Способ определения места и характера повреждения линии электропередачи с использованием ее моделей

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системной автоматике и релейной защите, и предназначено для реализации в устройствах определения места повреждения линий электропередач (ЛЭП) в устройствах контроля погасания дуги ЛЭП, измерительных органах дистанционной защиты. Цель изобретения - повышение точности за счет сокращения объема необходимой информации путем одностороннего по отношению к ЛЭП измерения входных величин. Способ определения места и характера повреждения линии электропередачи с использованием ее модулей заключается в том, что выделяют напряжения и токи основных гармоник, подают напряжения основных гармоник на входы моделей, измеряют токи на указанных входах и сравнивают их с выделенными токами, подключают к каждой модели комплексную нагрузку в месте предполагаемого повреждения, устанавливают активные и реактивные проводимости комплексных нагрузок такими, чтобы токи основных гармоник на входах моделей и выделенных токов линии совпали, определяют углы комплексных нагрузок, выбирают нагрузку с нулевым углом и принимают, что место и характер повреждения соответствуют месту подключения указанной нагрузки и величинам ее активных проводимостей. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системной автоматике и релейной защите, и предназначено для реализации в устройствах определения места повреждения линий электропередачи (ЛЭП), в устройствах контроля погасания дуги в ЛЭП, измерительных органах дистанционной защиты.

Известен способ контроля ЛЭП, основанный на так называемых фантомных схемах. Операции, составляющие указанный способ, совершаются над принужденными (синусоидальными) слагаемыми основной частоты напряжений и токов, которые измеряют в линии, затем напряжения подают на модели, измеряют синусоидальные слагаемые токов основной частоты моделей и сравнивают токи линии с токами моделей.

Этот способ ориентирован только на установление самого факта нарушения нормальной работы линии и не обладает способностью точно (а не по таким косвенным признакам, как входное сопротивление) определять место повреждения [1] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения места и характера повреждения линии электропередачи с использованием ее моделей, согласно которому выделяют напряжения и токи основных гармоник, подают напряжения основных гармоник на входы моделей, измеряют токи на указанных входах и сравнивают их с выделенными токами [2] Недостатком этого способа является низкая точность, связанная с необходимостью измерений токов и напряжений по обе стороны ЛЭП.

Цель изобретения повышение точности за счет сокращения объема необходимой информации путем одностороннего по отношению к ЛЭП измерения входных величин.

Это достигается тем, что при способе определения места и характера повреждения линии электропередачи с использованием ее моделей, согласно которому выделяют напряжения и токи основных гармоник, подают напряжения основных гармоник на входы моделей, измеряют токи на указанных входах и сравнивают их с выделенными токами, подключают к каждой модели комплексную нагрузку в месте предполагаемого повреждения, устанавливают активные и реактивные проводимости комплексных нагрузок такими, чтобы токи основных гармоник на входах моделей и выделенных токов линии совпали, определяют углы комплексных нагрузок, выбирают нагрузку с нулевым углом и принимают, что место и характер повреждения соответствуют месту подключения указанной нагрузки и величинам ее активных проводимостей.

В каждой модели линии отводится присущее только ей одно место, к которому подключают регулируемый источник фазных напряжений. Число моделей определяется необходимой точностью. При программной реализации с интерполированием результатов их количество оказывается не слишком большим: чтобы обеспечить точность до 1 км, достаточно взять модели из расчета одна модель на 10 км линии. Фактически при данном способе каждую модель выполняют из двух частей, образующих каскадное соединение и моделирующих разные части линии, а в совокупности всю линию. Различие моделей проявляется только в том, что у каждой свои части, не встречающиеся у других. Таким образом, каждая модель ориентирована на предсказание повреждения определенного участка линии. Повреждение устанавливают при помощи перечисленных операций над напряжениями и токами, измеренными на входе линии, токами на входах моделей и напряжениями источников, подключенных к местам соединения двух частей каждой модели.

Возможны ситуации, при которых определение места повреждения по минимуму напряжения источников не дает необходимой точности. Совокупность признаков способа дает полезный эффект в сочетании с такими операциями, которые в неблагоприятных ситуациях, когда минимум напряжения неглубок, гарантируют сколь угодно высокую точность, определяющуюся только точностью задания параметров ЛЭП, а именно освобождает способ от методической погрешности. Операции осуществляются только при том условии, что минимальное напряжение окажется выше принятой уставки. Тогда вместо источников фазных напряжений подключают к моделям фазные комплексные нагрузки, устанавливают их активные и реактивные проводимости такими, чтобы основные гармоники токов на входах моделей и линии совпали, измеряют эти проводимости, сравнивают активные проводимости с уставкой (по проводимости), выбирают модели, у которых активная проводимость превышает уставку, определяют углы нагрузок, выбирают нагрузку с минимальным углом, а в заключение принимают, что место повреждения линии соответствует месту подключения указанной нагрузки, и судят о характере повреждения линии по соотношению проводимостей фаз указанной нагрузки.

Существует также и иная модификация операций, осуществляемых тогда, когда минимальное напряжение оказывается выше уставки. В этой модификации ориентируются на использование аварийных слагаемых напряжений и токов (здесь под аварийной слагаемой понимается разность между напряжениями или токами в аварийном и предаварийном режимах): в предаварийном режиме фиксируют (запоминают) основные гармоники напряжений и токов на входе линий и напряжений в избранном месте каждой модели, определяют разности основных гармоник напряжений и токов на входе линии в аварийном и предаварийном режимах, подают разностное напряжение на входы моделей, устанавливают напряжения источников равными соответствующим напряжениям до аварийного режима, включают комплексные нагрузки последовательно с источниками и устанавливают проводимости фаз нагрузки такими, чтобы основные гармоники токов на входах моделей совпали с разностными токами.

Для тех случаев, когда ЛЭП можно считать симметричной, можно выполнять модели частей линии в виде четырехполюсников нулевой последовательности и безнулевых фазных составляющих.

На фиг. 1 изображены входы ЛЭП, на которых измеряются напряжения и токи; на фиг. 2 показаны модели первых частей ЛЭП; на фиг. 3 полные модели ЛЭП, состоящие каждая из двух частей за исключением одной модели, относящейся ко всей линии в целом; на фиг. 4 те же модели из двух частей сначала в предаварийном режиме, а затем в виде схем для аварийных слагаемых.

С входов 1 реальной линии снимаются фазные напряжения 2 и токи 3. Выделяют и используют их основные гармоники.

Схемы по фиг. 2 моделируют отрезки линии, начиная от ее входа, все разной длины. Модели 4, 5 изображены прямоугольниками, ширина которых соответствует длине моделируемых участков. На входы 6 всех моделей подается напряжение источника 7, равное [(о)] а измеряются их разные входные токи 8, 9, равные соответственно [(o)] [(o)] где p и q номера моделей. Каждая модель на фиг. 2 представляет собой 2n полюсник; для трехфазной одноцепной ЛЭП 8-полюсник, зажимы которого соответствуют точкам проводов линии и земли. К выходам моделей на фиг. 2 подключены регулируемые источники 10, 11. Их напряжения обозначим [(x_p)] [(x_q)] где x_p x_q координаты соответствующей точки линии.

На фиг. 3 показана модель 12 всей линии, к входным зажимам 13 которой приложено напряжение источника 14 предварительного режима [(о)] а к выходам 15 напряжение источника 16 [(i)] подобранное так, что ток 17 на входе модели 12 совпадает с током 3 на входе линии в предварительном режиме [(о)] Остальные модели на фиг. 3 составлены каждая из двух частей начальных частей линии модели 4, 5 и конечных частей линии модели 18, 19. Входы 6 всех этих моделей объединены и к ним приложено напряжение источника 7 аварийного режима [(o)] Выходы 15 вообще всех моделей объединены, т.е. источник 16 напряжений [(i)] является общим для всех них. К промежуточным точкам моделей на фиг. 3 подключены комплексные [Y(x)] нагрузки 20, 21, содержащие переменные резисторы 22, 23 и дроссели или конденсаторы 24, 25.

На фиг. 4, а все модели линии работают в том же предаварийном режиме, что и модель 12 на фиг. 3. Источники 14, 16 в этих схемах действуют одинаково. Но предназначение схем разное. Модель 12 нужна только для определения источников 16. В схемах на фиг. 4, а части моделей 4 и 18, 5 и 19 разделены с целью измерения промежуточных напряжений источников 26, 27 предаварийного режима [(х)] Схема на фиг. 4, б повторяет модель с выделенным местом х_p, но с зашунтированными входами 6 и выходами 15. В эту схему введены источники 28 напряжений [(х_p)] а последовательно с ними комплексные нагрузки 20 того же состава, что и на фиг. 3.

Предположим, что модели 4, 5 уравновешены, т.е. токи 8, 9 совпадают с основной гармоникой токов 3, но все фазные и линейные напряжения источников 10, 11 оказались выше уставки. Подобная ситуация может сложиться при достаточно больших переходных сопротивлениях в месте КЗ. Тогда выполняют дальнейшие операции на полных моделях 12 линии, а также моделях 4 и 18, 5 и 19. Модель 12 непосредственно с поиском повреждения не связана, а предназначена для запоминания предварительного напряжения на выходе ЛЭП.

Для определения координаты х места повреждения сравнивают активную и реактивную проводимости всех фаз комплексных нагрузок 20, 21. Прежде всего сравнивают активные проводимости G_п(х) с уставкой (порогом) G_уст, отсекающей величины 1/G_п(х) в сотни омов, которые могут получиться как результат погрешностей моделирования. Отбирают только те значения G_п(х), которые отвечают условию G_п(х) > G_уст. Затем сравнивают углы нагрузок Y_п(х) arctg B_п(х)/G_п(х), или, что проще, отношения B_п(х)/G_п(х), выбирая наименьшее из них, т.е. наиболее близкое к нулевому уровню. Предположим, что у p-й модели 4 и 18 обнаружится, что для ее уравновешивания необходимо подключить практически чисто активную нагрузку (резистор 22) указанной фазы, а в подключении нагрузок 20 к остальным фазам необходимость не возникает. Из такой ситуации делается вывод об однофазном КЗ в одной фазе на расстоянии х_p от начала линии. Если же обнаружится, что модель уравновешивают две активные нагрузки, подключенные к двум фазам, то это укажет на двухфазное КЗ. Является ли оно земляным или чисто междуфазным, укажет напряжение между земляными (нижними) выводами моделей 4, т.е. между нейтралями источников 7 и нагрузок 20. В последнем случае это напряжение должно быть пренебрежимо мало.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА И ХАРАКТЕРА ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЕЕ МОДЕЛЕЙ, согласно которому выделяют напряжения и токи основных гармоник, подают напряжения основных гармоник на входы моделей, измеряют токи на указанных входах и сравнивают их с выделенными токами, отличающийся тем, что подключают к каждой модели комплексную нагрузку в месте предполагаемого повреждения, устанавливают активные и реактивные проводимости комплексных нагрузок такими, чтобы токи основных гармоник на входах моделей и выделенных токов линии совпали, определяют углы комплексных нагрузок, выбирают нагрузку с нулевым углом и принимают, что место и характер повреждения соответствуют месту подключения указанной нагрузки и величинам ее активных проводимостей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4