Способ функционального контроля радиальных трехфазных линий электропередач с односторонним питанием

Предложенное изобретение относится к области электромеханики, а именно к применению средств обработки информации в электромеханике, и может быть использовано для функционального контроля радиальных трехфазных линий электропередач с односторонним питанием. Задачей изобретения является создание простого и быстрого способа функционального контроля радиальных трехфазных линий электропередач с односторонним питанием в рабочем режиме. Предложенный способ заключается в том, что производят аналогово-цифровое преобразование сигналов токов и напряжений трех фаз в начале линии с выходов трансформаторов тока и напряжения, далее оцифрованные сигналы фазных токов и напряжений, запоминают их с помощью кольцевой памяти, одновременно с этим по данным сигналам и сигналам, измеренным в предыдущий момент времени, в течение одного периода входного напряжения/тока определяют значения фаз фазового сдвига между током и напряжением для каждой из фаз. Далее производят сравнение рассчитанных значений сдвига фаз между токами и напряжениями со значениями фазовых сдвигов для нормального режима, полученных для предыдущих моментов времени и записанных в блок памяти фаз нормального режима на основе результатов работы блока сравнения. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области электромеханики, а именно к применению средств обработки информации в электромеханике, и может быть использовано для функционального контроля радиальных трехфазных линий электропередач с односторонним питанием.

В настоящее время аналоги неизвестны.

Задачей изобретения является создание простого и быстрого способа функционального контроля радиальных трехфазных линий электропередач с односторонним питанием в рабочем режиме.

Это достигается тем, что производят аналогово-цифровое преобразование сигналов токов и напряжений трех фаз с выходов трансформаторов тока и напряжения. Далее оцифрованные сигналы токов i_A(t_j), i_B(t_j), t_C(t_j) и напряжений u_A(t_j), u_B(t_j), u_C(t_j), измеренные в момент времени t_j, запоминают с помощью кольцевой памяти. Одновременно с этим по данным сигналам и сигналам i_A(t_j-1), i_B(t_j-1), i_C(t_j-1) и u_A(t_j-1), u_B(t_j-1), u_C (t_j-1), измеренным в момент времени t_j-1, в течение одного периода входного напряжения/тока определяют значения фазового сдвига между токами и напряжениями для каждой из фаз

где

- значение фазового сдвига между током и напряжением одной из фаз;

- реактивная мощность одной из фаз;

- активная мощность одной из фаз;

i_ф(t_j+1) и u_ф(t_j+1) - мгновенные значения токов и напряжений одной из фаз, измеренные в момент времени t_j+1;

i_ф(t_j) и u_ф(t_j) - мгновенные значения токов и напряжений одной из фаз, измеренные в момент времени t_j;

N - число дискретных значений выходного сигнала напряжения/тока аналого-цифрового преобразователя на периоде входного сигнала.

Далее сравнивают рассчитанные значения сдвига фаз между токами и напряжениями со значениями фазовых сдвигов , , для нормального режима, полученных для предыдущих моментов времени и записанных в блок памяти фаз нормального режима на основе результатов работы блока сравнения.

Сравнение фазовых сдвигов производят по выражению

где Δφ_Ф - значения разности фазовых сдвигов между токами и напряжениями нормального и текущего режимов для одной из фаз

- значение фазового сдвига между током и напряжением нормального режима одной из фаз;

При этом условием нормального режима работы контролируемого объекта является выполнение неравенства

где - допустимые разности фаз между токами и напряжениями, определенные на основе статистических данных для контролируемого объекта по следующим выражениям

где , , - значения фазовых сдвигов между токами и напряжениями аварийного режима,

и введенные в блок памяти на стадии настройки системы функционального контроля.

Известно, что определение активной и реактивной мощностей по массивам мгновенных значений токов и напряжений осуществляется по следующим выражениям [Функциональный контроль и диагностика электротехнических и электромеханических систем и устройств по цифровым отчетам мгновенных значений тока и напряжения /B.C.Аврамчук, Н.Л.Бацева, Е.И.Гольдштейн, И.Н.Исайченко, Д.В.Ли, А.О.Сулайманов, И.В.Цапко //Под ред. Е.И.Гольдштейна. Томск: Печатная мануфактура, 2003]:

Рассматривая и как вектора, можно найти угол между ними

Если с определенной периодичностью вести сопоставление текущих значений разностей фазовых сдвигов между токами и напряжениями со значениями допустимых разностей для трех фаз, то при их резком различии может быть сделан вывод о неисправности линии электропередачи.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить функциональный контроль работающих линий электропередач по массивам мгновенных значений токов и напряжений трех фаз путем их измерения в течение одного периода тока/напряжения, сдвигов между токами и напряжениями, вычисления фазовых сдвигов между ними и их сравнения.

На чертеже приведена функциональная блок-схема способа.

В таблице 1 приведены числовые результаты расчета фазовых сдвигов для работы линии 220 кВ.

Предложенный способ диагностики может быть реализован, например, с помощью функциональной блок-схемы, которая представлена на чертеже. Она содержит: аналого-цифровой преобразователь 1 (АЦП); блок кольцевой памяти 2 (КП); программатор вычисления диагностических коэффициентов 3 (П); блок сравнения 4 (БС); блок ввода допустимых разностей фазовых сдвигов 5 (Блок ввода); блок памяти 6 (БП), блок памяти текущих значений фазовых сдвигов 7 (БПФ), блок коммутаций 8 (БК), блок памяти номинальных значений фазовых сдвигов 9 (БПФН).

К входам аналого-цифрового преобразователя 1 (АЦП) присоединены трансформаторы тока и напряжения (не показаны). Выходы преобразователя 1 (АЦП) связаны с входами блока кольцевой памяти 2 (КП) и с входами программатора 3 (П). Выходы блока кольцевой памяти 2 (КП) соединены с входами программатора 3 (П). Выходы программатора 3 (П) связаны с входами блока сравнения 4 (БС), с входами блока памяти текущих значений фазовых сдвигов 7 (БПФ) и с входами сегментных индикаторов (не показаны). Также входы блока сравнения 4 (БС) соединены с выходами блока памяти 6 (БП) и с выходами блока памяти номинальных значений фазовых сдвигов 9 (БПФН). Выходы блока сравнения 4 (БС) связаны с входами сегментных индикаторов (не показаны) и с входами блока коммутаций 8 (БК). Выходы блока ввода допустимых разностей фазовых сдвигов 5 (Блок ввода) связаны с входами блока памяти 6 (БП). Также входы блока коммутаций 8 (БК) соединены с выходами блока памяти текущих значений фазовых сдвигов 7 (БПФ). Выходы блока коммутаций 8 (БК) связаны с входами блока памяти номинальных значений фазовых сдвигов 9 (БПФН).

В качестве аналогово-цифрового преобразователя 1 (АЦП) может быть выбран, например, аналого-цифровой преобразователь серии МАХ186 (12 бит). Блок кольцевой памяти 2 (КП), блок памяти 6 (БП), блок памяти текущих значений фазовых сдвигов 7 (БПФ), блок памяти номинальных значений фазовых сдвигов 9 (БПФН) могут быть реализованы на внешней перезаписываемой памяти данных Amtel AT25L256 (32 кБайта). Программатор 3 (П) может быть выполнен на микроконтроллере серии 51 производителя Atmel АТ89S53. Блок коммутаций 8 (БК) может быть выполнен на базе микросхемы К155ТВ1.

Рассмотрим несколько режимов работы линии электропередачи 220 кВ.

При поступлении аналоговых сигналов токов и напряжений трех фаз с трансформаторов тока и напряжения (не показаны) на вход аналого-цифрового преобразователя 1 (АЦП) происходит их преобразование в цифровой сигнал при числе дискретных значений выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя на периоде входного сигнала N=24. Оцифрованные сигналы токов i_A(t_j), i_B(t_j), i_C(t_j) и напряжений u_A(t_j), u_B(t_j), u_C(t_j), измеренные в момент времени t_j, поступают одновременно на вход блока кольцевой памяти 2 (КП) и на вход программатора 3 (П). В блоке кольцевой памяти 2 (КП) запоминают текущие значения токов i_A(t_j), i_B(t_j), i_C(t_j) и напряжений u_A(t_j), u_B(t_j), u_C(t_j) для использования их в последующий момент времени. С выходов блока кольцевой памяти 2 (КП) сигналы i_A(t_j-1), i_B(t_j-1), i_C(t_j-1) и u_A(t_j-1), u_B(t_j-1), u_C(t_j-1), соответствующие моменту времени t_j-1, поступают на вход программатора 3 (П). Одновременно с этим на соответствующие входы программатора 3 (П) поступают сигналы токов с выходов аналогово-цифрового преобразователя 1 (АЦП). В программаторе 3 (П) по следующим выражениям производят расчет фазовых сдвигов:

где N - число дискретных значений выходного сигнала напряжения/тока аналого-цифрового преобразователя на периоде входного сигнала (N=24).

С выходов программатора 3 (П) сигнал поступает на входы блока сравнения 4 (БС), на входы блока памяти текущих значений фазовых сдвигов 7 (БПФ) и на соответствующие входы сегментных индикаторов (не показаны). С выходов блока памяти текущих значений фазовых сдвигов 7 (БПФ) сигнал поступает на блок коммутации и в случае, если из блока сравнения 4 (БС) на входы блока коммутаций 8(БК) поступает разрешающий или запрещающий сигнал записи текущего значения как угла нормального режима, то сигнал поступает с выходов блока коммутаций 8 (БК) на соответствующие входы блока памяти номинальных значений фазовых сдвигов 9 (БПФН). Сигнал с блока памяти номинальных значений фазовых сдвигов 9 (БПФН) подают на входы блока сравнения 4 (БС)), где по соотношениям (2) происходит вычисление значений (8) Δφ_Ф и их сравнение с допустимыми значениями . На стадии настройки с помощью блока ввода допустимых разностей фазовых сдвигов 5 (Блок ввода) задают допустимые значения разностей фаз между токами и напряжениями, определенные на основе статистических данных для контролируемого объекта. С него сигнал поступает на вход блока памяти 6 (БП). С выходов блока памяти (6) (БП) сигнал поступает на блок сравнения 4 (БС)

Также с выходов блока сравнения 4 (БС) сигнал об исправности или неисправности контролируемой трехфазной системы и значения фазовых сдвигов для каждой фазы поступают на соответствующие входы сегментных индикаторов (не показаны).

В табл.1 приведены результаты расчетов фазовых сдвигов токов и напряжений линии 220 кВ, работающей в нормальном и аварийном (короткое замыкание фазы В) режимах.

На основе статистических данных по соотношениям (4) рассчитывают значения , которые с помощью блока ввода допустимых разностей фазовых сдвигов 5 (Блок ввода) вводят в блок памяти 6 (БП). Также на основе работы блока сравнения в блоке памяти номинальных значений фазовых сдвигов 9 (БПФН) находятся значения фазовых сдвигов , соответствующие нормальному режиму работы контролируемого объекта.

Оценку исправности линии электропередачи для каждой фазы производят по условию, что разность текущего значения фазовых сдвигов и значения для нормального режима работы для одной из фаз меньше или равна их допустимой разности .

Текущие значения помещают в блок памяти текущих значений фазовых сдвигов 7 (БПФ).

По соотношениям (8) производят расчет . Затем по выражению (2) производят вычисление значений Δφ_Ф:

Как видно, все значения Δφ_Ф меньше значений допустимой разности, равной для трех фаз 45°, и поэтому блок сравнения выдает сигнал об исправности системы и с помощью блока коммутаций 8 (БК) текущее значение фазового сдвига может помещаться в блок памяти номинальных значений фазовых сдвигов 9 (БПФН).

Далее для аварийного режима производят аналогичные расчеты и в результате сравнения допустимых и текущих разностей фаз получают то, что значение текущей разности для фазы В больше допустимой и блок сравнения 4 (БС) выдает сигнал о неисправности в фазе В, также на вход блока коммутаций 8 (БК) поступает запрещающий сигнал на запись текущего значения фазового сдвига между токами и напряжением фазы В в блок памяти номинальных значений фазовых сдвигов 9 (БПФН). Также на входы блока сегментных индикаторов (не показаны) поступает сигнал о неисправности.

Способ функционального контроля радиальных трехфазных линий электропередач с односторонним питанием, отличающийся тем, что производят аналогово-цифровое преобразование сигналов токов и напряжений трех фаз в начале линии с выходов трансформаторов тока и напряжения, далее оцифрованные сигналы токов i_A(t_j), i_B(t_j), t_C(t_j) и напряжений u_A(t_j), u_B(t_j), u_C(t_j), измеренные в момент времени t_j запоминают с помощью кольцевой памяти, одновременно с этим по данным сигналам и сигналам i_A(t_j-1), i_B(t_j-1), i_C(t_j-1) и u_A(t_j-1), u_B(_j-1), u_C(t_j-1), измеренным в момент времени t_j-1, в течение одного периода входного напряжения/тока, определяют значения фаз фазового сдвига между током и напряжением для каждой из фаз

где - значение фазового сдвига между током и напряжением одной из фаз;

- реактивная мощность одной из фаз;

- активная мощность одной из фаз;

i_ф(t_j+1) и u_ф(t_j+1) - мгновенные значения токов и напряжений одной из фаз, измеренные в момент времени t_j+1;

i_ф(t_j) и u_ф(t_j) - мгновенные значения токов и напряжений одной из фаз, измеренные в момент времени t_j,

N - число дискретных значений выходного сигнала напряжения/тока аналого-цифрового преобразователя на периоде входного сигнала,

далее производят сравнение рассчитанных значений сдвига фаз между токами и напряжениями со значениями фазовых сдвигов для нормального режима, полученных для предыдущих моментов времени и записанных в блок памяти фаз нормального режима на основе результатов работы блока сравнения по выражению

где Δφ_ф - значения разности фазовых сдвигов между токами и напряжениями нормального и текущего режимов для одной из фаз;

- значение фазового сдвига между током и напряжением нормального режима одной из фаз;

при этом условием нормального режима работы контролируемого объекта является выполнение неравенства

где - допустимые разности фаз между токами и напряжениями, введенные в блок памяти на стадии настройки системы функционального контроля и определенные на основе статистических данных для контролируемого объекта последующим выражениям

где - значения фазовых сдвигов между токами и напряжениями аварийного режима.