Способ одностороннего определения расстояния до места однофазного короткого замыкания Советский патент 1992 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения расстояния до места короткого замыкания (КЗ) на воздушных линиях (ВЛ) электропередачи электросетей сверхвысокого напряжения (330 кВ и выше), работающих с заземленной нейтралью.

Известные способы одностороннего определения расстояния до места КЗ имеют недостаточную точность, вызванную влиянием переходного сопротивления в месте КЗ. Погрешность возникает из-за различия токов, протекающих на линиях с двухсторонним питанием в месте произведения измерений и в месте КЗ через переходное сопротивление.

Наиболее близкий к предлагаемому способ, согласно которому измеряют активную и реактивную составляющие фазного напряжения поврежденной фазы, формируют и измеряют активную и реактивную составляющиетоковнулевой

последовательности, а также фазного тока поврежденной фазы, компенсированного током нулевой последовательности и повернутого на угол характеристического сопротивления контролируемой линии электропередачи, после чего вычисляют пропорциональное расстоянию до места повреждения сопротивление петли КЗ, позволяет снизить погрешность измерений Повышение точности по сравнению с другими известными способами достигается за счет введения в расчет тока нулевой последовательности, фаза которого в месте произведения измерений близка к фазе тока, протекающего через переходное сопротивление в месте КЗ. При равенстве указанных фаз удаляется исключить влияние переходного сопротивления.

Однако на линиях сверхвысокого напряжения фаза тока нулевой последовательности в месте произведения замера начинает значительно отличаться от фазы тока в мес(Л

С

те КЗ. Причиной такого отличия является более медленное снижение активного удельного сопротивления нулевой последовательности ВЛ по сравнению с прямой (обратной) последовательностью при возрастании сечения провода. Объясняется подобный характер изменения сопротивлений наличием в активном удельном сопротивлении нулевой последовательности постоянной составляющей, учитывающей потери активной мощности в земле и не зависящей от сечения провода.

Целью изобретения является повышение точности определения расстояния до места однофазного КЗ. При этом ускоряется процесс отыскания места повреждения и восстановления работоспособности линий электропередачи.

Сущность изобретения заключается в измерении активной и реактивной составляющих фазного напряжения поврежденной фазы, в формировании и измерении активной и реактивной составляющих тока нулевой последовательности, а также фазного тока поврежденной фазы, компенсированного током нулевой последовательности и повернутого на угол характеристического сопротивления контролируемой линии электропередачи, в дополнительном формировании и измерении активной и реактивной составляющих тока обратной последовательности поврежденной фазы и в вычислении по специальному математическому выражению сопротивления петли КЗ, пропорционального расстоянию до места повреждения.

На чертеже представлена структурная схема устройства, позволяющего реализовать способ определения расстояния до места однофазного КЗ.

Устройство, реализующее способ определения расстояния до места однофазного КЗ, содержит первый измеритель 1 активных и реактивных составляющих фазных токов, второй измеритель 2 активных и реактивных составляющих фазных напряжений, первый формирователь 3 симметричных составляющих нулевой последовательности, второй формирователь 4 симметричных составляющих обратной последовательности, избиратель 5 поврежденной фазы, первый коммутатор 6 фазных токов, второй коммутатор 7 токов обратной последовательности, третий коммутатор 8 фазных напряжений, первый блок умножения 9, сумматор 10, второй блок умножения 11, арифметический блок 12.

Входными блоками устройства является первый измеритель 1, входы которого подключены к трансформаторам тока, и второй измеритель 2, входы которого подключены к трансформаторам напряжения, а выходы к информационным входам третьего коммутатора 8, выход которого подключен к

одному входу арифметического блока 12 (выходной блок), кроме того, выходы первого измерителя 1 подключены к входам первого формирователя 3, выход которого подключен к одному входу избирателя 5 не0 посредственно и через первый блок умножения 9 к одному входу сумматора 10, к другому входу которого подключен выход первого коммутатора 6, информационные входы которого подключены к выходам пер5 вого измерителя 1, и к входам второго формирователя 4, выходы которого подключены к информационным входам второго коммутатора 7 и к другим входам избирателя 5, выходы которого подключены к входам уп0 равления первого коммутатора 6, третьего коммутатора 8 и второго коммутатора 7, выход которого подключен к другому входу арифметического блока 12, третий вход которого подключен к выходу второго блока

5 умножения 11, вход которого подключен к выходу сумматора 10.

Устройство, реализующее способ определения расстояния до места однофазного КЗ, работает следующим образом.

0 Второй измеритель 1 измеряет ортогональные (активные и реактивные) составляющие входных напряжений UA, UB, Uc - соответственно UAX и UAY, UBX и UBY, Ucx и UCY, которые с выходов второго измерите5 ля 2 посыпают на информационные входы третьего коммутатора 8, Аналогично первый измеритель 1 измеряет ортогональные составляющие входных токов д, IB, ic соответственно АХ и IAY, IBX и IBY, сх и lev.

0 которые с выходов первого измерителя 1 поступают на входы первого формирователя 3, первого коммутатора 6 и второго фор- мирователя 4. На выходе первого формирователя 3, который представляет со5 бой фильтр симметричных составляющих нулевой последовательности, формируют ток нулевой последовательности ох и IOY, который поступает на один из входов избирателя 5 непосредственно и через первый

0 блок умножения 9, осуществляющий умножение тока нулевой последовательности на коэффициент компенсации К (коэффициент компенсации находится по известной зависимости исходя из характеристических со5 противлении линии нулевой и прямой последовательности K.-(Zo- ZiA)/ZiA, на один из входов сумматора 10. На выходе второго формирователя 4, представляющего собой трехфазный фильтр симметричных составляющих обратной последовательности,

формируют токи обратной последовательности I2AX И I2AY, I2BX И I2BY, I2CX И I2CY, которые поступают на информационные входы второго коммутатора 7 и другие входы избирателя 5. Избиратель 5 осуществля- ет выбор поврежденной фазы и по соответствующему выходному каналу воздействует на соответствующие входы управления коммутаторов 6, 7, 8. При этом напряжение поврежденной фазы, напри- мер UAX и UAY, поступает на один вход арифметического блока 12, на другой вход которого поступает ток обратной последовательности поврежденной фазы I2AX и I2AY с выхода второго коммутатора 7. С выхода первого коммутатора б ток поврежденной фазы IAX и IAY поступает на другой вход сумматора, где его суммируют с током нулевой последовательности, умноженным на коэффициент компенсации , и получают фазный ток поврежденной фазы, компенсированный током нулевой последовательности IAKX и IAKY. С выхода сумматора 10 этот ток поступает на вход второго блока умножения 11, осуществляющего поворот на угол характеристического сопротивления контролируемой линии электропередачи argZ,. На выходе второго блока умножения 11 получают фазный ток поврежденной фазы, компенсированный током нулевой по- следовательности KI0 и повернутый на угол характеристического сопротивления контролируемой линии передачи IAKX и IAKY , который поступает на третий вход арифметического блока 12, Арифметический блок выполняет элементарные математические операции. Результатом вычислений, проводимых в арифметическом блоке 12,является определение сопротивления петли КЗ, которое пропорционально расстоянию до места повреждения.

Рассмотрим получение математического выражения, реализуемого арифметическим блоком. Напряжение поврежденной фазы (для определенности фазы А) в месте произведения замера равно

yA ZK(lA + K.lo)+jKRn,(1)

где UA - фазное напряжение; ZK сопротивление линии электропередачи от места замера до места КЗ; К - коэффициент компенсации, причем К (Zo,- Zi) Jp - ток нулевой последовательности в месте произведения замера; к - ток, протекающий через место КЗ; Rn - переходное сопротивление в месте КЗ.

Ток IK можно выразить через его симметричные составляющие. При этом

JK 3J2AK 3K2J2A,(2)

rflej2AK -ток обратной последовательности, протекающий в месте КЗ через переходное

сопротивление Rn; K2 - коэффициент токо- распределения (отношение тока в месте повреждения к току в месте произведения замера) для схемы обратной последовательности при фиксированном месте повреждения.

Подстановка (2) в(1) после деления на I2A и выделения мнимых частей сторон равенства позволяет получить

t 3Jb 12Д

Lm

и

ЬА

1

m

+ &lo - J2A

I

i2A

о;

Так как токи обратной последовательности в месте повреждения и в месте произ- ведения замера обычно близки по углу, то argK2 irO и выражение (3) принимает вид

(4)

У А . 7 LA +К10

L т f-

г А-I 2 А

1

Сопротивление до места КЗ может быть представлено в виде модуля и угла ZK ZK argZ/l;rfle argZA- угол характеристического сопротивления линии. После подстановки этого значения в (4) последнее после преобразований принимает вид

ГУА1

I rTlA + KTTlargZ ,тр -- -

(5)

Токи и напряжения могут быть выражены через их ортогональные (активные и реактивные) составляющие

UA UAX + JUAY;

ОА + KI0)argZ/rjAKargZA JAK SAKX +- ЛАКУ ;

J2A I2AX+JI2AY.

Подстановка этих составляющих в числитель и знаменатель зависимости (5) позволяет получить

bUAYI2AX L/Axl2AY,,.

,- -,(6)

т2- « т2

12АХ Д2АУ

ЛЬ

т

Совместное решение уравнений (5), (6) и (7) позволяет получить зависимость, реализуемую арифметическим блоком 12:

7 - UAYl2AX- UAXJ2AY

к I A к Y I 2 А х - I A к х I 2 A Y Формула изобретения Способ одностороннего определения расстояния до места однофазного короткого замыкания, заключающийся в том, что измеряют активную и реактивную составляющие фазного напряжения поврежденной фазы, формируют и измеряют активную и реактивную составляющие тока нулевой последовательности, формируют и измеряют активную и реактивную составляющие фазного тока поврежденной фазы, компенсированного током нулевой последовательности и повернутого на угол характеристического сопротивления контролируемой линии электропередачи, а о расстоянии до места повреждения судят по сопротивлению петли короткого замыкания, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно формируют и измеряют активную и реактивную составляющие тока обратной последовательности поврежденной фазы, а сопротивление петли короткого замыкания определяют по выражению

z U AY I 2AX -Ц АХ I 2AY

I AKY I2AX -I AKX I 2AY где UAX и UAY - соответственно активная и реактивная составляющие фазного напряжения поврежденной фазы;

IAKX + JIAKY (U + К10) argZA - соответственно активная и реактивная составляющие фазного тока поврежденной фазы, компенсированного током нулевой последовательности.К1р и повернутого на угол характеристического сопротивления контролируемой линии электропередачи argZA;

I2AX и J2AY - соответственно активная и

реактивная составляющие тока обратной последовательности поврежденной фазы.

Изобретение относится к технике контроля состояния линий электропередач. Устройство, реализующее способ, содержит 2 измерителя активных и реактивных составляющих напряжений (1, 2, 3), 2 формирователя симметричных составляющих (3, 4), 1 избиратель поврежденной фазы (5), 2 коммутатора токов (6, 7), 1 коммутатор фазных напряжений (8), 2 блока умножения (9, 11), 1 сумматор (10), арифметический блок (12). 1-3-9-10, 1-4-7-12, 1 6-10-12, 4-5-7, 2-8-12. 1 ил.

-ЕЬ