Способ определения места замыкания линии электропередачи при двухстороннем наблюденни

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности и простоты способа. Согласно способу фиксируют фазные напряжения и токи на обеих сторонах линии, выделяют их аварийные составляющие, разделяют напряжения и токи на составляющие нулевой последовательности и безнулевые составляющие - разности фазных напряжений (токов) и их составляющих нулевой последовательности. Составляют двухпроводные модели линии электропередачи прямой последовательности и нулевой последовательности, которые используют в двух режимах - пассивном и активном. В пассивном режиме на входе первой стороны модели подают первые напряжения, равные соответствующим указанным напряжениям прямой или нулевой последовательности, а на вход второй стороны модели подают первые токи, равные соответствующим указанным токам прямой или нулевой последовательности, а в активном режиме вход первой стороны модели шунтируют, а вход второй стороны - размыкают. Определяют реакцию пассивной модели в виде второго тока на входе первой стороны модели и второго напряжения на входе второй стороны модели, определяют третий ток как разность первого и второго тока на первом входе модели и третье напряжение как разность первого и второго напряжения на втором входе модели, находят соотношение между третьим напряжением и третьим током, по которому определяют место замыкания линии электропередачи. 5 з.п. ф-лы, 19 ил.

 

Изобретение относится к релейной защите и автоматике электрических систем и предназначено, в первую очередь, для локации повреждения (определения места замыкания) линий электропередачи - высоковольтных, с глухозаземленной нейтралью, а также и для решения особой задачи - определения места замыкания фидера на землю. Фидер - линия электропередачи среднего напряжения в составе распределительной сети, которая, как известно, выполняется с изолированной или компенсированной нейтралью.

Известны способы определения места замыкания в линии электропередачи, опирающиеся на использование ее модели и ведущие свое начало от технических решений [1, 2]. Хотя они и предусматривают возможность варьирования информационной базы, но ориентированы преимущественно на одностороннее наблюдение линии, что было и все еще остается наиболее распространенным исполнением локаторов повреждений. Новые технические возможности обмена информацией между отдаленными подстанциями по оптоволоконной связи делают актуальным переход от локаторов одностороннего наблюдения к локаторам двухстороннего наблюдения [3]. Желательно при этом предельно упростить критерии повреждения. Известен способ двухстороннего наблюдения, преследующий такую цель [4]. В нем достигается ощутимое упрощение благодаря выделению в модели электропередачи участка, на котором допустимо не учитывать распределенную емкость. Однако кардинального упрощения локации при двухстороннем наблюдении по сравнению с односторонним добиться все же не удалось, так как в модель линии включается многофазная в общем случае модель повреждения. В результате и модель электропередачи должна быть выполнена тоже многофазной. Ее невозможно выполнить в базисе только прямой или нулевой последовательности. Кроме того, обсуждаемый способ не обладает инвариантностью относительно режима нейтрали наблюдаемой сети.

Поставленная цель упрощения и универсализации критерия повреждения достигается тем, что при двухстороннем наблюдении линии электропередачи локация повреждений выполняется при помощи простейших двухпроводных моделей прямой последовательности (в сетях с глухозаземленной нейтралью) или нулевой последовательности (в сетях с изолированной нейтралью). Как и в прототипе, фиксируются токи и напряжения обеих сторон линии. Первоначально фиксируются мгновенные значения. В распределительных сетях при распознавании замыкания на землю нужны именно они. Подобная ситуация возникает и в высоковольтных сетях, где установлены быстродействующие выключатели, из-за малого времени наблюдения процесса короткого замыкания. В противном случае оправдан переход от мгновенных значений к комплексам синусоидальных составляющих основной частоты. Токи и напряжения фиксируются как в текущем режиме короткого замыкания, так и в предшествующем режиме, что позволяет выделить аварийные составляющие электрических величин, тесно связанные с местом замыкания.

Существенная новизна предлагаемого способа видится в операциях, производимых с двухпроводными моделями электропередачи. Один за другим создаются два различных режима модели. Первый режим - пассивный. К модели неповрежденной линии с двух сторон подключаются источники, воспроизводящие наблюдаемые величины. Источники разного типа. С одной стороны подается ЭДС, т.е. источник наблюдаемого там напряжения, а с другой стороны подключается источник наблюдаемого оттуда тока. По введенной здесь нумерации - это первое напряжение и первый ток. Модель реагирует на них вторым током на первом входе и вторым напряжением на втором входе. Определяют третьи ток и напряжение как разности между первым и вторым токами и, соответственно, напряжениями.

Затем создается второй режим - активный, в котором первый вход двухпроводной модели шунтируют, а второй вход размыкают. В этом режиме в неизвестном месте модели действует неизвестный источник, а известны ток на зашунтированном входе и напряжение на разомкнутом - это третий ток и третье напряжение. Соотношение между этими величинами решает обширный спектр задач локации повреждений линий электропередачи. В сетях с глухозаземленной нейтралью используются двухпроводные модели прямой последовательности и безнулевые составляющие наблюдаемых напряжений и токов, а в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью для выявления места замыкания на землю - двухпроводные модели нулевой последовательности и соответствующие составляющие наблюдаемых напряжений и токов.

Дополнительные пункты формулы изобретения конкретизируют взаимосвязь третьего тока и третьего напряжения с координатой места повреждения линии. Рассмотрен ряд вариантов: определение места замыкания по мгновенным значениям третьих тока и напряжения в однородной короткой линии электропередачи, в неоднородной короткой линии (в коротких линиях допустимо пренебречь распределенной емкостью), в однородной линии произвольной длины, в произвольной системе и, наконец, по мгновенным значениям третьих электрических величин в однородной линии электропередачи произвольной длины. Для определения места замыкания на землю в распределительной сети предназначаются те варианты, которые оперируют мгновенными значениями электрических величин. В этих вариантах используются модели как прямой, так и нулевой последовательности. Варианты, в которых наблюдаемые величины преобразуются в комплексную форму, предназначаются для распознавания замыканий в высоковольтных сетях, а также междуфазных и трехфазных замыканий в распределительных сетях.

На фиг.1 представлена схема линии электропередачи, наблюдаемой с двух сторон, в режиме короткого замыкания произвольного вида. Фиг.2-5 иллюстрируют обработку величин, наблюдавшихся в двух определенных режимах, фильтрами аварийных составляющих. Фиг.6-9 демонстрируют операцию выделения безнулевых составляющих. На фиг.10 представлена двухпроводная модель короткой линии в режиме короткого замыкания. На фиг.11 эта модель показана в пассивном режиме, а на фиг.12 - в активном. На фиг.13-15 та же модель показана в тех же режимах, но не для мгновенных, а для комплексных электрических величин. На фиг.16 модель короткой, но неоднородной линии показана только в одном активном режиме. На фиг.17-19 в том же активном режиме показаны соответственно: модель произвольной электропередачи, модель однородной линии с распределенными параметрами для комплексов и для мгновенных значений электрических величин.

Рассматриваемая электропередача состоит из собственно линии 1 и концевых подстанций 2, 3, связанных со своими энергосистемами, о чем свидетельствуют источники 4, 5. На подстанциях ведется наблюдение и фиксируются токи и напряжения isv, usv, irv, urv, где v=A, B, C - обозначение произвольной фазы. В предшествующем режиме фиксируются величины isv,пд(t), usv,пд(t), irv,пд(t), urv,пд(t), t<tкз, где tкз - момент смены предшествующего режима новым режимом короткого замыкания, в котором фиксируются величины isv,кз(t), usv,кз(t), irv,кз(t), urv,кз(t), t≥tкз. Фильтры аварийных составляющих 6-9 реализуют в общем случае операцию [5]

где υ - общее обозначение электрической величины, - экстраполяция предшествующего режима на время после короткого замыкания. Если наблюдается режим с большим током короткого замыкания, то наблюдаемые величины υкз(t) удается преобразовать в комплексы . Соответственно, и в предшествующем режиме величины υпд(t) преобразуются в комплексы . Тогда вместо мгновенных значений аварийных составляющих υав(t) определяются их комплексы

Экстраполяция в таком случае может потребоваться лишь в той ситуации, когда в предшествующем режиме работы электропередачи наблюдались качания или асинхронный ход [6].

В предлагаемом способе предусмотрено разделение наблюдаемых величин на составляющую нулевой последовательности

и безнулевые составляющие

Последнюю операцию выполняют вычитающие блоки 10-13.

Фиг.10-12 иллюстрируют распознавание места повреждения в короткой линии электропередачи, двухпроводная модель которой построена без учета распределенной емкости. Удельные сопротивление и индуктивность линии и указаны конкретно для прямой последовательности, так как для модели нулевой последовательности этот вариант не рекомендуется. Отличие фиг.13-15 от фиг.10-12 заключается только в том, что в первых действуют комплексы токов и напряжений, а не мгновенные значения, и удельные параметры объединены в комплексное сопротивление . На фиг.16 неоднородная короткая линия 14 обозначена прямоугольником. Сопротивление линии относительно ее начала является функцией расстояния x и определяется в неповрежденной линии. Электропередача как часть произвольной системы обозначена блоком 15, который наблюдается на входном и выходном зажимах s и r, а в неизвестном месте f действует источник аварийного тока . На фиг.18, 19 приведена двухпроводная модель электропередачи, в которой учтена распределенная емкость. Схемы фиг.15-19 воспроизводят активный режим модели. Пассивный режим ввиду его простоты иллюстрируется только двумя схемами по фиг.11 и 14.

Излагаемый способ представляет собой последовательность следующих операций. Токи и напряжения isv, usv, irv, urv, наблюдаемые на разных сторонах линии 1 в предшествующем и текущем режимах, фиксируются. По каналу связи происходит обмен информацией между подстанциями 2 и 3. Фильтры аварийных составляющих 6-9, реализующие операцию (1а) или (1б), выделяют наиболее важные в информационном отношении величины isv,ав(t), usv,ав(t), irv,ав(t), urv,ав(t). Вычитающие блоки 10-13 выделяют из этих величин безнулевые составляющие i'sv, u'sv, i'rv, u'rv. Составляющие нулевой последовательности is0, us0, ir0, ur0 наблюдаются автономно или выделяются из фазных величин операцией (2).

Рассмотрим действие предлагаемого способа на примере короткой линии с двухпроводной моделью прямой последовательности по фиг.10. Модель насчитывает четыре известные граничные величины is1, us1, ir1, ur1, где индексом 1 отмечены первые в введенной нумерации электрические величины, и неизвестный источник тока if. Согласно данному способу модель прежде всего переводится в пассивный режим (фиг.11) путем исключения из нее тока повреждения и включения на разных сторонах линий разных источников: на левой стороне - источника напряжения (ЭДС) us1, а на правой - источника тока ir1. Реакциями на воздействие этих источников явятся ток is2 и напряжение ur2. Тем самым определится вклад неизвестного тока if в ток левой стороны линии и напряжение правой стороны (фиг.12)

is3=is1-is2.

Структура данной модели в активном режиме по фиг.12 отличается особой простотой, так как в ней сразу же определяется ситуация в месте короткого замыкания

if=is3, uf=ur3,

а связь между этими величинами определяет координату места короткого замыкания

Комплексная форма той же модели (фиг.13-15) дает более простое выражение

где .

В неоднородной короткой линии электропередачи 14 задается сопротивление в неповрежденном состоянии относительно начала линии. На фиг.16 линия показана в активном режиме с уже определенными комплексами тока и напряжения и . Взаимосвязь между ними сохраняет форму выражения (3)

Активный режим двухпроводной модели произвольного объекта, токи и напряжения которого заданы в комплексной форме (фиг.17), инвариантен относительно структуры объекта, так как в модели действует единственный неизвестный источник , создающий в неизвестном месте xf неизвестное напряжение . Между напряжением единственного источника линейной модели и известными величинами , существует прямая пропорциональность

Взаимная проводимость и передаточная функция являются характеристиками модели, определяемыми заранее. Место замыкания определяется из соотношения

Активный режим однородной модели с распределенными параметрами (фиг.18) характеризуется конкретными функциями в соотношениях (4), (5)

где и - характеристическое сопротивление и коэффициент распространения двухпроводной модели прямой последовательности, , - первичные параметры, , и - безнулевые величины прямой последовательности на зашунтированном и, соответственно, разомкнутом выходах модели.

Однородная модель с распределенными параметрами, предназначенная для преобразования мгновенных значений тока и напряжения (фиг.19), может быть применена для локации как в высоковольтных, так и в распределительных сетях. Напряжение uf выражается через ток is3 посредством разностного уравнения [7]

где

as=Rв+R0xf/2, bs=Rв-R0xf/2,

- волновое сопротивление прямой или нулевой последовательности, - время пробега волны прямой или нулевой последовательности вдоль отрезка модели протяженностью xf. Информация о замыкании поступает в начало линии в момент ts, причем для моделей прямой и нулевой последовательностей это разные времена: ts1<ts0.

Через напряжение us3 на второй стороне линии то же напряжение uf выражается иным соотношением

где ar=Rв+R0(l-xf)/2, br=Rв-R0(l-xf)/2, - время пробега волны вдоль второго отрезка модели протяженностью l-xf. Удельные параметры R0, L0, C0 в выражениях (6), (7) могут быть как прямой, так и нулевой последовательности в зависимости от типа двухпроводной модели.

В конец линии информация о замыкании поступает в момент tr, отличный от ts. О безнулевых составляющих - в момент tr1, а о нулевой последовательности - в момент tr0>tr1. Соотношение (6) левой части линии рассматривается в дискретные моменты времени ts+kΔt, а соотношение (7) - в моменты tr+kΔt, где Δt - интервал дискретизации наблюдаемых величин, k - номер интервала. Координата места замыкания xf определяется условием наименьшей невязки преобразования (6) и (7)

где kкон - номер последнего интервала.

Как видим, при двухстороннем наблюдении линии электропередачи в ее двухпроводной модели прямой или нулевой последовательности существует возможность создать активный режим с разным состоянием входов, в котором место повреждения определяется особенно просто. Универсальность способа заключается в том, что он применим как для сетей с глухозаземленной нейтралью, так и для определения места замыкания в распределительной сети.

Источники информации

1. Патент РФ №2033622, G01R 31/11, H02H 3/28, 1989.

2. Патент РФ №2033623, G01R 31/11, H02H 3/28, 1989.

3. Заявка РФ №2011147688/28 (071514), решение о выдаче патента от 23 апреля 2013 г.

4. Заявка РФ №2012130712/07 (048210), решение о выдаче патента от 25 апреля 2013 г.

5. Авторское свидетельство СССР №1817153, H01H 83/22, 1991.

6. Патент РФ №2035815, H02H 3/38, Н02Н 7/26, H01H 83/22, 1992.

7. Караев Р.И., Лямец Ю.Я. О применении разностных уравнений длинной линии. - Электричество, 1972, №11, С.28-36.

1. Способ определения места замыкания линии электропередачи при двухстороннем наблюдении с использованием ее модели, согласно которому фиксируют фазные напряжения и токи на обеих сторонах линии, выделяют их аварийные составляющие, разделяют напряжения и токи на составляющие нулевой последовательности и безнулевые составляющие - разности фазных напряжений (токов) и их составляющих нулевой последовательности, составляют двухпроводные модели линии электропередачи прямой последовательности и нулевой последовательности, отличающийся тем, что соответствующие двухпроводные модели используют в двух режимах - пассивном и активном, в пассивном режиме на входе первой стороны модели подают первые напряжения, равные соответствующим указанным напряжениям прямой или нулевой последовательности, а на вход второй стороны модели подают первые токи, равные соответствующим указанным токам прямой или нулевой последовательности, а в активном режиме вход первой стороны модели шунтируют, а вход второй стороны - размыкают, определяют реакцию пассивной модели в виде второго тока на входе первой стороны модели и второго напряжения на входе второй стороны модели, определяют третий ток как разность первого и второго тока на первом входе модели и третье напряжение как разность первого и второго напряжения на втором входе модели, находят соотношение между третьим напряжением и третьим током, по которому определяют место замыкания линии электропередачи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в однородной короткой линии электропередачи координату места замыкания определяют из двухпроводной модели прямой последовательности по формуле

где s и r - индексы первой и второй сторон линии, u3 и i3 - третье напряжение или третий ток в двухпроводной модели - безнулевые составляющие в модели прямой последовательности или нулевые составляющие в модели нулевой последовательности, и - удельные сопротивление и индуктивность прямой последовательности.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в неоднородной короткой линии электропередачи координату места замыкания определяют в двухпроводной модели прямой последовательности из соотношения

где - зависимость от расстояния до начала линии ее суммарного комплексного сопротивления прямой последовательности.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что координату места замыкания определяют в двухпроводной модели прямой последовательности из соотношения

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что координату места замыкания в однородной линии электропередачи произвольной протяженности определяют в двухпроводной модели прямой последовательности из соотношения

где - коэффициент распространения двухпроводной модели линии электропередачи прямой последовательности, - характеристическое сопротивление соответствующей модели, , - ее первичные параметры, - удельная емкость прямой последовательности, и - разностные (третьи) безнулевые ток на первом зашунтированном входе модели и напряжение на втором разомкнутом входе.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что координату места замыкания в однородной линии электропередачи определяют в двухпроводной модели прямой или нулевой последовательности из условия минимума невязки уравнений, левая и правая части которых берутся в различные моменты времени: левая часть - в моменты t0s+kΔt, а правая часть - в моменты t0r+kΔt:

где
as=Rв+R0xf/2, bs=Rв-R0xf/2,
ar=Rв+R0(l-xf)/2, br=Rв-R0(l-xf)/2,
, , ,
R0, L0, C0 - удельные параметры прямой или нулевой последовательности, Rв - волновое сопротивление соответствующей последовательности, t0s и t0r - моменты смены режима прямой или нулевой последовательности соответственно в начале или в конце линии, Δt - интервал дискретизации, k - номер интервала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к защите электроустановок. Технический результат заключается в повышении чувствительности и быстродействия защиты, а также устойчивости ее функционирования.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах дистанционной защиты от замыкания на землю в системах линий электропередачи. Техническим результатом является повышение надежности защиты за счет возможности избежать переоценки или недооценки разницы между углами тока в месте короткого замыкания и на реле при отключении во время действия защиты.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в релейной защите линий электропередачи, предназначенной для реализации токовой защиты линии электропередачи.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к дифференциально-фазной защите линий электропередачи 110-220 кВ с трехфазным управлением выключателями. Решает проблему распознавания сложного вида повреждения: однофазного замыкания с одновременным обрывом провода.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в обеспечении дифференциально-фазной высокочастотной защиты линии электропередачи напряжением 110-220 кВ с двухсторонним питанием в сочетании с дальним резервированием релейных защит и коммутационных аппаратов подстанций, подключенных к ответвлениям от указанной линии.

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, конкретно к релейной защите и автоматике электрических систем. .

Изобретение относится к способу определения по меньшей мере одного короткого замыкания относительно по меньшей мере одной фазы защищаемого устройства, например сборной шины, линии передачи электрической энергии или силового трансформатора, в многофазной сети передачи электрической энергии, в котором для каждой фазы по меньшей мере в двух местах измерения защищаемого объекта измеряют значения тока, из значений тока определяют для каждой фазы значения дифференциального тока и создают выходной сигнал для определенной фазы, когда значение дифференциального тока этой фазы превышает пороговое значение.

Изобретение относится к релейной защите (РЗ) «мертвых зон» (МЗ) (РЗ МЗ) между трансформаторами тока (ТТ) и выключателями в открытых распределительных устройствах (ОРУ) электростанций и подстанций с отходящими высоковольтными линиями (ВЛ) электропередачи высокого (110, 220, 500 кВ) и сверхвысокого (750 кВ) напряжения (ВН и СВН).

Изобретение относится к области электротехники, а именно средствам обработки информации в электротехнике, и может быть использовано для определения места обрыва на воздушной линии электропередачи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в релейной защите и автоматике. Технический результат - повышение чувствительности при обработке электрической величины с высокой частотой измерений и возможность выявления и корректировки измерения электрической величины с выбросами.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения места повреждения на воздушных и кабельных линиях электропередач в сетях с изолированной нейтралью.

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к устройствам и технологиям поиска повреждений в сетях передачи электроэнергии, и может быть использовано для диагностики и предварительной локализации мест повреждений подземных кабельных линий электроснабжения до 35 кВ.

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), а также может быть использовано в сетях, где нейтраль заземлена через резистор, дугогасящий реактор или комбинированно.

Изобретение относится к контролю электрических сетей. Сущность: устройство содержит средство для определения во время короткого замыкания фазы на землю в точке (F) в трехфазной электрической линии (30) значений тока и напряжения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет первое значение, средство для определения значений тока и напряжения, когда полная комплексная проводимость нейтраль-земля электрической сети вне электрической линии (30) имеет второе значение, отличное от первого значения, и средство (40) для определения расстояния до места короткого замыкания фазы на землю в точке (F) от точки измерения на основе определенных значений тока и напряжения.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности электроснабжения потребителей.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения наличия повреждения кабеля электроснабжения, расположенного в земле, и участка кабеля заданной длины, на котором это повреждение расположено.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и предназначено для реализации в устройствах определения места повреждения разветвленных линий электропередачи.

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места повреждения (короткого замыкания) на линиях электропередачи по измерениям с двух ее концов без использования эквивалентных параметров питающих систем.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности и простоты способа. Согласно способу фиксируют аварийные составляющие фазных напряжений и токов на обеих сторонах линии, вычитают из них составляющие нулевой последовательности, формируя тем самым первые напряжения и токи, составляют для всех фаз линии электропередачи двухпроводные модели прямой последовательности, которые используют в двух режимах - пассивном и активном. В пассивном режиме на входы обеих сторон моделей подают первые напряжения, а в активном режиме входы обеих сторон моделей шунтируют, определяют реакции пассивных моделей в виде вторых входных токов, определяют третьи токи, протекающие на зашунтированных входах активных моделей, вычитая вторые токи из соответствующих первых токов, находят соотношение между третьими токами противоположных сторон каждой модели и по указанным соотношениям определяют место замыкания линии электропередачи. 4 з.п. ф-лы, 15 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности и простоты способа. Согласно способу фиксируют фазные напряжения и токи на обеих сторонах линии, выделяют их аварийные составляющие, разделяют напряжения и токи на составляющие нулевой последовательности и безнулевые составляющие - разности фазных напряжений и их составляющих нулевой последовательности. Составляют двухпроводные модели линии электропередачи прямой последовательности и нулевой последовательности, которые используют в двух режимах - пассивном и активном. В пассивном режиме на входе первой стороны модели подают первые напряжения, равные соответствующим указанным напряжениям прямой или нулевой последовательности, а на вход второй стороны модели подают первые токи, равные соответствующим указанным токам прямой или нулевой последовательности, а в активном режиме вход первой стороны модели шунтируют, а вход второй стороны - размыкают. Определяют реакцию пассивной модели в виде второго тока на входе первой стороны модели и второго напряжения на входе второй стороны модели, определяют третий ток как разность первого и второго тока на первом входе модели и третье напряжение как разность первого и второго напряжения на втором входе модели, находят соотношение между третьим напряжением и третьим током, по которому определяют место замыкания линии электропередачи. 5 з.п. ф-лы, 19 ил.

Наверх