 прибора, а выход

0 ее подключен по входу полосового фильтра 9, выходом через детектор 12 соединенного с инвертирующим входом схемы Лг 13, первый вход которой подключен к выходу генератора 8, соединенного также с входом

5 второго счетчика 11, выход схемы 13 соединен с входом первого счетчика 14, причем второй вход прибора соединен также с запускающими входами генератора 8,первого 14 и второго 11 счетчиков.

0Сигнализатор 4 короткого замыкания

состоит из входного блока 15, включающего блок связи с линией 16 электропередачи, кварцевый резонатор 17, избирательный усилитель 18, выходной усилитель 19, блок

5 20 питания; коммутирующего блока 21, схемы И 22, демодулятора 23, детектора 24, блока 25 сравнения, блока 26 задержки, включающего первый ждущий мультивибратор (ЖМ) 27, триггер 28, схему И 29 и второй

0 ждущий мультивибратор 30. При этом первый вход сигнализатора соединен с первым входом входного блока 15, соединенного с первым входом блока 16 связи с линией, который вторым входом подключен к перво5 му выходу блока 15, а выходом - к второму его выходу, соединенному с шестым выходом коммутирующего блока 21, второй вход блока 15 соединен с кварцевым резонатором 17, подключенным к контуру избира0 тельного усилителя 18, и с пятым выходом блока 21, третий вход которого подключен через третий вход блока 15 к входу избирательного усилителя 18, соединенного трансформаторной связью с входом выходного

5 усилителя 19, выходом соединенным с третьим выходом блока 15 и первым входом блока 21, второй выход которого соединен через демодулятор 24 с первым входом блока 25 сравнения, соединенного вторым вхо0 дом с вторым входом сигнализатора, а выходом - с третьим выходом блока 4 и с входом блока 26 задержки, второй вход которого соединен через последовательно соединенные детектор 23 и схему 1/1 22 с

5 первым входом блока 4. Четвертый и третий выходы блока 21 соединены соответственно с четвертым выходом блока 15, соединенного с выходом блока 20 питания, и выходом блока 26 задержки, к которому подключен выход мультивибратора 30, вход которого

через схему И 29, триггер 28 и ждущий мультивибратор 27 подключен к первому входу блока 26 задержки, причем первый вход триггера 28 соединен с вторым входом блока 26, а управляющий вход схемы 1/1 28 соединен с выходом блока 27.

Устройство работает следующим образом.

Источник 7 переменного напряжения, подключенный к началу контролируемой линии 1, генерирует в линию модулированное в соответствии с протекающим в линии промышленным током высокочастотное напряжение. С этой целью на управляемый его вход подается напряжение выхода трансформатора 6 тока, что обеспечивает модуляцию (например, частотную) генерируемого напряжения. По трассе линии 1 на опорах (при необходимости на каждой) устанавливаются и подключаются к линии сигнализаторы 4 короткого замыкания. Сигнализатор 4 может работать в одном из двух режимов: Прием или Передача. В рабочем режиме линии 1 сигнализатор работает в режиме Прием, В этом случае напряжение источника 7, модулированное током линии, поступает на первый вход блока 16 связи с линией. Напряжение с выхода блока 16 через третью нормально-замкнутую контактную пару коммутирующего блока 21 (вход 3

-выход 6) поступает на вход избирательного усилителя 18. С выхода избирательного усилителя напряжение поступает на вход выходного усилителя 19 и с него через первую нормально-замкнутую контактную пару коммутирующего блока 21 (вход 1 - выход 2)

-на вход демодулятора 24. Демодулятор 24 осуществляет выделение огибающей модулированного напряжения. Выходное напряжение демодулятора 24, изменяющееся в соответствии с током в линии 1 и пропорциональное амплитуде тока в ней, поступает на первый вход блока 25 сравнения. На второй его вход поступает напряжение с выхода трансформатора 6 тока.

В результате напряжение на выходе блока 25 близко к нулю, что не вызывает срабатывания блока 21 и сигнализатор продолжает работать в режиме Прием.

Рассмотрим теперь состояние сигнализатора, если в линии произошло короткое замыкание. При этом рассмотрим наиболее часто встречающееся однофазное замыкание на землю. В этом случае сигнализаторы, расположенные слева и справа от места замыкания, находятся не в эквивалентных состояниях. Действительно, ток в линии справа от места замыкания равей току короткого замыкания (фиг. 46). Ток в линии слева от места замыкания равен апериодической составляющей тока короткого замыкания, быстро затухающей. Кроме того, в линии справа от места замыкания будет протекать высокочастотный модулированный ток, пропорциональный току короткого замыкания. Этот же ток с относительно небольшим затуханием будет распространяться слева от места замыкания. Величина (средняя) этого затухания составляет 0,7Неп

(0,4-1,0)неп.. Вносимое коротким замыканием в линии затухание высокочастотного напряжения может быть учтено двумя путями: либо применением частотной модуляции, либо заданием динамического диапазона

усилителя 18. Таким образом, напряжение на выходе блока 25 сравнения сигнализаторов, расположенных справа от места короткого замыкания, близко к нулю и сигнализаторы поэтому будут находиться в

состоянии Прием (фиг. 4г). Состояние сигнализаторов, расположенных слева от места короткого замыкания (фиг. 4в), будет определяться напряжением на выходе блока 25, которое существенно отлично от нуля

(напряжение на первом входе значительно выше напряжения на втором его входе). В результате запускаются ждущие мультивибраторы 27 блоков 26 сигнализаторов 4, рас- положенных левее места короткого

замыкания. При этом изменение состояния (срабатывание) ждущего мультивибратора сигнализатора, установленного на опоре с номером i, осуществляется с задержкой т, пропорциональной величине i. т, At, где

Л t- постоянная величина. Таким образом, среди сигнализаторов, расположенных левее места КЗ, первым сработает ждущий мультивибратор 27 сигнализатора, установленного на ближайшей (например, К-й) к месту КЗ опоре. Срабатывание через интервал т этого ждущего мультивибратора (К-го) вызовет изменение состояния триггера 28, состояние (1) на выходе схемы И 29 и срабатывание второго ждущего мультивибратора 30, что вызывает срабатывание, коммутирующего блока 21 К-го сигнализатора и переход в режим Передача. При этом вход избирательного усилителя 18 отключается от третьего входа блока 21 и подключается

к кварцевому резонатору 17 (вход 3 - выход 5 блока 21). При этом усилитель 18 переходит в режим генератора высокочастотного напряжения. Это напряженнее частотой fa, отличающейся от частоты генератора 7,усиливается усилителем 19 и через первую контактную группу (вход 1 - выход 1 блока 21) поступает на второй вход блока 15 и через него в линию передачи. В режиме Передача питание усилителя 18 второй контактной

парой блока 21 (вход 2 - выход 4) отключается от блока 20 питания и подключается (вход 2 - выход 3) к выходу блока 26 задержки, что приводит к генерации в линию радиоимпульса с частотой наполнения f2, изменению напряжения на выходе блока 25 и запиранию схемы И 22, предотвращающей поступление радиоимпульса на второй ход блока 26 задержки. По завершению действия положительного импульса мультивибратора 30 коммутирующий блок 21 возвращается в исходное состояние и в случае неустранённого КЗ происходит повторное срабатывание блока 26 задержки в последовательности, описанной выше (фиг. 5).

Рассмотрим функционирование сигнализаторов К+1, К+2 (и т.д. к концу линии передачи) после момента короткого замыкания за К-й опорой справа.

Короткое замыкание по аналогии с К-м сигнализатором вызывает в К+1 (и т.д.) формирование1 положительного потенциала на выходе блока 25 и запуск первого ждущего мультивибратора 27. Однако, до момента появления положительного импульса на выходе блока 27 на первом входе триггера 28 появляется опережающий импульс, поступающий от К-го сигнализатора по цепочке: линия передачи - вход 1 блока 4 - блок 22 (схема И - открыта) - блок 23 - вход 2 блока 26. В результате на выходе триггера 28 появляется напряжение положительной полярности, при этом напряжение на управляющем входе схемы 29 соответствует уровню лог. О. Поэтому запуск второго ждущего мультивибратора.30 не происходит. Появление положительного импульса на выходе блока 27 приводит к изменению полярности выходного напряжения триггера 28, перемене логических уровней на входах схемы И 29, сохранению уровня на выходе схемы 29, и как следствие сохранениюрежима Прием сигнализатора К+1, К+2 и т.д. (фиг. 5). Таким образом, в линии, левее места КЗ будет существовать последовательность радиоимпульсов, порождаемая сигнализатором, установленным на К-й опоре, причем импульсы разделены постоянным интервалом Гк К Дс. Следовательно, информативными признаками о месте короткого замыкания являются время появления первого импульса от момента КЗ в линии и интервал между импульсами. Фиксация информативных признаков осуществляется индикатором 3, устанавливаемым в конце линии.

При наличии короткого замыкания в месте установки К-й опоры, как было показано, ее сигнализатор излучает в линию радиоимпульсы, поступающие на первый вход индикатора 3. Одновременно на второй его вход поступает синхронизирующий импульс с выхода 3 сигнализатора, установленного в

конце линии (рядом с фиксирующим прибором). В результате происходит запуск генератора 8 тактовых импульсов 8, счетчиков 11 и 14, открытие схемы Hi 10 , что обеспечивает подсчет общего времени наличия короткого замыкания в линии счетчиком 11, поступление огибающей импульса на инвертирующий вход схемы И 13, закрытие ее и фиксацию, таким образом, счетчиком 14 интервала тк, пропорционального, как было показано, номеру опоры, правее которой находится место короткого замыкания. Следовательно, счетчик 14 фиксирует номер опоры (место КЗ), а счетчик 11 - время короткого замыкания. Использованный в индикаторе 3 алгоритм фиксации места КЗ обладает высокой помехоустойчивостью. Действительно, показания счетчика 14 возникают только при наличии синхронизирующего напряжения на выходах блоков 25 всех

приборовЗ, расположенные левее места КЗ. Кроме того, показания возобновляются строго через интервал r KAt , что может быть использовано в устройстве управления для проверки истинности короткого замыкания.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет автоматически определять место короткого замыкания с точностью до межопорного расстояния (50-150 м), в то

время как в известном устройстве определяют это место с точностью до нескольких километров, существенно сокращать время определения места короткого замыкания до времени аварийного отключения линии; устранять необходимость проведения поисковых работ по обнаружению места замыкания. При использовании предлагаемого устройства отпадает необходимость релейной защиты. Кроме того, повышается

надежность энергоснабжения, сокращается аварийный недоотпуск электроэнергии. Формула изобретения 1. Устройство для определения места короткого замыкания линии электропередачи, содержащее зажимы для подключения к контролируемой линии и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности определения места короткого замыкания и сокращения времени контроля, в него введены N сигнализаторов короткого замыкания, где N - число точек контроля на линии электропередачи, первые входы которых подключены через трансформаторы тока к зажиму для подключения к контролируемой линии, а вторые через разделительные конденсаторы к зажимам для подключения к контролируемой линии, причем сигнализаторы короткого замыкания установлены на опорах контроли- руемой линии, источник переменного напряжения, входом через трансформатор тока соединенный с зажимом для присоединения к началу контролируемой линии, а выходом через разделительный конденса- тор - с зажимом для подключения к контролируемой линии, первый вход индикатора подключен к концу контролируемой линии, а второй его вход соединен с третьим выходом одного из сигнализаторов короткого за- мыкания.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что сигнализатор короткого замыкания содержит входной блок, состоящий из блока связи с линией электропередачи, кварцевого резонатора, избирательного усилителя, выходного усилителя, блока питания, коммутирующего блока, демодулятора, блока сравнения, блока задержки, включающего в себя первый ждущий мультивибратор, элемент И и детектор, при этом первый вход блока связи с линией электропередачи является входом сигнализатора ко

роткого замыкания, а второй вход подключен к первому выходу коммутирующего блока, выход блока связи соединен с вторым выходом входного блока, выходы выходного усилителя и блока питания соединены соответственно с первым входом и четвертым выходом коммутирующего блока, второй выход которого соединен через демодулятор с первым входом блока сравнения, второй вход этого блока является вторым входом Сигнализатора короткого замыкания, выход блока сравнения подключен к первому входу блока задержки и к третьему выходу сигнализатора, второй вход блока задержки через последовательно соединенные детектор и элемент И подключен к первому входу сигнализатора, при этом инвертирующий вход элемента И соединен с выходом блока задержки, соединенного также с управляющим входом коммутирующего блока и с третьим его выходом, причем второй и третий его входы соединены соответственно с шиной питания и входом избирательного усилителя, контур которого через трансформатор соединен с входом выходного усилителя и через кварцевый резонатор с пятым выходом коммутирующего блока, шестой выход которого соединен с вторым выходом входного блока.

л-1

Опора левее места к, з.

Место к,з.

LA

Ялора яраЈее места к.з.

Использование: относится к измерительной технике, используется при определении мест короткого замыкания в линиях электропередач. Сущность изобретения: устройство содержит индикатор 3, сигнализа- торы короткого замыкания 4, трансформаторы 6 тока, разделительный конденсатор Ci, источник 7 управляемого напряжения, зажимы 2,5, генератор тактовых импульсов, пороговый фильтр, два элемента И , два счетчика и детектор. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.