Способ измерения расстояния до места короткого замыкания в воздушных распределительных сетях

 

Использование: в области электроизмерительной техники. Сущность изобретения: в способе измерения расстояния до места короткого замыкания в воздушных распределительных сетях измеряют ортогональные составляющие разностей фазных токов и линейных напряжений в аварийном и послеаварийном режимах. Проведением над ортогональными составляющими операций умножения, деления, сложения и вычитания определяют расстояние до места короткого замыкания. 2 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения расстояния до места короткого замыкания в высоковольтных воздушных сетях.

Известен способ измерения расстояния, на основе которого функционирует устройство [1] заключающийся в том, что измеряют реактивную составляющую линейного напряжения и поделив которую на действующее значение разности токов поврежденных фаз, определяют расстояние до места короткого замыкания, причем из этой разности токов предварительно вычитается действующее значение разности токов нормального режима. Недостатком способа является наличие погрешности, обусловленная тем, что при одном и том же расстоянии до места короткого замыкания расчетное его значение может меняться в зависимости от тока нагрузки доаварийного режима.

Цель изобретения повышение точности измерения расстояния до места короткого замыкания. Для этого измеряют разность мгновенных значений токов и линейного напряжения любых двух одноименных фаз послеаварийного режима и разность мгновенных значений токов и линейное напряжение поврежденных фаз. Формируют первую, вторую, третью, четвертую, пятую, шестую, седьмую, восьмую ортогональные составляющие разностей фазных токов и линейных напряжений послеаварийного и аварийного режимов соответственно; получают первую, вторую, третью, четвертую суммы как сумму произведений четвертой и шестой, первой и седьмой, с разностью произведений третьей и пятой, второй и восьмой ортогональных составляющих, сумму произведений пятой и восьмой, шестой и седьмой ортогональных составляющих; сумму произведений третьей и шестой, четвертой и пятой, с разностью произведений второй и восьмой, второй и седьмой ортогональных составляющих; разностью произведений шестой и восьмой, пятой и седьмой ортогональных составляющих соответственно, причем поделив разность произведений первой и второй, третьей и четвертой сумм на сумму квадратов первой и третьей сумм получают расстояние до места короткого замыкания.

Предложенный способ позволяет снизить погрешности измерения расстояния до места короткого замыкания при различных значениях токов фаз доаварийного режима.

В просмотренных источниках информации нами не обнаружены указанные отличительные признаки. Следовательно, предложенное решение отвечает критерию существенности отличий.

Структурная схема устройства, реализующего предложенный способ приведена на фиг.1 и 2, функционирующая следующим образом.

Сигналы фазных токов i_A, i_C и линейных напряжений U_AB, U_BC, U_CA поступают на блок выбора поврежденных фаз (БВПФ I) [1] который выбирает токи поврежденных фаз и одноименное линейное напряжение, подаваемые на его выходную цепь. Входные фазные токи i_A, i_C, поступают на вход сумматора (СУМ 2), а с выхода БВПФ I токи поврежденных фаз (например i_A и i_B поступают на вход СУМ 3, на выходах которых появляются сигналы токов i_C i_A и i_A - i_B соответственно. Разности токов i_C i_A, i_A - i_B и напряжения U_CA, U_АB поступают на входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) АЦП 4, АЦП 5, АЦП 6, АЦП 7 соответственно, на другие входы которых поступает тактовый сигнал с периодом, равным четверти периода промышленного тока с выхода тактового генератора (Г 8) и поэтому появляющиеся на выходах АЦП 4 АЦП 7 два соседних значения являются ортогональными составляющими синусоидального сигнала. Сигналы с выходов АЦП 4 АЦП 7 поступают на информационные входы регистров (RG) RG 9, RG 10; RG 11, RG 12; RG 13, RG 14; RG 15, RG 16 соответственно. Сигналы с выхода Г 8 также поступает на информационный вход демультиплексора (DM 18) и счетчика (Сч 18). Сигнал с выхода Сч 18 поступает на адресный вход DM 17 и в зависимости от номера сигнала на одном из выходов DM 17 появляется сигнал, который записывает или в регистрах RG 9, RG 13, RG 11, RG 15 или в регистрах RG 10, RG 14, RG 12, RG 16 сигналы, поступающие с выходов АЦП, причем сигнал на синхровходы RG 9, RG 13; RG 11, RG 15; RG 10, RG 14; RG 12, RG 16 поступает через элементы И 19, И 20, И 21, И 22 соответственно. На другие входы элементов И 19, И 21 поступает сигнал логического 0 или 1 от внешнего устройства (например, релейной защиты) через элемент задержки (ЭЗ 23) на возврат, а на входы элементов И 20, И 22 этот сигнал поступает через элемент задержки на срабатывание ЭЗ 24. В доаварийном режиме от внешнего устройства на входы элементов ЭЗ 23, ЭЗ 24 поступает сигнал логического 0 и запись сигналов в RG 9 RG 16 не происходит. В момент наступления аварийного режима на входы ЭЗ 23, ЭЗ 24 поступает сигнал логической 1 и начинается запись ортогональных составляющих токов и напряжений в вышеперечисленных регистрах. Элемент задержки на срабатывание ЭЗ 24 выдает сигнал логической 1 после завершения переходных процессов в электрической сети, где произошло короткое замыкание и запись сигналов аварийного режима происходит в RG 11, RG 12, RG 15, RG 16 и после подачи сигнала логического 0 на вход ЭЗ 24 запись сигналов аварийного режима в этих регистрах прекращается. На выходе элемента задержки на возврат ЭЗ 23 сигнал логической 1 еще сохраняется и продолжается запись сигналов в регистрах RG 9, RG 10, RG 13, RG 14 и в нормальном (послеаварийном) режиме, наступившем после отключения поврежденной линии, но с сохранением в работе остальных фидеров. Сигналы с выходов RG 9 RG 16 поступают на входы умножителей У25, У26, У27, У28; У29, У30, У31, У32; У28, У29; У33, У34; У35, У36; У27, У30, У33, У36; У26, У31, У35, У34 cоответственно. С выходов умножителей У25, У29, У33, У35; У28, У32, У34, У36 сигналы поступают на входы сумматоров СУМ 37, СУМ 38, с выходов которых сигналы поступают на входы умножителей У39, У40, У41, У42 соответственно. Сигналы с выходов умножителей У26, У30, У27, У31 поступают на входы сумматоров СУМ 43, СУМ 44, выходные сигналы которых поступают на вторые входы У40, У41 соответственно. Выходные сигналы У40, У41; У39, У42 поступают на входы СУМ 45, СУМ 46, сигналы с выходов которых поступают на входы устройства деления 47 соответственно. При поступлении сигнала логической 1 с выхода 2 DM17 и с выхода ЭЗ 23 на входы элемента И 48 на его выходе появляется сигнал логической 1, поступающий на вход ЭЗ 49. С выхода ЭЗ 49 с задержкой обусловленной переходными процессами в сумматорах, умножителях, устройстве деления сигнал логической 1 поступает на вход RG 50, в котором записывается значение напряжения, пропорциональное расстоянию до места короткого замыкания. Запись значений в RG 50 прекращается после установления на выходе ЭЗ 23 сигнала логического 0 и записанное значение в RG 50 сохраняется до наступления следующего аварийного режима.

Предлагаемый способ измерения расстояния до места короткого замыкания основан на следующем. Представляется вся нагрузка в виде схемы эквивалентной звезды, кроме поврежденного фидера, схема которого представляется в виде двух последовательно подключенных сопротивлений, пропорциональных длине линии до места короткого замыкания и по которым пpотекают фазные токи аварийного режима. Фазы поврежденного фидера в аварийном режиме подключены к соответствующим фазам схемы эквивалентной звезды неповрежденных фидеров. Составляя уравнения по законам Кирхгофа в аварийном и послеаварийном режимах, можно найти сопротивление до места короткого замыкания поврежденного фидера. При этом в послеаварийном режиме поврежденный фидер отключается и рассматривается только вышеуказанная эквивалентная схема звезды неповрежденных фидеров.

Решением системы уравнений можно получить комплексное сопротивление одной фазы (расстояние) до места короткого замыкания согласно формуле: откуда мнимая часть комплексного сопротивления поврежденной фазы, пропорциональная реактивной составляющей сопротивления до места короткого замыкания равна где линейные напряжения и одноименные разности токов фаз послеаварийного и аварийного режимов; B^н, A^н; B^a, A^a; C^н, D^н; C^a, D^a ортогональные составляющие линейных напряжений и одноименных разностей токов фаз послеаварийного и аварийного режимов; K B^нC^a A^нD^a B^aC^н + A^aD^н, F B^нD^a + A^нC^a B^aD^н - A^aC^н Переходное сопротивление дуги в месте короткого замыкания активное и нахождение расстояния до места короткого замыкания по реактивной составляющей сопротивления исключает погрешности, обусловленные сопротивлением дуги.

Для определения погрешностей при расчете известным способом (1) и по предлагаемому методу предварительно произведен расчет для линейных комплексных значений напряжений нормального режима
и при коротком замыкании между фазами А и В напряжение аварийного режима

Сопротивление фазы до места короткого замыкания равно 30 + j 12 Ом, а сопротивление эквивалентной звезды неповрежденных фидеров 121 + j 59 Ом. По приведенным значениям рассчитываются токи, которые подставляются в формулы, заложенные в известный способ (1) и предлагаемый. В данном случае для известного способа получается погрешность 24 а по предлагаемому способу она не превышает 1

Формула изобретения

Способ измерения расстояния до места короткого замыкания в воздушных распределительных сетях, включающий измерение одноименных мгновенных значений линейного напряжения и разности двух фазных токов в аварийном режиме электрической сети, отличающийся тем, что дополнительно измеряют одноименные мгновенные значения разности фазных токов и линейного напряжения послеаварийного режима и формируют первую, вторую, третью, четвертую, пятую, шестую, седьмую, восьмую ортогональные составляющие разностей фазных токов и линейного напряжения послеаварийного и аварийного режимов соответственно, получают первую, вторую, третью, четвертую суммы, как сумму произведений четвертой и шестой, первой и седьмой, с разностью произведений третьей и пятой, второй и восьмой ортогональных составляющих, сумму произведений пятой и восьмой, шестой и седьмой ортогональных составляющих, сумму произведений третьей и шестой, четвертой и пятой, с разностью произведений первой и восьмой, второй и седьмой ортогональных составляющих, разность произведений шестой и восьмой, пятой и седьмой ортогональных составляющих соответственно, причем, поделив разность произведений первой и второй, третьей и четвертой сумм на сумму квадратов первой и третьей сумм, получают расстояние до места короткого замыкания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2