Способ определения места замыкания фидера при двухстороннем наблюдении

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности определения места замыкания. Согласно способу регистрируют информационные составляющие наблюдавшихся токов и напряжений на концах фидера и используют их в качестве входных напряжений и первых входных токов модели фидера. При этом на входы модели неповрежденного фидера подают соответствующие напряжения, определяют вторые входные токи как реакции модели на приложенные напряжения, определяют третьи токи как разности соответствующих первого и второго токов, контролируют уровни третьих токов и степень их идентичности на противоположных входах модели, и в случае нулевого уровня третьего тока одного из входов констатируют замыкание на другом входе фидера. В случае идентичности третьих токов констатируют замыкание в середине фидера, а в случае превышения уровня третьим током одного из входов уровня третьего тока другого входа констатируют замыкание в половине фидера с большим током. Шунтируют оба входа модели, разделяют модель на подмодели поврежденной и неповрежденной половин фидера, третий ток соответствующего зашунтированного входа модели принимают в качестве первого тока подмодели поврежденной половины фидера, а первый ток и напряжение другого входа этой подмодели формируют в подмодели неповрежденной половины фидера из третьего тока ее зашунтированного входа. Повторяют в подмодели поврежденной половины фидера с одним зашунтированным входом те же операции определения вторых и третьих токов, контроля уровня третьих токов и степени их идентичности, определения поврежденной половины модели, которые были ранее выполнены в исходной модели фидера, и повторяют указанные операции до тех пор, пока не обнаружат идентичность третьих входных токов подмодели фидера, свидетельствующую о замыкании в середине моделируемого участка фидера, или нулевой уровень одного из третьих входных токов, свидетельствующий о замыкании на другом входе. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике электрических систем, особенно распределительных электрических сетей с номинальными напряжениями 6, 10, 20, 35 кВ. В этих сетях, работающих в режиме с изолированной или компенсированной нейтралью, остро стоит проблема локации однофазного замыкания. Повреждение такого рода сопровождается интенсивным, но весьма кратковременным, переходным процессом. В установившемся режиме информацию о месте повреждения несет основная гармоника тока нулевой последовательности, но ее уровень незначителен, к тому же ток нулевой последовательности сильно искажен шумами.

Изобретение нацелено на решение задачи определения места однофазного замыкания в фидере - линии электропередачи в составе распределительной сети. Предполагается, что сеть оснащена современными средствами контроля, и фидер наблюдается синхронно с обеих сторон. Наблюдение заключается в регистрации цифровых осциллограмм токов и напряжений. Синхронизация наблюдений на противоположных сторонах фидера осуществляется посредством спутниковой связи.

В классификации способов определения места замыкания линии электропередачи особую роль играют критерии, по которым ведется поиск повреждений. Известны способы на основе критерия резистивности модели повреждения [1, 2], который относительно просто реализуется в базисе синусоидальных токов и напряжений. Эти способы получили широкое распространение в сетях высокого и сверхвысокого напряжения, работающих с глухозаземленной нейтралью [3]. Однако в последнее время в связи с ощутимым повышением быстродействия выключателей возникла проблема выделения синусоидальных составляющих наблюдаемых величин, обусловленная тем, что осциллограммы токов и напряжений короткого замыкания записываются на весьма ограниченном интервале времени.

Двухстороннее наблюдение линии электропередачи имеет несомненное преимущество перед односторонним [4]. Во-первых, повышается точность определения места замыкания, так как устраняется неопределенность в задании параметров системы, подключенной к ненаблюдаемой стороне электропередачи. Во-вторых, появляется возможность обратиться к иным критериям повреждения, более простым, чем критерий резистивности. Особой простотой отличается критерий совпадения в месте замыкания напряжений, определяемых по результатам наблюдения каждой из двух сторон в отдельности [5].

В базисе синусоидальных величин напряжение в конце неповрежденного участка линии определяется путем элементарных преобразований комплексных сигналов - комплексов наблюдаемого тока и напряжения. Иное дело, преобразование во временном базисе мгновенных значений величин, наблюдаемых при регистрации кратковременного интенсивного переходного процесса, возникающего при однофазном замыкании в фидере. Все известные способы определения места повреждения электропередачи, в том числе и наиболее общий из них, представленный в [6], используют одну и ту же операцию, тяжело реализуемую и приводящую к погрешности определения координаты места замыкания. Это операция преобразования отсчетов тока и напряжения, зарегистрированных на одной стороне фидера, в напряжение места предполагаемого замыкания. Замыкание может предполагаться где угодно, т.е. это произвольное место.

Цель настоящего изобретения - повысить точность определения координаты места замыкания фидера и вместе с тем упростить процесс ее поиска. Поставленная цель достигается благодаря обнаружению новой совокупности технических операций, которую можно охарактеризовать в целом как способ локализации замыкания. В его основу положен новый критерий, несравненно более общий, чем известные, и сводящийся к следующему положению. В модели объекта, симметричной относительно места замыкания и активизируемой только током замыкания, токи на противоположных входах одинаковы. Данный критерий не имеет ограничений, он справедлив для любых объектов независимо от характера процесса, вызванного замыканием. Разумеется, возникает естественный вопрос о симметрии модели относительно неизвестного места замыкания. Чтобы ответить на него, необходимо решить задачу симметрирования модели. Настоящее изобретение как раз и посвящено решению этой задачи. Составная часть задачи симметрирования - отделение модели поврежденной части объекта от других его частей. В предлагаемом способе локализация достигается переводом модели поврежденного фидера в режим с зашунтированными входами. Модель с симметричными входами остается тем не менее несимметричной относительно неизвестного места замыкания. Однако уровни наблюдаемых на входах этой модели токов позволяют судить о том, в сторону какого из двух входов смещено место замыкания. Симметрирование производится путем деления длины моделируемого участка пополам; неповрежденная половина при каждом делении исключается из состава модели. О степени неидентичности наблюдаемых токов предлагается судить по величине параметра, определяемого с таким расчетом, что он был мало подвержен влиянию шумов. Единичное значение параметра неидентичности говорит о том, что замыкание произошло в середине однородного участка фидера. Меньшее единицы - о том, что замыкание имеет место в первой половине участка, большее единицы - во второй половине.

На фиг. 1 приведена модель распределительной сети с контролируемым фидером, в котором произошло замыкание на землю, на фиг. 2 - иллюстрации операций, совершаемых в процессе поиска места замыкания фидера. Фиг. 3 поясняет ключевую операцию поиска места замыкания, а фиг. 4 - критерии поиска.

Из модели распределительной сети выделен трехфазный фидер 1. Остальная часть сети представляет собой активный шестиполюсник 2, выходы которого соединены с наблюдаемыми входами фидера A_s, B_s, C_s левой стороны s и A_r, B_r, C_r правой стороны r. Произвольная фаза фидера отмечена индексом ν = А, В, С. Наблюдаются токи i_sv, i_rv и напряжения u_sv, u_rv. Однофазное замыкание произошло в месте с координатой x_f, подлежащей определению.

Поиск места повреждения осуществляется в двухпроводной модели фидера, которая на фиг. 2a показана в виде цепи 3 с распределенными параметрами, наблюдаемой в режиме, предшествовавшем замыканию. Входными величинами двухпроводной модели являются составляющие трехфазной системы величин. Это могут быть составляющие нулевой последовательности

или безнулевые составляющие

На фиг. 2 эти составляющие указаны обобщенно как i_s, u_s на левом входе модели и i_r, u_r - на правом. В предшествующем режиме - с индексом «пд».

На фиг. 2б показана двухпроводная модель фидера 4 в текущем режиме однофазного замыкания в неизвестном месте x_f. Наблюдаемые величины указаны с индексом «тк». На фиг. 2в приведена модель 5, находящаяся в чисто аварийном режиме, производном от двух наблюдавшихся режимов - предшествующего (модель 3) и текущего (модель 4). В модели 5 действуют аварийные составляющие наблюдаемых величин - разности между величинами текущего режима и экстраполированными на время после замыкания соответствующими величинами предшествующего режима

где t≥0, t=0 - момент замыкания, верхний символ означает экстраполяцию. Обычно величины предшествующего режима носят периодический характер, и экстраполяция сводится к их продолжению по тому же закону. На фиг. 2в для сигналов (4) введены обозначения $$i_{ав}=i_1^{\left(0\right)}$$ , u_ав=u⁽⁰⁾, говорящие о том, что определением аварийных составляющих наблюдаемых величин завершается процедура подготовки информационно важных сигналов. Фиг. 2г - 2л иллюстрируют операции, совершаемые с этими сигналами. Заметим, что модели 4 и 5 идентичны по своей структуре, но различаются токами и напряжениями на входах. В модели 4 величины i_тк, u_тк создаются как неизвестным током замыкания i_f, так и внешними по отношению к фидеру источниками распределительной сети. В модели 5 величины i_ав, u_ав инициируются одним лишь источником тока i_f, а влияние внешних источников на эту модель исключено.

На фиг. 2г иллюстрируется операция активирования пассивной модели 3 неповрежденного фидера двумя источниками напряжения 6 и 7 - левым $$u_s^{\left(0\right)}$$ и правым $$u_r^{\left(0\right)}$$ . Как следует из фиг. 2в, эти источники представляют собой зарегистрированные по результатам наблюдения фидера аварийные составляющие его напряжений u_s,ав и u_r,ав. Модель 3 откликается на приложенные напряжения вторыми токами $$i_{s2}^{\left(0\right)}$$ и $$i_{r2}^{\left(0\right)}$$ .

На фиг. 2д представлена активная модель 8 с неизвестным источником тока i_f, которая отличается от моделей 4 и 5 тем, что ее входы закорочены. Закоротки 9 и 10 появляются вместо ранее действовавших источников напряжения 6 и 7. Действие единственного источника модели i_f проявляется токами на входах

где верхний индекс представляет собой порядковый номер цикла процедуры преобразования входных величин. Токи $$i_{s1}^{\left(0\right)}=i_{s,ав}$$ и $$i_{r1}^{\left(0\right)}=i_{s,ав}$$ являются аварийными составляющими наблюдаемых токов i_s и i_r. В свою очередь токи $$i_{s2}^{\left(0\right)}$$ , $$i_{s3}^{\left(0\right)}$$ ; $$i_{r2}^{\left(0\right)}$$ , $$i_{r3}^{\left(0\right)}$$ моделей на фиг. 2г и 2д представляют собой разные компоненты аварийных составляющих $$i_{s2}^{\left(0\right)}$$ и $$i_{r1}^{\left(0\right)}$$ .

Фиг. 2е иллюстрирует операцию деления модели на две подмодели 11 и 12. Неповрежденная в данном случае подмодель 11 выполняет функции преобразователя входного тока $$i_{s3}^{\left(0\right)}$$ при нулевом входном напряжении в выходные величины $$i_{s1}^{\left(1\right)}$$ , $$u_s^{\left(1\right)}$$ .

Последние служат входными величинами для поврежденной подмодели 12, в которой сохраняется закоротка 10 с ее током $$i_{r1}^{\left(1\right)}=i_{r3}^{\left(0\right)}$$ .

Подмодель 12 отличается от исходной модели 5 только своей длиной и наличием закоротки 10. Иллюстрации на фиг. 2ж, з показывают те же операции с подмоделью 12, которые ранее производились с моделью 5 (фиг. 2г, д). На фиг. 2ж подмодель 13 получается из подмодели 12 при исключении тока повреждения i_f и включении источника напряжения $$u_s^{\left(1\right)}$$ 14. Реакциями на воздействие 14 являются токи $$i_{s2}^{\left(1\right)}$$ , $$i_{r2}^{\left(1\right)}$$ . На фиг. 2з изображена активная подмодель 15, отличающаяся от подмодели 12 появлением еще одной закоротки 16. Наблюдаемые здесь токи определяются по аналогии с операцией (6)

Фиг. 2и - 2л демонстрируют продолжение процесса локализации места замыкания путем дальнейшего дробления модели фидера. Фиг. 2и иллюстрирует очередное, второе по счету деление фидера пополам на неповрежденную часть 17 и поврежденную 18. Закоротки 10 и 16 остаются на своих местах, а разделение подмоделей 17, 18 совершается в месте с координатой 3l/4, где l - длина фидера. Подмодель 17 преобразует входной ток $$i_{r3}^{\left(1\right)}$$ при нулевом входном напряжении в выходные сигналы $$i_{r1}^{\left(2\right)}$$ , $$u_r^{\left(2\right)}$$ , которые в свою очередь становятся входными сигналами для подмодели 18 поврежденной части фидера. Именно эта подмодель на фиг. 2к и 2л принимает вид сначала подмодели 19, свободной от повреждения и активизируемой источником напряжения 20, а затем подмодели 21 с закороткой 22 на месте этого источника.

В основе предлагаемого способа лежит закономерность, поясняемая на примере модели по фиг. 3а. Предположим, что замыкание произошло в однородном фидере, модель которого удалось вывести в режим с зашунтированными входами при нулевых начальных условиях, сохранив при этом неизменным неизвестный ток i_f в месте замыкания x_f. Пусть x_s и x_r - координаты входов фидера, x_s-x_r=l. Известны токи на входах i_s3 и i_r3. Вне зависимости от вида тока i_f они несут информацию о месте повреждения, в трех случаях бесспорную. Если ток i_r3 нулевого уровня, то x_f=x_s. Если же нулевой уровень у тока i_s3, то x_f=x_r. Наконец, если токи i_s3 и i_r3 идентичны, то место замыкания располагается в середине фидера, т.е.

В том случае, когда ни одно из трех перечисленных условий не выполняется, соотношение между токами i_s3 и i_r3 подсказывает, в какой половине фидера располагается место замыкания.

Контролируемый объект наблюдается микропроцессорной релейной защитой в дискретном времени k=0, 1, …; отсчет времени ведется от момента регистрации замыкания k=0. Для сравнения уровней токов i_s3 и i_r3 необходимо ввести критерий, способный свидетельствовать об их идентичности. Воспользуемся критерием наименьших квадратов в двух вариантах

где N - номер последнего наблюдавшегося отсчета, λ_s и λ_r - параметры идентичности, определяемые из (9) и (10) как

Если замыкание близко к началу модели по фиг. 3а (x_f→x_s), то i_r3→0, и тогда

в то время как параметр λ_r становится неопределенным. В противоположной ситуации, когда замыкание близко к концу модели (x_f→x_r), видим, что i_s3→0, как следствие

а неопределен параметр λ_s. Наконец, в последнем характерном случае (8) имеет место равенство

Если же не выполняется ни одно из условий (13)-(15), то в общем случае по соотношению параметров λ_s и λ_r определить координату x_f не удается, однако можно судить о том, в какой из двух половин фидера находится место замыкания. При λ_r>1>λ_s повреждена половина с s-ым входом, а при λ_s>1>λ_r - с r-ым.

В частном случае, когда в результате проведения преобразований исходная модель фидера сократилась до размера подмодели участка длиной Δl (фиг. 3б), зашунтированные входы подмодели настолько ослабляют влияние распределенной емкости, что распределение токов определяется в основном удельной индуктивностью L⁰ и удельным сопротивлением R⁰ двухпроводной системы. Если координата x_f отсчитывается от середины участка протяженностью Δl, т.е. место замыкания располагается на расстоянии Δl/2+x_f от начала участка и ΔΖ/2-x_f от конца, то значение x_f определяется соотношением третьих токов

В установившемся синусоидальном режиме, когда модель может быть представлена в базисе комплексных величин (фиг. 3в), соотношение (16) принимает вид

где I - комплекс тока, а в схеме по фиг. 3в Z⁰=R⁰+jωL⁰, ω - частота сети. Применимость зависимости (17) контролируется условием синфазности синусоидальных составляющих токов i_s3 и i_r3, при котором

и определяемая по формуле (17) координата x_f является вещественным числом.

Критерии распознавания места замыкания или поврежденной части фидера представлены на плоскости с координатами λ_s, λ_r (фиг. 4), где учитываются условия (13)-(15), а также те, которыми разграничиваются замыкания в разных половинах фидера.

Процедура определения места замыкания фидера по предлагаемому способу начинается с регистрации фазных токов и напряжений i_sv, u_sv; i_rv, u_rv в двух режимах сети - до и после замыкания. Из фазных величин выделяются информационные составляющие, например, составляющие нулевой последовательности (1), (2). В предшествующем режиме нулевая последовательность обычно отсутствует, и тогда нулевая последовательность в величинах текущего режима принадлежит их аварийным составляющим. Если же в предшествующем режиме обнаруживается присутствие выделяемых информационных компонентов, то выполняется операция выделения аварийных составляющих (4), (5) из состава фазных величин или же из их ранее определенных компонентов. Модель 3 неповрежденного фидера воспроизводит предшествующий режим, продолжающийся и после замыкания, случившегося на объекте. Модель 4 поврежденного фидера носит пассивный характер. Источники находятся вне нее в модели 2 основной части сети, к которой подключен контролируемый фидер 1. Наконец, модель 5 для информационных компонентов токов и напряжений носит активный характер. Ее единственный источник i_f неизвестен, как и место его расположения x_f.

Входные величины модели 5 $$i_{s1}^{\left(0\right)}$$ , $$u_s^{\left(0\right)}$$ ; $$i_{r1}^{\left(0\right)}$$ , $$u_r^{\left(0\right)}$$ служат исходными сигналами для всех последующих преобразований. В данном способе присутствуют три типа входных токов. Первые токи создаются источниками сети 2. Вторые токи являются реакциями модели 3 неповрежденного фидера на действие двух источников напряжения, приложенных к входам этой модели. Третьи токи - разности первых и вторых. На начальном этапе преобразований выделенные из фазных величин напряжения $$u_s^{\left(0\right)}$$ и $$u_r^{\left(0\right)}$$ представляются в виде ЭДС 6 и 7, которые подключают к входам модели 3 неповрежденного фидера (фиг. 2г). Фиксируют токи $$i_{s2}^{\left(0\right)}$$ и $$i_{r2}^{\left(0\right)}$$ на входах этой модели как ее реакции на воздействие источников 6 и 7. Далее определяют третьи токи $$i_{s3}^{\left(0\right)}$$ и $$i_{r3}^{\left(0\right)}$$ как разности (6). В информационном плане это наиболее ценные сигналы. Их подвергают информационному анализу как на данном начальном этапе, так и на последующих. Если m - номер этапа, $$i_{s3}^{\left(m\right)}$$ и $$i_{r3}^{\left(m\right)}$$ - третьи токи на этом этапе, то дискретные сигналы $$i_{s3}^{\left(m\right)}\left(t_k\right)$$ и $$i_{r3}^{\left(m\right)}\left(t_k\right)$$ подвергают операциям свертки и квадратирования, определяя промежуточные величины

и далее параметры $${\lambda }_s^{\left(m\right)}$$ и $${\lambda }_r^{\left(m\right)}$$ как отношения (11), (12), т.е.

По величинам (22), (23) в соответствии с критериями, представленными на фиг. 4, фиксируют замыкание на концах фидера или его середине, а если не имеет места ни то, ни другое, то устанавливают, в какой из половин фидера оно находится.

Предположим, что на начальном этапе преобразований (m=0) анализ параметров $${\lambda }_s^{\left(0\right)}$$ и $${\lambda }_r^{\left(0\right)}$$ показал, что замыкание следует искать во второй половине фидера (фиг. 2д). Тогда выполняют операции перехода к следующему этапу (m=1): разделяют модель 8 на две подмодели 11 и 12 (фиг. 2е). В подмодели И неповрежденной половины фидера известны сигналы на закороченном входе - ток $$i_{s3}^{\left(0\right)}$$ и нулевое напряжение. На выходе этой подмодели они преобразуются в сигналы $$i_{s1}^{\left(1\right)}$$ , $$u_s^{\left(1\right)}$$ , которые позволяют приступить к следующему этапу преобразований, на этот раз в подмодели 12 поврежденной половины фидера, на выходе которой сохраняется шунт 10 с известным током . Этот этап с первым номером начинается с тестирования подмодели 12, находящейся в неповрежденном состоянии, когда она принимает вид 13, свободный от тока повреждения i_f (фиг. 2ж). Тестирование заключается в подаче на подмодель 13 ЭДС 14, равной зафиксированному в подмодели 11 напряжению $$u_s^{\left(1\right)}$$ . Реакцией подмодели 13 на воздействие ЭДС являются токи на ее зажимах $$i_{s2}^{\left(1\right)}$$ и $$i_{r2}^{\left(1\right)}$$ . Далее на текущем этапе определяют разностные третьи токи . Найденные третьи токи представляют собой результат распределения неизвестного тока i_f, действующего в подмодели 15 половины фидера, которая отличается от подмодели 13 состоянием левого входа. У подмодели 15 оба входа зашунтированы, как ранее у модели фидера 8. Произошла, следовательно, локализация места замыкания относительно входов моделируемого участка. Как и на начальном этапе преобразований входных величин, на нынешнем этапе третьи токи $$i_{s3}^{\left(1\right)}$$ , $$i_{r3}^{\left(1\right)}$$ используют для формирования оценок $${\lambda }_s^{\left(1\right)}$$ и $${\lambda }_r^{\left(1\right)}$$ и применения к ним критериев распознавания места замыкания. Если бы оказалось, что координата x_f близка к середине моделируемого участка (четверть длины линии от ее конца), то сигналы $${\lambda }_s^{\left(1\right)}$$ и $${\lambda }_r^{\left(1\right)}$$ отвечали бы условию (15) (фиг. 4). Предположим, что условие (15) на данном этапе не выполняется, а имеют место менее информативные условия , , говорящие о том, что замыкание находится в первой части моделируемого участка фидера. Эта часть протяженностью в четверть длины фидера начинается в середине фидера и завершается за четверть длины до его конца (фиг. 2и). Предстоит выполнить с подмоделью 18 поврежденной части фидера следующий этап преобразований (m=2). Ток на левом зашунтированном входе подмодели 18 сохраняется таким, каким он был на предыдущем этапе: , а для определения входных сигналов на правом входе $$i_{r1}^{\left(2\right)}$$ , $$u_r^{\left(2\right)}$$ используют подмодель 17 неповрежденной четверти фидера 17. Ток предшествующего этапа $$i_{r3}^{\left(1\right)}$$ на зашунтированном входе 10 преобразуется подмоделью 17 в выходные сигналы $$i_{r1}^{\left(2\right)}$$ , $$u_r^{\left(2\right)}$$ . Теперь состояние обоих входов подмодели 18 определено, и могут быть выполнены операции данного этапа. Подмодель 19 неповрежденного отрезка фидера в четверть его длины тестируют путем включения ЭДС 20, равной напряжению $$u_r^{\left(2\right)}$$ (фиг. 2к). Шунт на первом входе подмодели 18 сохраняют и при испытании подмодели 19. Определяют токи $$i_{s2}^{\left(2\right)}$$ и $$i_{r2}^{\left(2\right)}$$ на ее входах. Тем самым обнаруживают и третьи токи $$i_{s3}^{\left(2\right)}=i_{s1}^{\left(2\right)}-i_{s2}^{\left(2\right)}$$ , $$i_{r3}^{\left(2\right)}=i_{r1}^{\left(2\right)}-i_{r2}^{\left(2\right)}$$ на данном этапе, когда замыкание локализовано на отрезке фидера между координатами l/2 и 3l/4 (фиг. 2л).

Далее преобразуют третьи токи $$i_{s3}^{\left(2\right)}$$ и $$i_{r3}^{\left(2\right)}$$ в параметры (19)-(23) при m=2 и по критериям, представленным на фиг. 4, проверяют, не произошло ли замыкание посередине моделируемого участка длиной l/4. Если оказывается, что оно не там, то устанавливают, в какой из половин этого участка оно находится. Преобразования моделей участка с их делением пополам выполняют до тех пор, пока замыкание не будет локализовано на малом участке фидера, с достаточной точностью указывающем место повреждения по соотношению третьих входных токов (16).

Как видим, предлагаемый способ не связан с какими-либо допущениями, понижающими точность определения места замыкания. Кроме того, он состоит из строго определенного набора операций, совершаемых с моделями участков фидера и заключающихся в преобразовании токов и напряжений, наблюдаемых на двух сторонах фидера.

Источники информации

1. Патент РФ №2033622, G01R 31/11, Н02Н 3/28, 1989.

2. Патент РФ №2033623, G01R 31/11, Н02Н 3/28, 1989.

3. Лямец Ю.Я., Ильин В.А., Подшивалин Н.В. Программный комплекс анализа аварийных процессов и определения места повреждения линии электропередачи. - Электричество, 1996, №12, С. 2-7.

4. Лямец Ю.Я., Воронов П.И. Локация повреждений многопроводной сети при двухстороннем наблюдении. - Известия РАН. Энергетика, 2013, №3, С. 96-107.

5. Патент РФ №2492493, G01R 31/08, 2011.

6. Патент РФ №2492565, Н02Н 3/28, 2012.

Как и в прототипе, в предлагаемом способе выделяют информационные составляющие наблюдаемых на обеих сторонах фидера токов и напряжений, что дает возможность использовать двухпроводные двухвходовые модели фидера в базисе этих составляющих. Наблюдаемые процессы регистрируют, т.е. сохраняют в памяти микропроцессорной системы защиты и автоматики. Составляющие токов и напряжений на концах фидера используют по-разному, хотя и те, и другие являются входными величинами модели фидера. Входные напряжения используют однократно, и они преобразованию не подлежат. В отличие от них, входные токи разделяют на компоненты. И здесь кроется принципиальное отличие от прототипа. Если принять, что результаты наблюдения дают первые входные токи, то затем определяют с помощью модели фидера вторые токи. Для этого подают на входы модели известные напряжения и определяют ее реакцию. Третьи токи находят как разности между первыми и вторыми, следовательно, вторые и третьи токи представляют собой компоненты первого тока. Третьи токи несут важную информацию. Их уровни, а также степень их идентичности на противоположных входах модели, позволяют судить о месте повреждения фидера. Если третий ток одного из входов имеет нулевой уровень, то этого достаточно, чтобы констатировать замыкание на другом входе. Если же третьи токи обоих входов идентичны, констатируют замыкание в середине фидера. Наконец, если нет ни того, ни другого, то судят не о точном значении места замыкания, а о том, в какой части фидера оно произошло. Констатируют, что замыкание имеет место в той половине фидера, где выше уровень третьего тока. Это общий случай, и он требует дополнительных операций, позволяющих определить место повреждения с необходимой точностью. Модель фидера преобразуют: ее входы шунтируют и подразделяют модель на подмодели поврежденной и неповрежденной половин. Подмодель неповрежденной части используют лишь для того, чтобы преобразовать третий ток ее зашунтированного входа, в ток и напряжение ее другого входа, которые принимают в качестве первого тока и напряжения соответствующего входа подмодели поврежденной части. Другой вход этой подмодели зашунтирован, и известный ток в шунте принимают в качестве первого тока подмодели. Тем самым подмодель поврежденной половины фидера подготавливают к выполнению очередного преобразования с тем же набором операций, что и ранее по отношению к исходной модели. Преобразуемая подмодель сохраняет зашунтированный вход, и в этом смысле проще исходной модели, так как одно из ее входных напряжений заведомо нулевое.

В подмодели поврежденной половины фидера вновь определяют компоненты первых токов - вторые и третьи токи, контролируют уровни третьих токов и проверяют степень их идентичности. Теперь так же, как и при операциях с исходной моделью, проверяют, располагается ли место повреждения посередине поврежденной половины фидера, и если это не так, вновь определяют поврежденную часть, на этот раз не всего фидера, а только его половины. Данную последовательность операций преобразования модели повторяют до тех пор, пока не убедятся в идентичности третьих входных токов или в нулевом уровне одного из них, что указывает место замыкания фидера - середина его поврежденного участка или один из его концов.

О степени идентичности третьих токов предлагается судить по величинам параметров, определяемых по отсчетам каждого тока:

Здесь s и r - индексы начала и конца поврежденного участка фидера, t_k - дискретные моменты определения отсчетов токов i_s3(t_k), i_r3(t_k), N+1 - число отсчетов на окне наблюдения фидера. Длина поврежденного участка составляет l/2^m, где l - длина фидера, m - число делений поврежденного участка пополам. Если λ_s→0, а значение λ_r не определяется, констатируют замыкание на s-ом входе участка. Если λ_r→0, а значение λ_s не определяется, то констатируют замыкание на r-ом входе. Если λ_s→1 и λ_r→1, констатируют замыкание в середине участка. При λ_s<1, λ_r>1 констатируют замыкание на s-ой половине участка, которой принадлежит его s-ый вход, а при λ_s>1, λ_r<1 - на r-ой половине.

1. Способ определения места замыкания фидера при двухстороннем наблюдении токов и напряжений путем выделения информационных составляющих наблюдаемых величин и использования двухпроводной двухвходовой модели фидера в базисе этих составляющих путем регистрации информационных составляющих наблюдавшихся токов и напряжений на концах фидера и использования этих составляющих в качестве входных напряжений и первых входных токов модели фидера, отличающийся тем, что на входы модели неповрежденного фидера подают соответствующие напряжения, определяют вторые входные токи как реакции модели на приложенные напряжения, определяют третьи токи как разности соответствующих первого и второго токов, контролируют уровни третьих токов и степень их идентичности на противоположных входах модели, и в случае нулевого уровня третьего тока одного из входов констатируют замыкание на другом входе фидера, в случае идентичности третьих токов констатируют замыкание в середине фидера, а в случае превышения уровня третьим током одного из входов уровня третьего тока другого входа констатируют замыкание в половине фидера с большим током, шунтируют оба входа модели, разделяют модель на подмодели поврежденной и неповрежденной половин фидера, третий ток соответствующего зашунтированного входа модели принимают в качестве первого тока подмодели поврежденной половины фидера, а первый ток и напряжение другого входа этой подмодели формируют в подмодели неповрежденной половины фидера из третьего тока ее зашунтированного входа, повторяют в подмодели поврежденной половины фидера с одним зашунтированным входом те же операции определения вторых и третьих токов, контроля уровня третьих токов и степени их идентичности, определения поврежденной половины модели, которые были ранее выполнены в исходной модели фидера, и повторяют указанные операции до тех пор, пока не обнаружат идентичность третьих входных токов подмодели фидера, свидетельствующую о замыкании в середине моделируемого участка фидера, или нулевой уровень одного из третьих входных токов, свидетельствующий о замыкании на другом входе.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что о степени идентичности третьих токов судят по величинам параметров


где

s и r - индексы концов модели фидера или концов модели поврежденного участка фидера длиной l/2^m, где l - длина фидера, m - число делений поврежденного участка пополам, t_k - дискретные моменты времени, i_s3(t_k), i_r3(t_k) - отсчеты третьих токов, N+1 - число отсчетов на окне наблюдения, при нулевом значении λ_s и неопределенном значении λ_r констатируют замыкание на s-ом входе, при нулевом λ_r и неопределенном λ_s констатируют замыкание на r-ом входе, при единичном уровне как λ_s, так и λ_r, констатируют замыкание в середине моделируемого участка, при λ_s<1, λ_r>1 констатируют замыкание на s-ой половине моделируемого участка, а при λ_r<1, λ_s>1 - на r-ой половине.