Способ определения расстояния до мест повреждения при коротких замыканиях

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Может быть использовано для определения расстояния до мест короткого замыкания, а также в измерительных органах дистанционных защит. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем определения расстояния до каждого из мест повреждения при двойных замыкаьиях нггземлю иповышение точности определения искомого расстояния за счет учета фазовых соотношений между токами в поврежденных фазах в режиме , предшествующем короткому замыканию и в режиме короткого замыкания. Для достижения данной цели измеряют активные составляющие тока в тех же режимах, активные и реактивные составляющие повержденных фаз. При этом направления векторов токов и напряжений ориентируют так, чтобы оси были в одном квадрате с вектором напряжения между фазами соответствующего режима. При коротких замыканиях не через землю, определение индуктивного сопротивления поврежденной фазы определяют как полусумму результатов вычисленных по приведенным формулам индуктивных сопротивлений в случае двойных замыканий на землю. Индуктивное сопротивление пропорционально расстоянию до места повреждения. Схема замещения электрической сети для случаев двойных замыканий на землю включает ЭДС Е плеча эквивалентного треугольника ЭДС трехфазной схемы, сопротивления Z с пле- -ча эквивалентного треугольника сопротивлений системы и трансформатора и Z н луча эквивалентной звезды нагрузок всех линий, сопротивления Zj и Zj цепи замыкания первой и второй фазы соответственно и ключи Kj и К Одновременное замкнутое состояние ключей соответствует режиму двойного ; замыкания на землю 3 ил. с .

СО1ОЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК цр 4 С 01 R 31/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ASTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1Ф (21) 3908041/24-21 (22) 10.06.85 (46) 30.01.87. Бюл. У 4 (71) Кировский политехнический институт (72) Ю.Л.Кошкин, В.А.Островский и В.В.Пшеницин (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 779934, кл. С 01 R 31/08, 1976.

Авторское свидетельство СССР

В 1019375, кл. С 01 R 31/08, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ

ДО МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИ КОРОТКИХ 3АМЫКАНИЯХ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Может быть использовано для определения расстоя- ния до мест короткого замыкания, а также в измерительных органах дистанционных защит. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем определения расстояния до каждого из мест повреждения при двойных замыканиях наэемлю иповышение точности определения искомого расстояния за .счет учета фазовых соотношений между токами в поврежденных фазах в режиме, предшествующем короткому замыка нию и в режиме короткого замыкания.,.SU„„1287057 А1

Для достижения данной цели измеряют активные составляющие тока в тех же режимах, активные и реактивные составляющие повержденных фаз. При этом направления векторов токов и напряжений ориентируют так, чтобы оси были в одном квадрате с векто- ром напряжения между фазами соответ- . ствующего режима. При коротких saмыканиях не через землю, определение индуктивного сопротивления поврежденной фазы определяют как полусумму результатов вычисленных по приведенным формулам индуктивных сопротивлений в случае двойных замыканий на землю. Индуктивное сопротивление про- 3 порционально расстоянию до места повреждения. Схема замещения электрической сети для случаен двойных замыканий на землю включает ЭДС Е плеча эквивалентного треугольника ЭДС трех- Я фазной схемы, сопротивления Е с плеча эквивалентного треугольника сопротивлений системы и трансформатора и Z н луча эквивалентной звезды нагрузок всех линий, сопротивления Z и Z цепи замыкания первой и второй фазы соответственно и ключи К н К>

Одновременное замкнутое состояние ключей соответствует режиму двойного:, замыкания на землю 3 ил.

1287057

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано для определения расстояния до мест короткого замыкания, а также в измерительных органах дистан- 5 ционных защит.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем определения расстояния до каждого иэ мест повреждения при двойных замы- 10 каних на землю и повьппение точности .определения искомого расстояния за счет учета фазовых соотношений между напряжениями и токами в поврежденных фазах в режиме, предшествующем короткому замыканию и в режиме короткого замыкания.

На фиг. 1 изображена схема замещения электрической сети для случаев двойных замыканий на землю на фиг.

2 — векторная диаграмма напряжений и токов при двойном замыкании на землю на фиг. 3 — схема замещения электрической сети для случая короткого замыкания с одновременным одно25 фазным замыканием на землю.

На фиг. 1 введены следующие обозначения: Š— ЭДС плеча эквивалентного треугольника ЭДС исходной трех- ЗО фазной схемы Z - сопротивление плеча эквивалентного треугольника сопротивлений системы и трансформатора,"

Z — сопротивление луча эквивалентной звезды нагрузок всех линий; 1, 2 — условные номера поврежденных фаз;

Z, Z2 — сопротивления цепи замыкания первой и второй фазы, включающие активное и индуктивное сопротивления провода соответствующей фазы, 4р переходное активное сопротивление между проводом этой фазы и землей;

К1, К2 — ключи, одновременное замкнутое состояние которых соответствует режиму двойного замыкания на землю. 45

Емкостные проводимости фаэ относительно земли на фиг. 1 не показаны, так как они существенно меньше про водимостей остальных элементов схемы и не влияют на распределение токов и напряжений в рассматриваемом режиме.

Для проведения измерений на вводе подстанции имеются измерительные трансформаторы тока и напряжения, позволяющие контролировать величины:

I — геометрическую разность токов ввода анализируемой пары фаз исходной трехфаэной схемы, равную току цепи до точки разветвления в схеме замещения на фиг. 1", U — - напряжение на вводе между анализируемой парой фаэ исходной схемы, равное напряжению на входе двухполюсника нагрузки и параллельной с ней цепи короткого замыкания в схеме замещения по фиг. !, Й, U — напряжения первой и второй фаз относительно земли.

В режиме, предшествующем короткому замыканию, т.е. в случае, когда либо

К1 и К2, либо один из этих контактов разомкнуты, контролю подлежат величины 0 и I. При этом контроль осуществляю таким образом, чтобы сразу после выявления режима короткого замыкания можно было запомнить величины: U значение U в режиме, предшествующем короткому замыканию; I»

I „ — реактивную и активную составляющие тока I в этом режиме.

Выявления режима короткого замыкания производят с помощью пороговых органов релейной защиты и автоматики, запоминание необходимых величин— с помощью аналоговых или цифровых запоминающих устройств, выделение активной и реактивной составляющих тока -с помощьюфазовых детекторов.Для того, чтобы обеспечить запас времени на запоминание величин U» I>Ä, I« и отстроиться от наложения на эти величины параметров режима короткого замыкания (Uq, I«, I« ), поступающих с тех же источников информации . (трансформаторов, напряжения, тока и фазовых детекторов), контроль параметров предаварийного режима производят с некоторой задержкой, что может быть достигнуто, например, применением интегрирующих цепей.

В режиме короткого замыкания измеряют следующие величины: U — значение U в режиме короткого замыкания;

Е „, Iaa — реактивную и активную составляющие тока I в этом режиме; . U>,,0о, — реактивную и активную составляющую напряжения U первой из поврежденных фаз относительно междуфазного напряжения 0, U 2, U - то же для напряжения U2 второй поврежденной фазы.

Причем, если направление вектора

U„ oïðåäåëÿòü геометрической разностью Б = Б — У2, то для, того, чтобы обеспечить попадание в один квадрант (в соответствии с условием реализации способа) векторов 13» и U необ1287057

f5 при этом

20 п»З

)г (1) Z1 U

2 3пкд

aего реактивную составляющую, включающую только индуктивное сопротивление провода фазы

При коротких замыканиях не через землю последовательность операций в способе та же, что и при двойных замыканиях на землю, однако получаемые значения Хг и Х> являются лишь промежуточными результатами, а их полусумма дает индуктивное сопротив-ление фазы (в данном случае любой из повержденных) Х в цепи короткого замыкания. Проводим некоторые матема. тические преобразования при расчете

Х: составляющая

Ь

U относительно

50 векторами U u

Х +Хг

Х

2 ходимо направление вектора U сменить на противоположное. Если же выбрать

Ф 4 Ф

Цк = Ц2 - U1 у то при осуществлении способа следует сменить направление вектора Ц . С учетом проведения смены направления одного из векторов

U или U будем считать в дальнейшем что справедлива геометрическая суммацк =ц, 0 .

Ток н через сопротивление нагруз-10 ки Z в,режиме короткого замыкания можно выразить цк, I н = и цп а его реактивную Тп и активную

I ll составляющие цк . «цк рп ТРп U Ian= Ian U п п

Это позволяет расчитать значение тока в петле короткого замыкания

?gKa через его реактивную I pn» и активную апк3 составляющие, вычисляемые с использованием значений I „

Iyn Ia» э Трк: pn ц и ак. п ц„

Сопротивление участка. цепи между. точкой 1 и землей, т.е-. сопротивление цепи замыкания первой фазы по фиг. 1, можно определить по формуле

Хг Upn»3l Ut sin pn»31 i 45 (2)

Тпкь Тпкз где U „„ — реактивная напряжения

Т пк у — гол между

ТnlQ непосредственно ц,„, „ измерить невозможно, так как Тпкь- можно опреде- 55 лить лишь расчетным путем. Однако, если выделить реактивную Up, и активную U составляющие напряжения U относительно той же базы, что и для выделения активных и реактивных составляющих тока (т.з. относительно вектора междуфазного напряжения U„), то значение U „„, можно вычислить аналитически.

Пусть например, вектор Uf опережает вектор U íà уголь,, а вектор

I отстает от вектора Ц» на угол > пкк (фиг. 2). С учетом условия выбора знака углов Р (0; Up,= U sin»p (0;

° I nn»> . I амч Р = arcsin — — — = агссов — --"- >О пкз Тпкз пкь

) Цpn<>l Ul S n(Pn»a Vi )

"q>n„ cosP» 4 пкзsin ) ТРпкз °,„ I anks

= U совф — — — — — U sinп ——

»

Тпкз пкЗ

Uaa I Ржз — ц рi. I апкь

Тпкз

С учетом (1), (2) и (3) получаем выражение для значения индуктивного сопротивления Х цепи до точки замыкания первой фазы

U U» (Ip» Рп ц ) Up (Iак Т ап

Х 4

2 (I -Т )г+(Т «т )г цк цк рк рп ц ак an ц, п

При выводе расчетного выражения для Х ход рассуждений не меняется, однако можно заметить, что всегда црг црг к поэтому одно из значений

Up„. можно не измерять, а принимать равным взятому с обратным знаком второму.

Ц, =-Ц,; U„=U, +U,, т.е. Цк U +Uaz °

1287057 (vaI.

Х, = 2 (Тр» где

», 1

I U U»

1 p pn U pc a» gnV г U„(E -I —" ) -V (Z -Т - д-) и т

2 . Пк (Т . Т )2+(Т т )г

«U»

Р» pn U ак ап «V„ (v„+van ) (х -1 -- )

U рк рп

3 Ф (I Три ) 2+(Т -Х -- ) г

Пк U рк П и ак an и

U»

V» (In» Zp„V

Пи .(4) (I -I — » ) г+(Т

U U р» ри V ак an

Пусть в цепи короткого замыкания не через землю имеется также однофазное замыкание на землю, что соответ15 ствует схеме замещения по фаг. 3, где г

Z, — сопротивление фазы. линии до точки однофаэного замыкания на землю в исходной трехфазной схеме, Z — сопротивление участка этой фазы между точками однофазного замыкания на землю и короткого замыкания не через

;землю.

Структурное различие схем замещения по фиг. 1 и фиг. 3 настолько не25 существенно, что данный режим невозможно в общем случае отличить по из- меряемым параметрам от режима двойного замыкания на землю. Поэтому при реализации способа предлагается в таких случаях вычислять значения индуктивных сопротивлений с учетом обоих предположений, т.е, Х,, Хг и

Хг + Х.

Х

2 35

В рассматриваемом случае значение

Х дает информацию о месте однофаэного замыкания на землю, Х вЂ” о месте короткого замыкания, Х вЂ” о месте возможного (дального) замыкания вто- 40 рой фазы на землю. В рассматриваемом примере Х ) Х Х 1 и значение Х персоналом использовано не будет, так как поиск повреждений начинается от подстанции, поэтому .ближние пов- 45 реждения будут найдены и устранены раньше. Попутное измерение расстояния до места однофазного замыкания на землю в данном случае можно так:.же рассматривать как новую функцио- 50 нальную возможность предлагаемого способа.

Таким образом, данный способ, позволяет определить расстояния по индуктивному сопротивлению цепи повреждения, что обеспечивает отстройку от активных сопротивлений проводов (т.е. практически независимость ре6 эультата от их сечения), активного переходного сопротивления в месте повреждения и возможность получения результата непосредственно в единицах длины, отстроиться от шунтирующего влияния токов нагрузок; а также централизовать измерения„ т.е, дает возможность получить результат при коротких замыканиях на любой из контролируемых линий при измерении параметров на вводе подстанции, что приводит к ускорению поиска (и устранения) повреждений и к снижению народохозяйственного ущерба, формула изобретения

Способ определения расстояния до мест повреждения при коротких замыканиях, заключающийся в том, что измеряют напряжения и реактивную составляющую тока в момент короткого замыкания и в момент, предшествующий этому замыканию, между поврежденными фазами, определяют по измеренным параметрам индуктивное сопротивление цепи замыкания, пропорциональное рас- стоянию до места повреждения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, измеряют активные составляющие тока в тех же условиях, активные и реактивные составляющие напряжения поврежденных фаз, при этом при нахождении актив ных и реактивных составляющих направления векторов токов и напряжений ориентируют так, чтобы они были в одном квадранте с вектором напряжения между фазами соответствующего режима, а за положительное направление углов принимается направление в сторону отставания от указанного вектора Напряжения, и при коротких замыканиях не через землю определение индуктивного сопротивления повреждений фазы находят как полусумму результатов вычислений индуктивных сопротивлений, которые получают для поврежденной пары фаз по формуле для случаев двойных замыканий на землю

l4 U (z -z — -) -v (z -z — ) рк рп П р а» аи U

Il и †-)г (z z ь)г

U» U

U сщ ии U номер поврежденной фазы индуктивное сопротивление цепи замыкания i-й фазы; — ток, реактивная и активная составляющие тока при предшествующем режиме, замыкания; 5 рк

=5 sinv ê— реактивная, составляющая тока в режиме короткого замыкания

I — ток короткого замыкания, 10

Фк — угол между векторами U-и I„ ак

Ua(*Ц цр,=

=ц sin р -активная, полная и реактивная составляющие напряжения, i-й фазы в режиме короткого замыкания.

Дою

ВНИИПИ Заказ 7710/47 Тираж 730 Подписное

Произв.-полигр. ар-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1287057 8 ц, ц — напряжение между поврежден =Хансов — активная составляющая тока ц, 1, — напряж .Я ными фазами в режиме корот- при коротком замыкании кого замыкания и режима предшествующего короткого